一种海底管道浮拖辅助系统的制作方法

本实用新型涉及一种海底管道浮拖辅助系统。

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。海底管道铺设过程的质量控制对管道后期安全运行影响重大。浮拖铺管是一种较为常见的海底管道铺管方式，其优点是能够在水深较浅、铺管船无法作业的海域进行作业。这种方法是将海底管道在陆上预制场进行预制焊接，形成连续管段，在管道上绑扎充气气囊，由卷扬机或驳船将预制连接的管道整体拖向指定路由和位置。同时，相比于其他拖管方式(半潜拖与底拖)，浮拖法具有管道碰撞损伤风险小、作业便捷等特点。近年来，随着海洋环境预报技术发展与施工装备进步，一次性中、短距离海底管道整体拖拉铺设前景可期，但铺设技术有待优化与完善。

常规浮拖作业时，将连接头焊接在预制的海底管道首、尾端，管道首端连接头与首端拖轮通过缆绳连接，拖轮起到牵引作用；管道尾端连接头与尾端拖轮通过缆绳连接，拖轮起到保持管道姿态的作用；管道上绑扎连续充气浮筒，管道没于海面以下，起到漂浮管道作用。浮拖作业时，海流是一类较大的影响因素，当管道拖行路径与海流方向垂直或夹角较大时，管道将承受较大的侧向推力，需要所述首端与尾端拖轮联合作用(尾端拖轮拉直管道)，保持管道形态与拖行路径一致，或者允许管道随水流方向有小幅偏移，但幅度不宜过大，否则将影响管道整体拖行(偏移过大可能造成首端拖轮沿路径的分力降低，浮拖速度大幅降低，且拖行线路偏离预定路由)。这种情况下，管道中部将发生较大的、由水流推力引起的变形，造成管道中部、两端出现较大的横向弯矩，尤其对于中等长度整体浮拖，容易引起管道整体屈曲。另外，常规浮拖作业中，首端和尾端拖轮缆绳系泊点高于水面，而管道首端与尾端的连接头沉没于海面，因此在实际拖行中，管道首端部分和尾端部分均出现较大的局部弯曲(上翘)，加之波浪周期性作用，对该段管道、配重层等长期运行稳定性将造成影响。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点，本实用新型提供了一种海底管道浮拖辅助系统。

本实用新型所采用的技术方案是：一种海底管道浮拖辅助系统，包括安装在拖轮尾部的拖轮辅助系统和安装在管道本体外部的多级套管式拖拉装置；所述拖轮辅助系统包括焊接于拖轮尾部的钢骨架，在钢骨架上安装有多孔支架，在多孔支架上设置有连接杆；所述多级套管式拖拉装置包括带拉环的钢筋混凝土套环和过渡橡胶套环。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：本实用新型基于海底管道浮拖技术特点，综合考虑海流、拖轮对管道的力学及形变影响，在拖轮船尾和管道本体设置浮拖辅助装置，分别起到降低管道端部局部弯曲和管道本体整体弯曲的效果，避免浮拖过程对管道、配重层、焊口等部分产生损伤。本实用新型的技术方案原理清晰、易于实施。具体表现为：

(1)设置科学

本实用新型采用拖轮辅助装置，减小连接拖轮与海底管道管端所连接缆绳的水平角度，避免在管道入水、浮拖过程中管端过度上翘及由此对管道本体、配重层和焊缝引起的潜在破坏。同时，本实用新型采用钢筋混凝土套环(带拉环)固定于管道浮拖过程中变形处的混凝土配重层外，采用辅助拖轮以维持管道行进姿态，避免浮拖过程管道过度变形，保障管道及附件安全。

(2)冗余足够

本实用新型中的拖轮辅助装置，在支架上设置的连接杆可系泊2条缆绳，一用一备，预防浮拖过程断缆风险；本实用新型的钢筋混凝土套环(带拉环)为现场制作，采用连续安装的模式，既提高拖拉缆绳的作业数量，也能有效分散集中荷载。

(3)安装、施工便捷

本实用新型中的拖轮辅助装置预先在拖轮上安装，浮拖施工中仅需将缆绳连接至管段连接头，到达预定位置后，由潜水员解开即可；本实用新型的钢筋混凝土套环(带拉环)为现场制作，制造效率高，且管道安装后不需要进行回收，亦有助于增加管道在位稳定性。

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海底管道浮拖辅助系统的拖轮辅助系统侧面示意图。

图2为本实用新型的一种海底管道浮拖辅助系统的拖轮辅助系统正面示意图。

图3为本实用新型的一种海底管道浮拖辅助系统的多级套管式拖拉装置示意图。

具体实施方式

一种海底管道浮拖辅助系统，如图1～3所示，包括：多孔支架1、连接杆2、定滑轮3、钢骨架4、钢筋混凝土套环5(带拉环6)和过渡橡胶套环7。其中，多孔支架、连接杆、定滑轮、钢骨架组成拖轮辅助系统，安装在拖轮尾部以外，起到调节缆绳角度，降低浮拖管道管端上翘幅的作用；钢筋混凝土套环(带拉环)和过渡橡胶套环组成多级套管式拖拉装置，安装在管道本体外部，通过与辅助拖轮的缆绳连接，起到在浮拖过程中控制管道姿态，防止过度弯曲，保护管道及附件安全的作用。

其中，拖轮辅助系统中，钢骨架焊接于拖轮尾部，在拖轮甲板、船尾两侧焊接生根并固结；钢骨架总体长度为2m，呈倒梯形状，侧卧于船体设计吃水面下方，端部焊接并支撑多孔支架；所述多孔支架为中空的矩形钢架，左右两侧为竖直平行的开孔钢条，长度为1m，开孔间隔为10cm，多孔支架宽度为0.5m，与所述钢骨架在上部、两侧和下部均有焊点，开孔为标准螺栓孔，便于所述连接杆安装；所述连接杆为钢制螺纹杆，两侧通过螺栓与多孔支架两侧的开孔钢条连接，安装方便。连接杆中部包括两种形式，一种为光滑型圆柱，为定滑轮提供转动中心；一种为粗糙型圆柱，为浮拖缆绳提供连接点。所述定滑轮为宽边滑轮，用于浮拖起始阶段，海底管道浮拖入水的拖拽过程。管道浮拖时，根据管道配重、船体吃水情况，选择合适的连接杆安装高度；光滑型连接杆安装定滑轮后，安装于最底部，目的在于适应管道浮拖入水时总体倾向海底的趋势；粗糙型连接杆安装于光滑型连接杆上方，其实际安装高度根据海底管道吃水标高确定，尽量保持缆绳水平。连接杆安装数量为3个，其中1个为带滑轮的光滑型连接杆，2个为粗糙性连接杆(一用一备)。

其中，多级套管式拖拉装置中，所述钢筋混凝土套环(带拉环)位置根据结合海流流速、流向模拟获得的管道最大允许弯曲应力确定，安装目的是为了提供辅助拖轮支撑，减小海底管道整体弯曲幅度。所述钢筋混凝土套环(带拉环)为安装于海底管道混凝土配重层外侧的钢架混凝土圆环结构，厚度至少为5cm，宽度为1m，在3点钟和9点钟方向预埋钢筋拉环，套环内侧与海底管道混凝土配重层间设置20mm橡胶垫层；所述钢筋混凝土套环(带拉环)安装间距为0.5m，其安装数量为一组3个，均连接同一拖轮的分支缆绳，以控制最小弯曲半径；所述钢筋混凝土套环(带拉环)为现场预制。所述过渡橡胶套环为橡胶材质，安装于海底管道混凝土配重层外侧，外径以钢筋混凝土套环为中心，宽度为1m，安装间距为0.5m；其外径依次递减1cm，沿所述钢筋混凝土套环(带拉环)两侧对称安装。所述过渡橡胶套环为现场连接安装。浮拖过程中，辅助拖轮在海流上游拖拉管道，减小管道变形幅度，提高首端浮拖效率。管道沉管就位后，所述钢筋混凝土套环(带拉环)和过渡橡胶套环不进行回收，可进一步提高管道在位稳定性，也可通过过渡橡胶套环的阶梯过渡作用，降低管道在位后的局部残余安装应力。

本实用新型的技术原理为：

在海底管道浮拖入水过程中，常规拖轮绞车安装于甲板上部，与海底管道首端入水角度夹角较大，造成局部与海底管道整体曲线呈现反向弯曲的姿态，弯曲应力过大，因此在拖轮尾部设置浮拖辅助装置，并安装定滑轮，在不影响绞车效率的情况下，控制拖拽力方向，并优化管道入水姿态。

在海底管道浮拖过程中，由于拖轮无专门的缆绳水下系泊装置，因此缆绳从甲板上部斜接海底管道管端的连接头，而为了拖动整条海底管道，管端连接头受到巨大的拖拉力，由于缆绳方向与海底管道存在夹角，造成海底管道管端部分上翘严重，产生了较大的弯曲应力，这种弯曲还容易受到拖拉过程中管道不均匀加速作用的耦合冲击。通过设置浮拖辅助装置，保持缆绳与海底管道在一条水平线上，基本消除了浮拖过程中的管端上翘问题。

在海底管道浮拖过程中，管道呈现长条型姿态，极有可能受到横切海流运行的影响。对于较长的海底浮拖管道而言，横切海流可能将管道推至顺海流方向，这将极大影响拖轮的运行效率，也使得管道偏离预定路线，这对在瞬息万变的海上作业带来了极大威胁。同时，若采用尾部拖拉维持海底管道姿态的铺设，由于管道中部承受较大的海流冲击，且无中间拉力提供，则可能造成管道呈现较为严重的整体弯曲。通过设置多级套管式拖拉装置，为辅助拖轮作业提供条件，在横切海流情况下，保持管道姿态和整体应力水平。