专利名称：一种海底管道止屈装置及其制作和安装方法
技术领域：
本发明涉及一种海底管道的加固稳定装置及其制作和安装方法，特别是关于一 种避免海底管道发生屈曲传播并增强海底管道在位稳定性的海底管道止屈装置及其制作 和安装方法。
背景技术：
在实际工程中，海底管道特别是深水海底管道所处的环境极其复杂，海底管道 特别是深水海底管道，还承受着巨大的静水压力(1000米水深的静水压力达IOMpa)或者 铺设过程中遇到某些障碍令管道产生过大的弯曲变形，输送热油管道由于内外温度差异 发生热膨胀所产生的轴向力等。这些原因都易使管道产生局部屈曲，发生局部屈曲的管 道在一定的外压作用下，会沿着管道轴向进行屈曲传播，进而使得整个管道结构发生失 效破坏，这个临界外压就是管道的屈曲传播压力。而使得管道从完整无损到屈曲破坏所 能经受的最大压力称为管道的屈曲临界压力。一般来说，管道屈曲传播压力大小只有管 道发生局部屈曲临界压力的15%左右，也就是说只需要比屈曲破坏小得多的压力，就可 以使已经发生局部屈曲的管道发生屈曲传播，从而破坏整条管道。当然，可以通过增加 管道壁厚的方式有效增加管道的屈曲传播压力，从理论分析来看，只要管道的壁厚与管 道直径达到一定的比例，就能避免管道局部屈曲和屈曲传播的发生。增加管道的壁厚大 量增加了材料的用量，而且增加了铺设过程中悬跨段的重量，迫使对铺管船的张紧器进 行升级，直接或间接增加了大量的成本，因此，单凭增加管道壁厚去解决屈曲传播问题 在经济上不具可行性。目前，工程上多采用加装止屈器(buckle arrestor)的方法来防止屈曲沿管道长度 方向的传播。其工作原理就是允许管道发生局部屈曲，但是屈曲传播并不能跨越屈曲 器，这样就能使屈曲仅发生于两个止屈器之间。止屈器是一种能沿轴向局部加强管道刚 度的装置，因此，其能够在屈曲传播的过程中提供障碍，而有效的止屈器应该能够在设 计最大水深内成功阻止屈曲传播。其形式一般是一个厚壁圆环，当前，按照安装的形式 不同，可分为扣入式、缠绕式和整体式止屈器。扣入式止屈器先旋入到管道指定位置然 后直接夹紧，缠绕式止屈器在管道的指定位置进行缠绕，焊接式止屈器与扣入式止屈器 相似，只是其与管道之间的连接增加了两道焊缝，整体式止屈器的内径和管道的内径一 样，而壁厚比管道更厚，两者同轴排好之后再连接处焊接。另外，裸置于海底的管道在波浪和海流等复杂环境因素和载荷的作用下，依靠 其自身的重量(包括其外包的混凝土加重层)不足以保持在位稳定性，而将管道埋设或者 覆盖成本巨大。因此，需要在保证经济性的前提下，通过一定的局部加强措施来提高管 道的在位稳定性。目前，还没有集控制管道屈曲与增强管道在位稳定性于一体的装置出 现。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以有效避免海底管道发生屈曲传 播，并增强海底管道在位稳定性的海底管道止屈装置及其制作和安装方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种海底管道止屈装置，其包括 两呈环形的厚壁壳体，两所述壳体的两侧分别对称延伸出一长条形眼板，两所述壳体通 过螺栓连接成一体；两侧的各所述眼板以内的壳体外部均浇筑有断面呈马蹄形的混凝土 压块，所述下所述壳体的两侧沿所述混凝土的长度方向，对称焊接有两条垂向锚板和两 条斜向锚板，各所述锚板的上部均被浇筑在混凝土压块内。各所述锚板的底部两侧分别设置有45度削斜截面。上述海底管道止屈装置的一种制作方法，首先制作带延伸眼板的上、下厚壁壳 体，并在下所述壳体两侧对称焊接两垂向锚板和两条斜向锚板，然后将上、下所述壳体 通过螺栓连接成一体放入模具中，对上、下所述壳体外围进行混凝土压块的浇筑。上述海底管道止屈装置的另一种制作方法首先制作带延伸眼板的上、下厚壁 壳体，并在下所述壳体两侧对称焊接两垂向锚板和两条斜向锚板，然后将上、下所述壳 体分别放入模具中，对上、下所述壳体外围分别进行混凝土压块的浇筑。上述海底管道止屈装置的一种安装方法，在水上将浇筑有混凝土压块的上壳体 与焊接有垂向锚板、斜向锚板和浇筑有混凝土压块的下壳体紧贴海底管道固定连接成一 体，在铺设海底管道时，各锚板借助海底管道和混凝土压块的重量深深插入海底土壤。上述海底管道止屈装置的的另一种安装方法，在水下利用焊接在下壳体两侧的 垂向锚板和斜向锚板，将浇筑有混凝土压块的下壳体插入海底土壤，锚固定位，在铺设 海底管道后，再将浇筑有混凝土压块的上壳体与下壳体固定连接成一体。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于在海底管道上 分段间隔设置了若干紧贴外壁的环形厚壁壳体作为止屈环，并在壳体的两侧设置了延伸 的长条形眼板，因此加工工艺简单，可以通过螺栓穿入眼板非常方便地将上、下壳体连 接成一体；本发明装置在海底管道上形成了多处止屈装置，使海底管道的屈曲传播得到 有效控制。2、本发明由于在下壳体的两侧设置了对称的两垂向锚板和两斜向锚板，同时 将各锚板上部浇筑在混凝土压块中，因此当通过各锚板插入海底土壤，完成海底管道安 装后，如果管道有横向移动趋势时，各锚板增加了抓地力，特别是斜向锚板可以更好地 承受压力，使得海底管道在波浪、海流以及海床土壤冲刷等复杂载荷和环境条件下能够 最大限度的保持稳定，特别是随着管道长度方向上一定间距设置多处本发明装置，能够 最大限度的保持海底管道的稳定性。3、本发明由于在上壳体和下壳体外壁设置了包裹壳 体中段的马蹄形混凝土压块，不但使断面流线形好，过流广顺，受水的阻力为各种类型 断面中最小，而且提供给海底管道一定的负浮力，增强了在位稳定性。4、本发明装置集 控制屈曲与增加管道在位稳定性的功能于一体，可以实现两种功能模块的一体制造与安 装，将本应均勻包裹管道用于增强管道稳定性的混凝土层等效成了延管道一定间距设置 的带锚板和止屈功能的混凝土压块，节约了原料，但却能取得更优的效果。相应的焊接 和混凝土浇筑工艺成熟，便于大批量生产与应用。5、本发明装置可以应用于裸置于海底 的海底管道，大大降低了管道挖沟、埋设的成本。本发明有效地控制海底管道的屈曲传 播并增强其在位稳定性，实现经济性和安全性的统一。
图1是本发明结构示意2是图1的侧视剖视示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1、图2所示，本发明包括可以从上、下装卡在海底管道1外壁上、两断面 呈环形的厚壁壳体2、3，两壳体2、3的两侧分别对称延伸出一长条形的眼板4，通过设 置在眼板4上的安装孔和螺栓5，可以将上、下两壳体2、3连接成一个整体。上、下两 壳体2、3的材料可以选用与海底管道1相同的材质，比如APLX65或X70、X80等级 的钢材。两壳体2、3的外部均浇筑有断面呈马蹄形的混凝土压块6，下壳体3两侧对称 焊接有两条垂向锚板7和两条斜向锚板8，各锚板7、8的沿下壳体3的轴向宽度与混凝土 压块6的轴向宽度相同，各锚板7、8的上部均被浇筑在混凝土 6压块内部。为了防止插 入海底时及在海底受力时的应力集中，可以对各锚板7、8的底部两侧尖角分别做45度削 斜截面9处理(如图1所示)。本发明装置可以采用以下两种制作方法1、一种制作方法是首先采用各种已知的方法制作带延伸眼板的上、下壳体 2、3，并在下壳体3两侧对称焊接两条垂向锚板7和两条斜向锚板8 (如图2所示)，然后 将上、下壳体2、3通过螺栓5连接成一体，并将其放入模具中，对上、下壳体2、3外围 进行整体的混凝土压块6的浇筑，浇筑时要露出眼板4，以待整体成型后实现上、下壳体 2、3的分离。2、另一种制作方法与第一种方法不同在于，将制作好的上、下壳体2、3放入 两不同的模具中，分别进行混凝土压块5的浇筑。一般从装置的整体性、制造的便捷性和安装的精确度来说，使用第1种方法较 好。本发明装置可以采取以下两种安装方法1、一种安装方法是在水上(陆地或船舶上)将浇筑有混凝土压块6的上壳体2与 焊接有垂向锚板7、斜向锚板8和浇筑有混凝土压块6的下壳体3紧贴海底管道1通过螺 栓5固定连接成一体，且延海底管道1的长度方向每隔10 20m设置一个本发明装置； 在铺设海底管道1时，各锚板7、8将借助海底管道1和混凝土压块的重量深深插入海底土壤。2、另一种安装方法是在铺设海底管道1的路径上隔一定距离安装一个本发明装 置的下半部分，即利用焊接在下壳体3两侧的垂向锚板7和斜向锚板8，将浇筑有混凝土 压块6的下壳体3插入海底土壤，锚固定位；在铺设海底管道1后，再将浇筑有混凝土压 块6的上壳体2与下壳体3固定连接成一体。如果管道铺设水深较大，水下作业不便时，建议使用第1种安装方法。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有 所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发 明的保护范围之外。
权利要求
1.一种海底管道止屈装置，其包括两呈环形的厚壁壳体，两所述壳体的两侧分别对 称延伸出一长条形眼板，两所述壳体通过螺栓连接成一体；两侧的各所述眼板以内的壳 体外部均浇筑有断面呈马蹄形的混凝土压块，所述下所述壳体的两侧沿所述混凝土的长 度方向，对称焊接有两条垂向锚板和两条斜向锚板，各所述锚板的上部均被浇筑在混凝 土压块内。
2.如权利要求1所述的一种海底管道止屈装置，其特征在于各所述锚板的底部两 侧分别设置有45度削斜截面。
3.如权利要求1或2所述的一种海底管道止屈装置的制作方法，首先制作带延伸眼板 的上、下厚壁壳体，并在下所述壳体两侧对称焊接两垂向锚板和两条斜向锚板，然后将 上、下所述壳体通过螺栓连接成一体放入模具中，对上、下所述壳体外围进行混凝土压 块的浇筑。
4.如权利要求1或2所述的一种海底管道止屈装置的制作方法首先制作带延伸眼板 的上、下厚壁壳体，并在下所述壳体两侧对称焊接两垂向锚板和两条斜向锚板，然后将 上、下所述壳体分别放入模具中，对上、下所述壳体外围分别进行混凝土压块的浇筑。
5.如权利要求1或2所述的一种海底管道止屈装置的安装方法，在水上将浇筑有混凝 土压块的上壳体与焊接有垂向锚板、斜向锚板和浇筑有混凝土压块的下壳体紧贴海底管 道固定连接成一体，在铺设海底管道时，各锚板借助海底管道和混凝土压块的重量深深 插入海底土壤。
6.如权利要求1或2所述的一种海底管道止屈装置的安装方法，在水下利用焊接在下 壳体两侧的垂向锚板和斜向锚板，将浇筑有混凝土压块的下壳体插入海底土壤，锚固定 位，在铺设海底管道后，再将浇筑有混凝土压块的上壳体与下壳体固定连接成一体。
全文摘要
本发明涉及一种海底管道止屈装置及其制作和安装方法，本发明装置包括两呈环形的厚壁壳体，两所述壳体的两侧分别对称延伸出一长条形眼板，两所述壳体通过螺栓连接成一体；两侧的各所述眼板以内的壳体外部均浇筑有断面呈马蹄形的混凝土压块，所述下所述壳体的两侧沿所述混凝土的长度方向，对称焊接有两条垂向锚板和两条斜向锚板，各所述锚板的上部均被浇筑在混凝土压块内。本发明装置可以应用于裸置于海底的海底管道，大大降低了管道挖沟、埋设的成本。本发明有效地控制海底管道的屈曲传播并增强其在位稳定性，实现经济性和安全性的统一。
文档编号F16L3/10GK102022585SQ20101054811
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者付明炀, 余建星, 余杨, 卞雪航, 周清基, 张恩勇, 曹静, 沙勇 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 天津大学