海底管道水平铺设系统样机结构设计

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1、海底管道水平铺设系统样机结构设计11第1章绪论1.1海底管道铺设的概念运用一定的结构与相应的控制系统将用于信息的传输或者输送的管道放置到指定的位置的铺设系统称为管道铺设系统。能将柔性软管放置到指定位置，管道本身有具有柔性，能适用于深海又可适用于浅海的柔性软管铺设系统称之为海底柔性管道铺设系统。海底管道铺设系统具有作业效率高、对作业环境有较好的适应性、铺设深度范围较广、柔性软管不需焊接、铺管作业准备时间短等一系列优点，是一种具有广阔前景和急需推广的管道铺设装置[1]。1.2海底管道水平铺设系统研究的目的和意义管道运输

2、是油气运输的方式中最快捷、可靠、经济的，是油气运输主要方式.从1954年在美国的墨西哥湾由Brown&Root海洋工程公司铺设了世界上第一条海底管道，人们已经在全球各不同近海和远海海域成功铺设了近两万公里各种类型、管径的海底管道.海底管道铺设技术发展速度之迅速由此可见一斑。铺管技术随着海域水深的加深也相应得到了大发展.海底管道铺设系统的研制可以满足我国深海油气田开发工程的需要，填补国内相关领域的空白，提高我国在深海管道铺设领域的技术水平，促进我国深海油气资源的开发利用。海底软管管道的铺设是深海石油资源开发的基础装备

3、，软管铺设系统是用于海底输油软管铺设的专用设备。海底管道水平铺设系统样机结构设计为实际工程样机设计打基础，用来验证实际管道铺设过程的校直、横张力和止动等关键技术。1.3海底管道铺设方法分类由于铺管船的适应性强，机动性好，且施工工艺已趋于成熟，是目前世界上使用最广泛的一种方法之一，铺管船在近些年得到了大力发展.随着各种类型的具有高技术高附加值的海底铺管船的设计研发，铺管船的高效性、结构的安全性与经济性，舾装配件布局的合理性等方面引起了研发人员和各国船厂的重视。到目前为止，结合国内外的铺管实际经验，主要的铺管方式有：“

4、S”型铺管法，“J”型铺管法，拖拽式铺管法，卷管式铺管法。111.3.1“S”型铺管法S型铺管法，是当前最为常用的海底管道铺设方法。因为铺设作业在同一水平线之上进行，所以S型铺管法效率很高且安全稳定。“S”型铺管法一般需要数艘起重抛锚拖轮来辅助支持管道铺设作业。作业开始前，先要放下锚，使船固定在海面上，然后使锚缆穿过托管架，并将锚缆固定到第一根管子的端部。在托管架的支撑作用下，管道自然地弯曲成S型，此时管道被划分为三个部分：（1）上弯段：从张紧器到管线与支架分离点之间这一段，即被支架支撑的管线部分；（2）下弯段：管

5、道和支架分离点到与海底接触点之间竖直部分；（3）边缘段：支架倒数第三个滑轮到管线拐点间的受力复杂的部分。除此之外，还有另外一种分段方式，将管道分为两个区域拱弯区和垂弯区。拱弯区是从铺管船板上的张紧器开始，沿支架向下到管道开始脱离支架支撑的抬升点为止的一段区域(抬升点即是管道呈S型时的拐点)；垂弯区是从抬升点到海底着地点之间的区域。管道在垂弯区的曲率通过张紧器产生的张紧力来控制，管道在拱弯区的曲率通过合适的滑道支撑和支架的弯曲度来控制[2]。图1.1“S”型铺管方式1.3.2“J”型铺管法J型铺管法，是从上世纪80年

6、代为了适应深水铺设而不断发展出来的，是目前最佳深海管道铺设方法，该方法主要应用于刚性管道铺设[3]。在铺设过程中刚性管道近乎竖直进入水中，管道在水中呈J型，因而得名J型铺管法。J型铺管法在铺设过程中通过调节托管架的倾斜角度和张紧器张力来改变管道的受力，从而使管道安全铺设。J型铺管法主要有以下两种：（1）钻井船J型铺设法（2）带斜型滑道的J型铺管法。J型铺管设备主要由4部分组成：11（1）管道连接站—用来将前一次管段的最下端连接到本次释放的管段的最上端；（2）管道支撑塔架—竖直的铺管塔，该铺管塔在管道连接站正上方，它

7、将管道保持在铺设路径的合理角度内，管段的下端与准管道连接站对准；（3）静态夹具—用来夹住前一次释放管段顶端的夹子，同时夹住使管段对准连接站；（4）管道释放装置—当在静态夹具松开时可调节地释放管段。图1.2“J”型铺管法1.3.3拖拽式铺管法拖曳式铺管法主要由以下四种方式：海面拖行、海面下拖行、近底拖行和海底拖行。以上四种拖拽方法的管道组装均相同，可以在地面组装厂或者在浅海处的铺管船上完成管道组装；当完成管道组装后，就可以进行拖拽铺设。（a）海面拖行，管道通过漂浮箱漂浮在水面上。（b）海面下拖行，通过漂浮箱使管道不受

8、海面风浪的影响。这两种拖曳方法对比，海面拖行与海面下拖行铺设管道易受到海面风浪、海上船只和管道陈放的影响。（c）近底拖行，是海面拖行技术的改进方式，同样也需要主拖船和牵制拖船。在管道上每隔一定间距设置漂浮箱，同时浮箱上还需要连接有铁链，用于拖行，利用它的重量和浮箱的浮力而使管道达到设计深度。这种铺设方式通过改变铁链的长度来提供管道的稳定力，通过改变张力的大小