一种浅海集输管道上浮屈曲抑制装置的制作方法

本实用新型涉及一种浅海集输管道上浮屈曲抑制装置。

背景技术：

海底集输管道可作为连通海上采气平台与处理平台，或者陆上管道跨越海湾的输送通道。海底集输管道因工作介质临近井口，因此可能具有较高的温度。对于这类管道，如果工作温度与安装温度存在温差，则在运行中将产生管道热应力，引起管道轴向应力水平较高或在未约束管段形成较大热位移。浅海集输管道一般采取埋设方式，对于总体较为平坦的海床，容易出现距离较长的平直埋设段。在这种情况下，平直管道在土壤中呈现虚拟锚固特性。在管道经过上凸海床时，管道呈弹性敷设状态，其两端轴向热应力向弯曲段提供垂直向上的合力。当这种合力大于管道自重与覆土重量后，管道失稳，形成上浮屈曲。

目前，对于管道上浮屈曲的机理已经进行了较为广泛的研究，预弯曲角度、管道埋深、热应力等参数是影响上浮屈曲的关键。预弯曲角度在陆上管道中可以通过管沟开挖进行调整；热应力是管道操作与施工温度的温差作用结果，只能通过调整运行工况进行改变；管道埋深的实质是增加覆土厚度，提高预弯曲管道所受下压力，以克服上浮屈曲。基于此，目前形成了管沟预开挖、抛石配重、整体管段埋深增加等措施控制海底管道上浮屈曲。这些措施中，管沟预开挖对海床破坏较大，且投资极高；抛石配重形成的预弯曲段正上方重量不均，效果难以有效控制，且抛石对管道外表可能造成损害，另外，抛石配重易在管道上方形成空隙，一旦管道发生初始位移，则合力角度增加，更易继续发生上浮屈曲；整体管段埋深增加费用极高，但可在增加预弯曲管道覆土重量的同时，提高整体管道的土壤摩擦力。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术中的缺点，提供了一种浅海集输管道上浮屈曲抑制装置，通过集中施加弯曲管道上方荷载，结合埋地管道上浮屈曲形成与破坏机理，合理提升上凸弹性敷设管道的垂向稳定性，起到控制上浮屈曲的效果。

本实用新型的技术方案是：一种浅海集输管道上浮屈曲抑制装置，包括与管道贴合的配重支撑系统和依次设置在配重支撑系统上的第一级配重系统和第二级配重系统；所述配重支撑系统由若干配重支撑铠甲通过弹性尼龙连接而成，所述配重支撑铠甲由混凝土浇筑构成，呈立体“π”型；所述第一级配重系统由若干混凝土U型块通过弹性尼龙连接而成，所述混凝土U型块由混凝土浇筑构成，呈立体倒“U”型；所述第二级配重系统由若干混凝土方块通过弹性尼龙连接，所述混凝土方块为长方体，由混凝土浇筑构成。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

本实用新型在深入分析海底集输管道运行和安装特点的基础上，结合海底集输管道上浮屈曲机理和安全风险，从提升上凸弯曲段配重重量的角度入手，增加对应管段的管道荷载，通过设置的配重支撑和配重结构，保证配重系统与管道实时接触，将管道上浮屈曲集中荷载限制在最小数值，保证管道的稳定性。

本实用新型适用于可能发生上浮屈曲的浅海埋设海底管道。本系统原理明确、组建快速、机动性好，具体优点如下：

(1)效果显著

本实用新型在精确分析计算海底管道上浮屈曲起始荷载的基础上，为上凸地形管道施加主动荷载，且保证配重系统与海底管道实时接触，有效提升了管道稳定性与配重效率。配重系统具有一定柔性，能够自适应海底管道的自然弯曲。

(2)安装方便

本实用新型以模块式单元进行组装，现有吊装设备能够完成安装工作，不存在技术难题。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本实用新型的一种浅海集输管道上浮屈曲抑制装置的示意图。

具体实施方式

一种浅海集输管道上浮屈曲抑制装置，如图1所示，包括：若干配重支撑铠甲1、吊耳2、支撑铠甲内垫层3、橡胶垫层4、混凝土U型块5、混凝土方块6、弹性尼龙连接7等。

其中，

所述配重支撑铠甲1、吊耳2、支撑铠甲内垫层3组成配重支撑单元，若干配重支撑单元通过弹性尼龙7连接，形成能够覆盖管道预设区域的配重支撑系统，负责直接将配重荷载传递至管道，同时保证管道与配重系统的贴合，避免配重系统与管道脱离。

具体地，

1)单个配重支撑铠甲1由混凝土浇筑构成，呈立体“π”型，下方为根据保护管道外径设计的拱形，其拱高为所保护管道外径的0.4倍；拱形内侧预制支撑铠甲内垫层3，其材质为橡胶；在左右侧面分别预埋两只吊耳2；在前后侧面分别设置四处尼龙连接点，与相邻的配置支撑铠甲1通过弹性尼龙7连接。

2)单个配重支撑铠甲1两侧下部预制混凝土圆锥。

3)若干配重支撑铠甲组成配重支撑系统，由专用设备吊装至预定海底管道位置；当海底管道下沟且管道两侧堆积约一半管径高度的泥土后，将配重支撑系统平稳放置在海底管道上部，通过其下部混凝土圆锥的刺穿效果，配重支撑系统能够通过自重沉降，与海底管道上部紧密连接；

4)配重支撑系统中各配重支撑铠甲通过尼龙连接，可发生相对位移，沿轴向方向能够保证所有配重支撑铠甲与海底管道贴合。

其中，

所述混凝土U型块5、吊耳2组成第一级配重单元，若干混凝土U型块5通过弹性尼龙7连接，形成能够覆盖管道预设区域的第一级配重系统，负责产生设定的管道作用荷载，同时进一步保证管道与配重系统的贴合；第一级配重系统与所述配重支撑系统分开设置，其目的在于减小荷载增加速率。

具体地，

1)单个混凝土U型块5由混凝土浇筑构成，呈立体倒“U”型；在左右侧面分别预埋两只吊耳2；在前后侧面分别设置四处尼龙连接点，与相邻的混凝土U型块5通过弹性尼龙7连接；

2)若干混凝土U型块5组成第一级配重系统，由专用设备吊装至预定海底管道位置；当配重支撑系统安全完成，且停留足够长沉降时间后，将第一级配重系统安装于配置支撑系统上。

其中，

所述混凝土方块6、吊耳2组成第二级配重单元，若干混凝土方块6通过弹性尼龙7连接，形成能够覆盖管道预设区域的第二级配重系统，负责产生设定的管道作用荷载，同时进一步保证管道与配重系统的贴合。

具体地，

1)单个混凝土方块6由混凝土浇筑构成，呈长方体；在左右侧面分别预埋两只吊耳2；在前后侧面分别设置两处尼龙连接点，与相邻的混凝土方块6通过弹性尼龙7连接；

2)若干混凝土方块6组成第二级配重系统，由专用设备吊装至预定海底管道位置；当第二级配重系统安全完成，且停留足够长沉降时间后，将第二级配重系统安装于第一级配重系统上。

所述轴向配重支撑铠甲包括若干覆盖于海底管道上半部分的混凝土预制“π”型结构，并组成连续的海底管道覆盖面，且与海底管道紧密贴合；所述混凝土U型块垫包括若干由倒U型混凝土块连接的块垫，安装于轴向配重支撑铠甲上方，实现第一级配重与顶部找平；所述混凝土方块垫包括若干由方块形混凝土块连接的块垫，安装于混凝土U型块垫上方，实现第二级以后配重；所述橡胶夹垫包括安装于轴向配重支撑铠甲、混凝土U型块垫和混凝土方块垫之间的夹层橡胶板。

所述轴向配重支撑铠甲，其深度能够覆盖管道上半圆弧4/5，其两侧平边下部预制若干硬橡胶锥形刺，其与管道接触的部位夹带软橡胶垫层。

所述轴向配重支撑铠甲，由多块形状相同的圆环组成，各圆环两侧面有连接环，相邻圆环通过柔性材料连接，使之整体能够适应弯曲管道的弧度，紧密贴合；其轴向长度覆盖上凸弹性敷设管道左右各10m。

所述混凝土U型块垫，由多块形状相同的倒U型混凝土块组成，混凝土块两侧面有连接环，相邻倒U型混凝土块通过柔性材料连接，使之整体能够适应弯曲管道的弧度，紧密贴合所述轴向配重支撑铠甲；所述混凝土U型块垫，其顶部表面预制橡胶网格，高度为1～2cm，以管道弯曲中心为界，至两侧轴向布置，管道中心处的预制橡胶网格高度最低，两侧最高。

所述混凝土方块垫之间，由多块形状相同的长方体块形混凝土块组成，混凝土块两侧面有连接环，相邻方块形混凝土块通过柔性材料连接；每个混凝土块尺寸可根据管径确定，配重重量进行组合、连接。

所述橡胶夹垫为柔性找平夹层，且具有一定耐磨与防滑性。

本实用新型基于海底集输管道上浮屈曲管道形成原理，借助混凝土配重，向易发生上浮屈曲的上凸管道施加下压荷载，并保证荷载为主动荷载，最大程度限制了管道竖向位移，实现了海底高温集输管道上浮屈曲的低成本主动控制，保证了海底管道运行稳定性。