一种防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法

摘要

本发明属于海底管道设施铺设技术领域，涉及一种防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法，该方法根据海底管道外径及壁厚的尺寸，制作多对尺寸相同、结构相同的变截面半圆环形壳体，每个壳体的内径的大小与海底管道的外径相等，外径沿轴向变化且通过斜面过渡，两端较厚，中部较薄，壳体中部外表面固定有螺旋侧板，均设置外伸的眼板，一对壳体在连接成一个变截面的环形柱体后，壳体中部的螺旋侧板相互吻合形成同一个螺旋结构，构成一个止屈器，在海底管道径向上每隔一段距离按照下列方法安装一个止屈器。本发明能够降低成本，有效控制海底管道的屈曲传播及涡激振动，实现经济性和安全性的统一。

权利要求

1.一种防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法，包括下列步骤：

(1)根据海底管道外径及壁厚的尺寸，制作多对尺寸相同、结构相同的变截面半圆环形壳体，每个壳体的内径的大小与海底管道的外径相等，外径沿轴向变化且通过斜面过渡，两端较厚，中部较薄，壳体中部外表面固定有螺旋侧板，每个壳体均设置外伸的眼板，一对壳体在连接成一个变截面的环形柱体后，壳体中部的螺旋侧板相互吻合形成同一个螺旋结构，构成一个止屈器；

(2)在海底管道径向上每隔一段距离按照下列方法安装一个止屈器：将一个壳体紧贴在管道表面上，按照眼板位置吻合和螺旋侧板的旋转方向一致的方式将其与另一个壳体对接，然后通过螺栓穿过眼板将两个壳体固定在管道上。

2.根据权利要求1所述的一种防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法，其特征在于，每个壳体的长度取1.5-2倍于所述海底管道外径，两端部分的厚度或者取2.5-3.5倍于所述海底管道的壁厚，或者根据所述海底管道外混凝土配重层的厚度来选取，壳体中部的厚度取1-1.5倍于所保护海底管道的壁厚，螺旋侧板的高度取过渡斜面的高度。

3.根据权利要求1所述的一种防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法，其特征在于，止屈器的安装间隔取10m。

说明书

一种防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法

技术领域

[0001] 本发明属于海底管道设施铺设技术领域，具体涉及一种能够防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法。

背景技术

[0002] 海底管道在海上铺设过程中，铺管船与海底之间的管道通常存在着相当长的一段悬跨，悬跨的长度不仅与水深有关，而且受到铺设施工荷载和各种复杂环境的影响。管道铺设过程中会受到某些障碍令管道产生过大的弯曲变形；管道铺设完成后，由于锚等坠落物碰撞以及海床等其它外力作用，同样产生局部屈曲。这种局部屈曲一旦发生，因受到外部静水压力的作用而容易沿着管道纵向迅速传播，最终导致管道的整体结构失效，严重阻碍管道正常的运行。

[0003] 此外，海底管道铺设于不平坦的海床表面，在海流、潮汐等因素的共同作用下，沿着管道的铺设路由上的某些区域，容易发生管道暴露在海底土壤上形成悬空段。在环境荷载的长期作用下，悬空段容易发生上浮或侧向屈曲以及涡激振动而失效。

[0004] 因此，海底管道的屈曲传播和涡激振动，给海上石油及天然气的开发带来巨大的经济损失，防止屈曲传播和涡激振动对于海底管道工程具有重要的意义。

[0005] 通常采取在管道外表面扣入圆柱形钢圈或缠绕线圈等方式来达到止屈效果。但普遍存在耗材多、成本高、施工工艺复杂等缺点。通过外设大体积导流装置来抑制涡激振动的方法增大了施工成本，同时提高了管道的铺设难度。目前，还没有集防止屈曲传播和抑制涡激振动于一体的装置出现。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于克服现有技术上的不足，提供一种能够有效防止屈曲传播以及抑制涡激振动的方法，采取合理的施工工艺，降低成本，有效控制海底管道的屈曲传播及涡激振动，实现经济性和安全性的统一。

[0007] 为此，本发明采用如下的技术方案：一种防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法，包括下列步骤：

[0008] (1)根据海底管道外径及壁厚的尺寸，制作多对尺寸和结构相同的变截面半圆环形壳体，每个壳体的内径的大小与海底管道的外径相等，外径沿轴向变化且通过斜面过渡，两端较厚，中部较薄，壳体中部外表面固定有螺旋侧板，每个壳体均设置外伸的眼板，一对壳体在连接成一个变截面的环形柱体后，壳体中部的螺旋侧板相互吻合形成同一个螺旋结构，构成一个止屈器；

[0009] (2)在海底管道径向上每隔一段距离按照下列方法安装一个止屈器：将一个壳体紧贴在管道表面上，按照眼板位置吻合和螺旋侧板的旋转方向一致的方式将其与另一个壳体对接，然后通过螺栓穿过眼板将两个壳体固定在管道上。

[0010] 作为优选实施方式，每个壳体的长度取1.5-2倍于所述海底管道外径，两端部分的厚度或者取2.5-3.5倍于所述海底管道的壁厚，或者根据所述海底管道外混凝土配重层的厚度来选取，壳体中部的厚度取1-1.5倍于所保护海底管道的壁厚，螺旋侧板的高度取过渡斜面的高度。止屈器的安装间隔取10m。

[0011] 本发明提供了一种防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法，对于现有的技术具有以下优点：(1)本发明能够有效防止海底管道发生屈曲后的传播，确保海底管道整体的完整性，避大大降低海底管道由局部屈曲引起结构破坏而造成的经济损失。(2)在止屈器中间部分设有螺旋侧板，当海底管道发生上浮屈曲时，止屈器在防止屈曲传播的同时，能够给来流施加一定扰动而改变雷诺数，使得流动状态提前进入湍流状态，达到抑制涡激振动的效果。(3)止屈器的每瓣壳体形状相同，可以通过一个模具进行批量生产，简化了制造工艺，降低了制造成本。(4)在不影响防止屈曲传播效果和抑制涡激振动的前提下，止屈器中间部分通过斜面过渡向下凹陷，这样可以节省钢材用量，达到经济可行的效果。(5)止屈器的安装工艺简单，可以通过流水线安装，提高工作效率，降低施工成本。

附图说明

[0012] 图1为装配有止屈器的某段海底管道的正视图；

[0013] 图2为止屈器的一瓣壳体，为图1中止屈器部分的仰视图；

[0014] 图3为与图2中壳体相配合的另一瓣壳体，为图1中止屈器部分的俯视图；

[0015] 图4为图1中的A-A剖面图；

[0016] 图5为图1中的B-B剖面图；

[0017] 图6为图2中的C-C剖面图。

[0018] 图中标号说明：

[0019] 1止屈器；2眼板；3壳体；4螺栓；5壳体两端部分；6壳体中间部分；7混凝土层；8海底管道；9螺旋侧板

具体实施方式

[0020] 本发明通过在海底管道上每隔一定距离安装带螺旋侧板止屈器的方法，防止海底管道屈曲传播和抑制涡激振动。主要步骤如下：

[0021] (1)根据所要保护海底管道的外径及壁厚尺寸，制作两瓣形状相同的半圆环形变截面壳体，可通过一个模具进行批量生产。

[0022] (2)海底管道一般采取分段预制，通过铺管船等在海上焊接和铺设；管道外表面设有混凝土层。因此，该止屈器在设置混凝土层之前安装。

[0023] (3)将第一瓣壳体紧贴在管道表面的一侧，通过眼板位置和螺旋侧板的旋转方向，把另一瓣壳体与已就位的壳体对接。

[0024] (4)两瓣壳体通过4个螺栓进行固定。螺栓穿过眼板将两瓣壳体连接，构成固定在管道外表面上的止屈器。

[0025] (5)在安装好止屈器以外的管道部分设置混凝土层，端部紧贴止屈器。

[0026] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

[0027] 装配有止屈器的某段海底管道的正视图，如图1所示。本发明所涉及的海底管道止屈器1，是由两瓣壳体3通过螺栓连接紧密固定在管道8表面上。每瓣壳体3形状相同，采用流水线预制工艺，钢材等级的可选用API 5L×80。

[0028] 每瓣壳体3为变截面的半圆环形。壳体3的两端部分5较厚，上面带有外伸的眼板2，螺栓4穿过眼板2连接两瓣壳体3，构成止屈器1；而壳体的中间部分6较薄，上面带有螺旋侧板9，起到扰乱来流，抑制管道8涡激振动的作用。如图6所示，两端部分5和中间部分6通过过渡斜面连接。螺旋侧板9通过浇铸或者是点焊固定在壳体3上，其高度取过渡斜面的高度，保证螺旋侧板正好与两端部分5平齐。

[0029] 图2和图3为图1中止屈器1的仰视图和俯视图，显示了螺旋侧板9在止屈器中间部分6的缠绕情况，它们的形状相同，便于成批生产。图2和图3通过螺栓穿过眼板2连接，组成图1中所示的止屈器1。图4和图5为图1中止屈器1的A-A和B-B剖面图，它们显示了止屈器的侧面结构形式。

[0030] 在管道设置混凝土层7之前，先安装止屈器1。具体过程为先将一瓣壳体紧贴在管道8表面上，通过眼板2的位置和螺旋侧板的旋转方向与另一瓣壳体对接，然后通过四个螺栓穿过眼板2将止屈器1固定在管道8上。在装好止屈器的管道8外表面设置混凝土层7。混凝土层7和止屈器1端部紧密连在一起，如图1所示。止屈器1的长度可取管道8外径的1.5-2倍，两端部分5的厚度可参考混凝土层7的厚度，也可取2.5-3.5倍管道8的壁厚，中间部分6的厚度可取1-1.5倍管道8的壁厚，止屈器的安装间隔可取10m左右。