带有导流防护结构的海底管道系统及安装方法与流程

本发明涉及海底管道防护技术，特别涉及一种带有导流防护结构的海底管道系统及安装方法。

背景技术：

1、海底管道是海洋油气开采运输不可或缺的关键设备，谓之“海上生命线”。近年来，为解决单一管道难以停输再启的问题，海底新型输油管道-子母管道应运而生，最常见的子母管道是由一大一小两根管道组成，大管和小管相互平行，小管置于大管正上方，大管和小管相互平行，小管置于大管正上方。现阶段，大部分铺设的海底管道直接暴露在海底环境中，对于沙质床面上的海底管道，受来流影响，易发生冲刷、悬空产生涡激振动，而悬跨管段涡激振动是导致管道结构疲劳损伤的重要因素。且相比于单一管道，子母管道阻水面积更大，对水环境的干扰更加强烈，因而海床周围更易发生局部冲刷、悬空，更易诱发涡激振动而引起原油或天然气泄露，造成重大经济损失和环境污染。

2、目前，海底管道的防护措施一般是采取在管道上方布置刚性导流板来实现，但是因为刚性导流板的安装，存在增加了管道上部水流和尾流涡旋的扰动强度，引起管道的振动，加大管道受力，造成管道下流床面的冲刷等问题。

3、因此，发明人承担了国家项目“海底子母管线冲刷累积演变机理研究(项目(立项)编号：zr2022qe200)”，用于解决上述技术问题，并基于该项目对现有的海底管道系统进行改进，可以减小海底管道受到的扰动，用于减小主管两侧的压力差，从而对主管水平轴线下方的流体起到很好的挑流作用，由此减少主管顶部水流和尾流涡旋扰动，达到减小管道振动及周边海床冲刷的目的，最终避免由于介质的泄漏导致的重大经济损失和环境污染。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带有导流防护结构的海底管道系统及安装方法，可以减小海底管道受到的扰动，用于减小主管两侧的压力差，从而对主管水平轴线下方的流体起到很好的挑流作用，由此减少主管顶部水流和尾流涡旋扰动，达到减小管道振动及周边海床冲刷的目的，最终避免由于介质的泄漏导致的重大经济损失和环境污染。

2、本发明的一种带有导流防护结构的海底管道系统，包括铺设于海床的主管、子管和防护系统，所述子管为两根并分列于主管的两侧，所述防护系统包括柔性导流板，所述柔性导流板包括两个分列于两个子管外侧的导流部，在主管底部两侧安装子管，同时在管道系统的底部设置柔性导流板，可减少管道振动及海床面的冲刷，且可以对主管水平轴线下方的流体起到很好的挑流作用。

3、所述柔性导流板包括多个第一柔性导流板和多个第二柔性导流板，所述防护系统还包括多个连接卡套，多个所述连接卡套沿长度方向并列设置将子管固定于主管并用于固定对应的第一柔性导流板，所述导流部包括所述第一柔性导流板分别对应向横向两侧延伸的第一导流部ⅰ和第一导流部ⅱ，所述第二柔性导流板位于相邻的第一柔性导流板之间且设置于主管和子管的底部，所述导流部还包括第二柔性导流板向横向两侧延伸形成第二导流部ⅰ和第二导流部ⅱ。沿管道的安装方向在管道系统的底部安装第一柔性导流板和第二柔性导流板可以减小管道两侧的压力差，当海底管道两侧的压力差减小至临界值时，可以防止主管尾流区的管涌及周围海床面的冲刷。

4、进一步，所述连接卡套设置有主管安装孔和子管安装孔，所述主管和子管分别对应插入主管安装孔和子管安装孔进行固定，所述连接卡套横向两侧靠近底部分别设有导流板安装槽，所述第一导流部ⅰ和第一导流部ⅱ分别对应安装于所述连接卡套两侧的导流板安装槽，主管安装孔及子管安装孔的弧度根据主管和子管在自重条件下埋入海床面的深度而确定，可以使得主管和子管更好的埋入海床内，避免主管和子管与海床之间产生间隙，连接卡套可以为主管和子管提供抗拉及加固作用，进一步提高对主管和子管的防护效果。

5、进一步，所述导流板安装槽为外小内大的楔形开口槽，所述第一导流部ⅰ和第一导流部ⅱ根部分别设有用于嵌入所述导流板安装槽的楔形座；第一导流部ⅰ和第一导流部ⅱ与楔形座外侧相连的结构为流线形结构，在海流作用下，流线形结构可以起到挑流的作用，可以将上游水流挑到第一柔性导流板和连接卡套的上方，使得第一柔性导流板更好的覆盖海床面，减小泥沙输移，从而阻止主管和子管下游管涌及冲刷的发生，可以保护主管和子管下方的海床。

6、进一步，所述第二柔性导流板还包括基座，所述基座上设置有放置主管的主管安装位和放置子管的子管安装位，所述第二导流部ⅰ和第二导流部ⅱ分别对应固定于基座的横向两侧，第二导流部ⅰ和第二导流部ⅱ为流线形结构，在海流作用下，流线形可以起到挑流的作用。

7、进一步，所述楔形开口槽侧向开口且轴向一端封闭，另一端用于嵌入楔形座，所述楔形开口槽沿长度方向的一端用楔形块封闭，楔形开口槽沿长度方向的两侧可以为一端封闭和一端开口或者两端均开口的结构，将第一柔性导流部ⅰ和第一柔性导流部ⅱ安装于楔形开口槽后，用楔形块封闭，可以防止第一柔性导流板沿长度方向移动。

8、进一步，所述主管安装位和子管安装位分别为向上的与主管和子管弧度相适应的弧形槽，所述基座上横向并列设置有两个卡箍孔，在管道系统放置于海床时，一卡箍件依次穿过两个所述卡箍孔用于将第二柔性导流板、主管和子管固定。所述弧形槽的弧度根据主管和子管在自重条件下埋入海床面的深度而确定，可以使得主管和子管更好的埋入海床，避免主管和子管与海床之间产生间隙。

9、进一步，所述子管与主管管径比为0.2～0.5，所述第一柔性导流板和第二柔性导流板的长度与主管管径比为1～3，所述第一导流部ⅰ和第一导流部ⅱ的横向尺寸与主管管径比为2～6，所述第二导流部ⅰ和第二导流部ⅱ的横向尺寸与主管管径比为2～6。

10、进一步，所述连接卡套的外部为圆弧形结构，所述圆弧形结构的半径与主管半径比为：1～2，所述主管安装位和子管安装位的横向尺寸与主管管径比分别对应为0.5～1和0.2～0.7，圆弧形结构的设计可以将上游来流更好的挑入主管的上方，并将主管后方尾流区的涡旋导入下游，从而减少因水流作用引起的管道水平方向的振动。

11、本发明还公开了一种带有导流防护结构的海底管道系统的安装方法，包括：

12、s1.将主管和子管按照设定的位置排列，并将主管和子管相对固定，并将柔性导流板固定设置于相对于主管和子管的设定位置；

13、s2.将固定好的主管、子管和柔性导流板平铺于海床。

14、进一步，所述柔性导流板包括多个第一柔性导流板和多个第二柔性导流板，多个第一柔性导流板通过对应的多个连接卡套固定在主管和子管；所述第二柔性导流板位于相邻的第一柔性导流板之间且设置于主管和子管的底部；

15、进一步，所述第二柔性导流板包括有基座，基座上横向并列设置有两个卡箍孔以及设置有放置主管的主管安装位和子管安装位；

16、进一步，步骤s1中，多个连接卡套沿长度方向并列设置将子管固定于主管并用于固定对应的第一柔性导流板，一卡箍件依次穿过两个所述卡箍孔用于将第二柔性导流板、主管和子管固定；

17、进一步，还包括下列步骤：

18、s3.将卡箍件取出；

19、进一步，所述卡箍件包括用于外套固定主管的主体和固定于主体两侧的卡箍翼，所述卡箍翼包覆在所述子管上方并向下延伸形成倾斜部，所述倾斜部与基座上的子管安装位外侧形成的斜面相压合；

20、进一步，所述卡箍件的上部可锁紧或打开，所述基座上的卡箍孔为两组分别对应于基座的两端设置且卡箍孔在基座的端部开口。

21、进一步，所述斜面底部横向尺寸与主管管径比为0.1～0.5，斜面为楔形结构，斜面底部与主管圆心连线夹角为30°，使得斜面的倾斜角度可以更好的对冲刷主管和子管的下游水流起到挑流作用。

22、本发明的有益效果：本发明的带有导流防护结构的海底管道系统及安装方法，采用主管道两侧设置子管道的结构，并在子管道外侧设置导流板，从主管道的两侧通过子管道到达导流板形成逐渐降低的整体结构，水流动可有效减缓，减小海底管道受到的扰动以及主管两侧的压力差，从而对主管水平轴线下方的流体起到很好的缓慢挑流作用，由此减少主管顶部水流和尾流涡旋扰动，达到减小管道振动及周边海床冲刷的目的，最终避免由于介质的泄漏导致的重大经济损失和环境污染。。