一种减轻海底滑坡冲击的流线型能源管道的制作方法

本发明属于海底能源管道生产技术领域，涉及一种减轻海底滑坡冲击的流线型能源管道。

背景技术：

管道运输是能源运输的主要方法之一，具有连续、快捷、经济的特点。海底能源管道输送距离长，输送效率高，输送能力大，但管道铺设于海底，难以避免的会受到复杂多变的海洋地质运动的影响，其中海底滑坡是海洋能源工程中最危险、最频发的地质灾害之一，即便是在平缓的海底斜坡也可能发生大规模滑移，滑移距离可达数百公里，滑移速度最快可达30m/s，沉积物如此长距离的保持高速滑行对海底管道的安全性构成了极大威胁，甚至会造成重大经济损失和生态环境破坏。由此已经发生了英国“海皇”号钻井船翻倒以及美国texaco公司2100加仑原油泄漏等灾难性事故。

目前，海底能源管道通常为圆型截面，在海底滑坡的高速运动冲击下，管道会受到较大的拖曳力和升力，使得管道有被冲断的风险；尤其是升力通常表现为振荡形式，加剧了管道共振的风险，对管道的稳定性与安全性造成非常不利的影响。

技术实现要素：

针对现有技术中，圆型截面管道在海底滑坡冲击作用下所受法向拖曳力和纵向升力过大，以及升力的震荡形式易引发共振等问题，本发明提出了种减轻海底滑坡冲击的流线型能源管道设计方法，该方法尤其适用于海底潜在滑坡区能源管道的设计。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种减轻海底滑坡冲击的流线型能源管道，该流线型能源管道保留传统能源管道内部结构，将传统的能源管道结构最外部混凝土配重层5的圆型型式改变为流线型型式，能源管道的截面为流线型，流线型型式具体为外部轮廓线条流畅、表面平滑，没有大的起伏和尖锐的棱角，能够有效地减少流体产生的阻力。除混凝土配重层5外，其它各层与当前的工程标准相一致，既能满足能源正常输送需要，又能避免对当前圆型管道的生产工艺进行大规模变更。

所述的流线型型式包括翼型、双椭型、扁菱型；所述的翼型为“半椭圆+圆弧”流线型；所述的双椭型为“半椭圆+半椭圆”流线型。

当能源管道的截面为翼型时，该构型的迎流段为半椭圆形，去流段为圆弧形，混凝土配重层5在迎流段以及去流段的外轮廓的数学表达式分别如下：

式中：ye和yr分别代表管道迎流段和去流段的纵向坐标，x为法向坐标；d为管道剖面的纵向长度，l为法向总长度；le和lr为迎流段和去流段的长度。

当能源管道的截面为双椭型时，该构型的迎流段为半椭圆形，去流段为半椭圆形，混凝土配重层5外轮廓的数学表达式如下：

式中：y代表管道迎流段和去流段的纵向坐标，x为法向坐标；d为管道剖面的纵向长度；l为法向总长度，le和lr为迎流段和去流段的长度；le小于lr。

当能源管道的截面为扁菱型时，该构型两边对称，混凝土配重层5外轮廓具有弧形顶角的扁菱型。

本发明提出的能源管道流线型设计考虑到现行能源管道结构和工程设计规范，将流线型设计应用于管道最外部的混凝土配重层中，而管道内部各层并不改变，以此保持原有的能源输送量、保温工艺等相关技术要求，最大限度的降低流线型设计对当前工程的影响。

本发明的有益效果是：采用流线型设计方法加工的海底能源管道，可以极大地降低管道遭遇滑坡产生的拖曳力系数以及升力系数，使管道所受拖曳力和升力均明显低于传统的圆形截面管道，有效地降低了海底滑坡的冲击作用，同时使持续震荡的升力转变为稳定作用，有效地预防了管道共振的风险，减灾效果显著；该设计不仅对海底滑坡等偶然荷载有良好的减灾效果，对底流、沙波等流态的环境荷载也有较好的防护作用。此外，该发明不影响当前工程中的油、气、水输送量，管道的生产工艺也不需要大规模变更，便于推广和实际应用。

附图说明

图1为本发明翼型能源管道剖视图；

图2为本发明双椭型能源管道剖视图；

图3为本发明扁菱型能源管道剖视图；

图中：1钢管层；2熔结环氧涂层；3聚氨酯泡沫塑料层；4聚乙烯层；5混凝土配重层。

具体实施方式

以翼型能源管道为例，以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。

图1，在翼型能源管道中沿用传统能源管道的内部结构设计：能源管道由内向外依次包括钢管层1、熔结环氧涂层2、聚氨酯泡沫塑料层3、聚乙烯层4和混凝土层5。最内部为钢管层1，钢管层1表面涂敷熔结环氧防腐涂层2，环氧防腐涂层2表面喷涂聚氨酯泡沫塑料保温层3，聚氨酯泡沫塑料保温层3表面涂敷聚乙烯防腐层4，聚乙烯防腐层4表面浇筑混凝土配重层5。

所述的能源管道结构最外部的混凝土配重层5应用流线型设计方法，其截面为翼型(半椭圆+圆弧流线型)，即能源管道的截面为翼型。除混凝土配重层5外，其它各层与当前的工程标准相一致，满足能源正常输送需要，避免对圆型管道的生产工艺进行大规模变更。该构型的迎流段为半椭圆形，去流段为圆弧形，迎流段以及去流段混凝土配重层5外轮廓的数学表达式分别如下：

式中：ye和yr分别代表管道迎流段和去流段的纵向坐标，x为法向坐标；d为管道剖面的纵向长度，l为法向总长度；le和lr为迎流段和去流段的长度。

以双椭型能源管道为例，以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。

图2，在双椭型能源管道的设计方法中沿用传统能源管道的内部结构设计：能源管道由内向外依次包括钢管层1、熔结环氧涂层2、聚氨酯泡沫塑料层3、聚乙烯层4和混凝土层5。最内部为钢管层1，钢管层1表面涂敷熔结环氧防腐涂层2，环氧防腐涂层2表面喷涂聚氨酯泡沫塑料保温层3，聚氨酯泡沫塑料保温层3表面涂敷聚乙烯防腐层4，聚乙烯防腐层4表面浇筑混凝土配重层5。

所述的能源管道结构最外部的混凝土配重层5应用流线型设计方法，其截面为双椭型(半椭圆+半椭圆流线型)，即能源管道的截面为双椭型。除混凝土配重层5外，其它各层与当前的工程标准相一致，满足能源正常输送需要，避免对圆型管道的生产工艺进行大规模变更。该构型的迎流段为半椭圆形，去流段为半椭圆形，迎流段以及去流段混凝土配重层5外轮廓的数学表达式如下：

式中：y代表管道迎流段和去流段的纵向坐标，x为法向坐标；d为管道剖面的纵向长度；l为法向总长度，le和lr为迎流段和去流段的长度；le小于lr。

以扁菱型能源管道为例，以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。

图3，在扁菱型能源管道的设计方法中沿用传统能源管道的内部结构设计：能源管道由内向外依次包括钢管层1、熔结环氧涂层2、聚氨酯泡沫塑料层3、聚乙烯层4和混凝土层5。最内部为钢管层1，钢管层1表面涂敷熔结环氧防腐涂层2，环氧防腐涂层2表面喷涂聚氨酯泡沫塑料保温层3，聚氨酯泡沫塑料保温层3表面涂敷聚乙烯防腐层4，聚乙烯防腐层4表面浇筑混凝土配重层5。

所述的能源管道结构最外部的混凝土配重层5应用流线型设计方法，其截面为扁菱型，即能源管道的截面为扁菱型。除混凝土配重层5外，其它各层与当前的工程标准相一致，满足能源正常输送需要，避免对圆型管道的生产工艺进行大规模变更。所述的混凝土配重层5外轮廓是具有弧形顶角的扁菱型。

以上所述的具体实施例对本发明的基本原理、主要特征和有益效果进行了进一步详细说明。图1中的翼型能源管道、图2中的双椭型能源管道、图3中的扁菱型能源管道都是对流线型管道设计方法的进一步补充。所应理解的是，管道的其它流线型外部特征(线条流畅、表面平滑的物体形状，没有大的起伏和尖锐的棱角，可以有效地减少流体产生的阻力)的型式都是在不脱离本发明精神和原则的前提下，所做的修改以及等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。