專利名稱：一種防止海底管道屈曲傳播和抑制渦激振動的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于海底管道設施鋪設技術領域，具體涉及一種能夠防止海底管道屈曲傳
播和抑制渦激振動的方法。
背景技術：
海底管道在海上鋪設過程中，鋪管船與海底之間的管道通常存在著相當長的一段 懸跨，懸跨的長度不僅與水深有關，而且受到鋪設施工荷載和各種復雜環(huán)境的影響。管道鋪 設過程中會受到某些障礙令管道產(chǎn)生過大的彎曲變形；管道鋪設完成后，由于錨等墜落物 碰撞以及海床等其它外力作用，同樣產(chǎn)生局部屈曲。這種局部屈曲一旦發(fā)生，因受到外部靜 水壓力的作用而容易沿著管道縱向迅速傳播，最終導致管道的整體結(jié)構(gòu)失效，嚴重阻礙管 道正常的運行。 此外，海底管道鋪設于不平坦的海床表面，在海流、潮汐等因素的共同作用下，沿
著管道的鋪設路由上的某些區(qū)域，容易發(fā)生管道暴露在海底土壤上形成懸空段。在環(huán)境荷
載的長期作用下，懸空段容易發(fā)生上浮或側(cè)向屈曲以及渦激振動而失效。 因此，海底管道的屈曲傳播和渦激振動，給海上石油及天然氣的開發(fā)帶來巨大的
經(jīng)濟損失，防止屈曲傳播和渦激振動對于海底管道工程具有重要的意義。 通常采取在管道外表面扣入圓柱形鋼圈或纏繞線圈等方式來達到止屈效果。但普
遍存在耗材多、成本高、施工工藝復雜等缺點。通過外設大體積導流裝置來抑制渦激振動的
方法增大了施工成本，同時提高了管道的鋪設難度。目前，還沒有集防止屈曲傳播和抑制渦
激振動于一體的裝置出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術上的不足，提供一種能夠有效防止屈曲傳播以及 抑制渦激振動的方法，采取合理的施工工藝，降低成本，有效控制海底管道的屈曲傳播及渦 激振動，實現(xiàn)經(jīng)濟性和安全性的統(tǒng)一。 為此，本發(fā)明采用如下的技術方案一種防止海底管道屈曲傳播和抑制渦激振動 的方法，包括下列步驟 根據(jù)海底管道外徑及壁厚的尺寸，制作多對尺寸和結(jié)構(gòu)相同的變截面半圓環(huán)形殼 體，每個殼體的內(nèi)徑的大小與海底管道的外徑相等，外徑沿軸向變化且通過斜面過渡，兩端 較厚，中部較薄，殼體中部外表面固定有螺旋側(cè)板，均設置外伸的眼板， 一對殼體在連接成 一個變截面的環(huán)形柱體后，殼體中部的螺旋側(cè)板相互吻合形成同一個螺旋結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個 止屈器； 在海底管道徑向上每隔一段距離按照下列方法安裝一個止屈器將一個殼體緊貼 在管道表面上，按照眼板位置吻合和螺旋側(cè)板的旋轉(zhuǎn)方向一致的方式將其與另一個殼體對 接，然后通過螺栓穿過眼板將兩個殼體固定在管道上。 作為優(yōu)選實施方式，每個殼體的長度取1.5-2倍于所述海底管道外徑，兩端部分的厚度或者取2. 5-3. 5倍于所述海底管道的壁厚，或者根據(jù)所述海底管道外混凝土配重層 的厚度來選取，殼體中部的厚度取1-1. 5倍于所保護海底管道的壁厚，螺旋側(cè)板的高度取 過渡斜面的高度。在海底管道徑向上每隔12m距離安裝一個止屈器。 本發(fā)明提供了一種防止海底管道屈曲傳播和抑制渦激振動的方法，對于現(xiàn)有的技 術具有以下優(yōu)點(l)本發(fā)明能夠有效防止海底管道發(fā)生屈曲后的傳播，確保海底管道整 體的完整性，避大大降低海底管道由局部屈曲引起結(jié)構(gòu)破壞而造成的經(jīng)濟損失。(2)在止屈 器中間部分設有螺旋側(cè)板，當海底管道發(fā)生上浮屈曲時，止屈器在防止屈曲傳播的同時，能 夠給來流施加一定擾動而改變雷諾數(shù)，使得流動狀態(tài)提前進入湍流狀態(tài)，達到抑制渦激振 動的效果。(3)止屈器的每瓣殼體形狀相同，可以通過一個模具進行批量生產(chǎn)，簡化了制造 工藝，降低了制造成本。(4)在不影響防止屈曲傳播效果和抑制渦激振動的前提下，止屈器 中間部分通過斜面過渡向下凹陷，這樣可以節(jié)省鋼材用量，達到經(jīng)濟可行的效果。(5)止屈 器的安裝工藝簡單，可以通過流水線安裝，提高工作效率，降低施工成本。


圖1為裝配有止屈器的某段海底管道的正視圖； 圖2為止屈器的一瓣殼體，為圖1中止屈器部分的仰視圖； 圖3為與圖2中殼體相配合的另一瓣殼體，為圖1中止屈器部分的俯視圖； 圖4為圖1中的A-A剖面圖； 圖5為圖1中的B-B剖面圖； 圖6為圖2中的C-C剖面圖。 圖中標號說明 1止屈器；2眼板；3殼體；4螺栓；5殼體兩端部分；6殼體中間部分；7混凝土層； 8海底管道；9螺旋側(cè)板
具體實施例方式
本發(fā)明通過在海底管道上每隔一定距離安裝帶螺旋側(cè)板止屈器的方法，防止海底 管道屈曲傳播和抑制渦激振動。主要步驟如下 (1)根據(jù)所要保護海底管道的外徑及壁厚尺寸，制作兩瓣形狀相同的半圓環(huán)形變 截面殼體，可通過一個模具進行批量生產(chǎn)。 (2)海底管道一般采取分段預制，通過鋪管船等在海上焊接和鋪設；管道外表面 設有混凝土層。因此，該止屈器在設置混凝土層之前安裝。 (3)將第一瓣殼體緊貼在管道表面的一側(cè)，通過眼板位置和螺旋側(cè)板的旋轉(zhuǎn)方向， 把另一瓣殼體與已就位的殼體對接。 (4)兩瓣殼體通過4個螺栓進行固定。螺栓穿過眼板將兩瓣殼體連接，構(gòu)成固定在 管道外表面上的止屈器。
(5)在安裝好止屈器以外的管道部分設置混凝土層，端部緊貼止屈器。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步描述。 裝配有止屈器的某段海底管道的正視圖，如圖1所示。本發(fā)明所涉及的海底管道 止屈器1，是由兩瓣殼體3通過螺栓連接緊密固定在管道8表面上。每瓣殼體3形狀相同，
4采用流水線預制工藝，鋼材等級的可選用API 5L X80。 每瓣殼體3為變截面的半圓環(huán)形。殼體3的兩端部分5較厚，上面帶有外伸的眼 板2，螺栓4穿過眼板2連接兩瓣殼體3，構(gòu)成止屈器1 ;而殼體的中間部分6較薄，上面帶 有螺旋側(cè)板9，起到擾亂來流，抑制管道8渦激振動的作用。如圖6所示，兩端部分5和中間 部分6通過過渡斜面連接。螺旋側(cè)板9通過澆鑄或者是點焊固定在殼體3上，其高度取過 渡斜面的高度，保證螺旋側(cè)板正好與兩端部分5平齊。 圖2和圖3為圖1中止屈器1的仰視圖和俯視圖，顯示了螺旋側(cè)板9在止屈器中 間部分6的纏繞情況，它們的形狀相同，便于成批生產(chǎn)。圖2和圖3通過螺栓穿過眼板2連 接，組成圖1中所示的止屈器l。圖4和圖5為圖1中止屈器1的A A禾PB B剖面圖，它們 顯示了止屈器的側(cè)面結(jié)構(gòu)形式。 在管道設置混凝土層7之前，先安裝止屈器1 。具體過程為先將一瓣殼體緊貼在 管道8表面上，通過眼板2的位置和螺旋側(cè)板的旋轉(zhuǎn)方向與另一瓣殼體對接，然后通過四個 螺栓穿過眼板2將止屈器1固定在管道8上。在裝好止屈器的管道8外表面設置混凝土層 7?；炷翆?和止屈器1端部緊密連在一起，如圖l所示。止屈器l的長度可取管道8外 徑的1. 5-2倍，兩端部分5的厚度可參考混凝土層7的厚度，也可取2. 5-3. 5倍管道8的壁 厚，中間部分6的厚度可取l-1.5倍管道8的壁厚，止屈器的安裝間隔可取10m左右。
權利要求
一種防止海底管道屈曲傳播和抑制渦激振動的方法，包括下列步驟(1)根據(jù)海底管道外徑及壁厚的尺寸，制作多對尺寸相同、結(jié)構(gòu)相同的變截面半圓環(huán)形殼體，每個殼體的內(nèi)徑的大小與海底管道的外徑相等，外徑沿軸向變化且通過斜面過渡，兩端較厚，中部較薄，殼體中部外表面固定有螺旋側(cè)板，均設置外伸的眼板，一對殼體在連接成一個變截面的環(huán)形柱體后，殼體中部的螺旋側(cè)板相互吻合形成同一個螺旋結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個止屈器；(2)在海底管道徑向上每隔一段距離按照下列方法安裝一個止屈器將一個殼體緊貼在管道表面上，按照眼板位置吻合和螺旋側(cè)板的旋轉(zhuǎn)方向一致的方式將其與另一個殼體對接，然后通過螺栓穿過眼板將兩個殼體固定在管道上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種防止海底管道屈曲傳播和抑制渦激振動的方法，其特征 在于，每個殼體的長度取1. 5-2倍于所述海底管道外徑，兩端部分的厚度或者取2. 5-3. 5倍 于所述海底管道的壁厚，或者根據(jù)所述海底管道外混凝土配重層的厚度來選取，殼體中部 的厚度取1-1. 5倍于所保護海底管道的壁厚，螺旋側(cè)板的高度取過渡斜面的高度。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種防止海底管道屈曲傳播和抑制渦激振動的方法，其特征 在于，在海底管道徑向上每隔12m距離安裝一個止屈器。
全文摘要
本發(fā)明屬于海底管道設施鋪設技術領域，涉及一種防止海底管道屈曲傳播和抑制渦激振動的方法，該方法根據(jù)海底管道外徑及壁厚的尺寸，制作多對尺寸相同、結(jié)構(gòu)相同的變截面半圓環(huán)形殼體，每個殼體的內(nèi)徑的大小與海底管道的外徑相等，外徑沿軸向變化且通過斜面過渡，兩端較厚，中部較薄，殼體中部外表面固定有螺旋側(cè)板，均設置外伸的眼板，一對殼體在連接成一個變截面的環(huán)形柱體后，殼體中部的螺旋側(cè)板相互吻合形成同一個螺旋結(jié)構(gòu)，構(gòu)成一個止屈器，在海底管道徑向上每隔一段距離按照下列方法安裝一個止屈器。本發(fā)明能夠降低成本，有效控制海底管道的屈曲傳播及渦激振動，實現(xiàn)經(jīng)濟性和安全性的統(tǒng)一。
文檔編號F16L1/16GK101696751SQ20091030971
公開日2010年4月21日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權日2009年11月13日
發(fā)明者余建星, 余楊, 傅明煬, 周清基, 晉文超, 杜尊峰, 許博卿 申請人:天津大學;