海洋管道的施工-讲义

商业应用始于1970s 当 Santa Fe Corporation 建立了第 一艘卷筒船（reel vessel) 。
3、管道的铺设-Reel Lay
根据卷筒 铺管船的设计和 水深 ，卷管可以 用 S-lay or J-lay 方法 来 安装 .卷筒铺管船可以有垂直或者 水平 的 卷筒 。
水平的卷筒铺管船在浅水到中等水深使用托管架和S-lay铺设管 道.
3、管道的铺设 -顶管法
4、管道的试压和试运转
管道的试压包括：
在加工制作现场对组装的管段进行试压，检验焊口 的质量；
在管道铺设后，管沟回填前的全管道试压。
试验压力一般为管道最大工作压力的1.25~1.5 倍。 海底管道的试运转:按使用要求和设计标准逐项测 试， 以便制定管道工艺操作规程。
1、对防腐层的基本要求
• S-lay • J-lay • Reel lay
3、管道的铺设-S-lay
S-lay的发展经历了四个阶段： 第一代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，应用于浅水和内
陆水域 第二代 S-lay 铺管船主要是平底驳船，但具有4-14个的
锚链来定位。 第三代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用锚链定位。 第四代 S-lay 铺管船是半潜式的，应用动力定位。
2、保温层、加重层
保温层 • 对于双层管结构的海底管道，内外间设置保温层， 泡沫塑料是较好的隔热保温材料。 • 有喷涂和浇注两种施工方法。
加重层 • 为满足设计负浮力的配置和防止施工工程中对绝缘防 护层的损伤，常在防腐绝缘层外包加重层。 • 加重层一般是含钢筋的混凝土或水泥砂浆。 • 制作方法：人工涂抹；立模浇筑；表面喷漆；离心旋 制；预制安装。 • 海底管道加重层的质量控制，主要指混凝土的强度、 密实度、吸水率和加重层的尺寸等。
1、基本理论方法
铺管船铺管时的受力分析
• 拱弯段: 从铺管船上的张紧器A点开始, 沿托管架至架的近末端, 管道与托管架脱离点B 为拱弯段.
• 过渡段: 从管道脱离点B到反弯点C的管段. • 垂弯段: 从反弯点C以下一直到海底 （加强悬链线方法）.
1、基本理论方法
过弯段：主要发生在铺管船和托管架上。过弯的控制主要是通过控制辊轴 来取得一个曲率。这个曲率和轴向拉力一起形成了管线上的整体应力。
3、管道的铺设-S-lay
3、管道的铺设-S-lay
由于S-Lay铺管法的铺管直径大、铺管速度快，因而得到了广泛的应用。目 前，世界上最多的铺管船是S-lay铺管船。S-Lay的管线接长是水平位置施工 的，因此，可同时进行多条焊缝的焊接，且不同连接段的焊接和防腐保温 层／混凝土重力层施工可同时进行。
S-lay的局限性？
3、管道的铺设- J-lay
3、管道的铺设- J-lay
J形铺管系统，其管线是在高耸的塔架上对中焊接，然后呈近乎垂直状态入 海。这种铺管方式适合深海管线的铺设。J形铺管系统一般由管道预制线、 管道存储系统、送管系统、张紧器、A/R绞车、J型铺管塔等组成。
3、管道的铺设- J-lay
（3）铺管船法
铺管船：一种专门用于海上管道铺设的特种工程船舶，管道制造及铺放中 的各种主要作业都能在船上进行。
铺管船的种类：漂浮式铺管船、带托管架铺管船、张力式铺管船、卷筒式 铺管船和半潜式铺管船。
铺管船的特点：适用于长距离外海管道或外海油田管道的铺设。铺管速度 快，对海洋环境适应较强； 可中断作业后继续；工程费用较高。
轴向弯曲应力
—管线的曲率
1、基本理论方法
下弯段基本理论方法
• 小挠度梁法 • 非线性梁法 • 自然悬链线法 • 加强悬链线法 • 有限元法
1、基本理论方法-小挠度法
最原始， 最基本的方法， 对浅水小挠度管道的铺设较为适用。 把管道视为 一根梁， 管道任何方向上的变位皆视为小挠度 ， 因此把管道当作一根线弹 性的梁。
✓ 与金属管壁的粘结性好，绝缘层要连续，完整 ✓ 电绝缘性能好，有足够的抗击穿电压能力和电阻率 ✓ 良好的防水性和化学稳定性，在海水和湿土壤中不发生化
学分解 ✓ 有足够的强度和韧性，在管道加工和铺设过程中不产生破
损 ✓ 有一定塑性和耐老化性能
防腐绝缘层通常包括防腐涂层和沥青涂层，总厚度约 5~8mm 对于双层管结构的海底管道，内外管间设置保温层，泡 沫塑料是较好的隔热保温材料。
2、管道的加工制作
将单节钢管焊接成长管段，再将管段组装成管道。 每节钢管内外表面涂防腐层，加防腐绝缘层，隔 热保温层和外加重层，各道工序进行质量检验， 管段试压及各种试验等。 管道加工制作的场地，根据管道铺设方法而定： 设在岸边；在驳船；在铺管船上。 要建设加工制作场地， 安装施工机具。
3、管道的铺设
• 支撑控制下沉 • 管内冲水下沉 • 浮筒控制下沉 适用于海面平静， 风浪较小的海域铺设3~5km的管道， 较经济。
3、管道的铺设
（2）牵引法：近海牵引和远海牵引
近海牵引：适用于铺管段距离岸边几km， 水深5~9m以内。 具体方法：
在陆上将管道制作成数百米长的管道， 利用绞车，绞盘， 拖轮 等设备， 沿海底或海面牵引管段， 并随着牵引将管段接长， 直 到预定铺设位置。沿海面牵引时， 还有管道沉放的过程。
S-lay铺管船的关键设备是托管架和张紧器。
3、管道的铺设-S-lay
3、管道的铺设-S-lay
在安装期间，管道将经历载荷的组合。这些载荷是：张力、弯曲、压力、 在托管架支撑处和海床上的垂直于管轴的接触力。
管道的静态外形由下述参数控制：在铺设船上的张力、托管架的曲率半径、 辊轮位置、离开托管架的入水角度、管体重量、管体抗弯刚度、水深。
大型深水半潜式起重船往往配备J形铺管系统，也就是说同时结合了 铺管功能和起重吊运功能。
3、管道的铺设-Reel Lay
Reel-lay是在铺管船上安装有一个大卷筒的海上管道安装 方法。管道在岸上焊接，并缠绕到上铺管船的大卷筒上。
这种方法的第一次应用是在 D-Day， PLUTO工程中建造 的一条天然气管道，该管道穿越英吉利海峡为法国北部 的联军供应天然气.
3、管道的铺设-Reel Lay
3、管道的铺设-Reel Lay
3、管道的铺设-Reel Lay
reeling.avi installation.avi
3、管道的铺设-顶管法
顶管法：隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时 采用的一种暗挖式施工方法。
利用专门顶进设备的水平推力， 克服土壤与管道的摩擦力，将管道按设计 深度顶过水域。
3。管道的铺设-铺管船法
3、管道的铺设
3、管道的铺设-张力式 （seven sea)
ROV
3、管道的铺设-带拖管架铺管船
3、管道的铺设-带拖管架铺管船
3、管道的铺设-带拖管架铺管船 (Bigfoot1)
3、管道的铺设-Reel Vessel
3、管道的铺设-铺管船法
铺管船法的常用方法:
管道铺设的通用规范：
DNV-OS- F101 (Det Norske Veritas) API- RP-1111 (American Petroleum Institute)
海洋管道的铺设有四种方法：
• 漂浮法； • 牵引法； • 铺管船法； • 顶管法
3、管道的铺设
（1）漂浮法：管道在陆地加工制作， 浮运到铺设位置。 在焊接驳船上将管 道焊接起来，使管道下沉。下沉的方法：
远海牵引
➢底拖法：管道直接放置在海床上， 由水面拖轮牵引 ➢近底拖法：利用浮子和平衡铁链将管道悬浮在距离海床一定高度
上，再由水面拖轮牵引。 ➢表面拖法：用浮箱使管道漂浮在水面由拖轮牵引。 ➢潜拖法：管道被控制水面以下一定深度悬浮着，由水面拖轮牵引。
3、管道的铺设
3、管道的铺设
3、管道的铺设
3、管道的铺设
与S形铺管船法相比，J形铺管船法有如下的优点：
• 管道与海床的接触点和铺管船的距离更短，因而便于动力定位； • 对铺管船由推进器提供的水平力需求大幅降低； • 消除了S型铺管中的拱弯段，从而消除了危险的残余应力，降低了水
平拉应力，同时还取消了S型铺管法特有的长而脆弱的托管架； • 管道铺设完成后其应力也比S型铺设的更小。为适应多功能作业需求，
3、管道的铺设-顶管法
适用于大型管道，上岸管道和河流的穿越工程，一般适用较好的土壤， 海 岸潮间带， 窄平河面或地上悬河等两边水面相差不大的条件下。
顶管方法的选用由管径、穿越长度、地质、地下水情况及顶进设备等因素 决定。
顶管操作在工作坑内进行，顶进设备可选用千斤顶或通井机配合滑轮组， 当顶力较大和整条管线组装后顶管，常常采用后者。
（1）当要求降低负 浮力时， 可增设浮筒使管道漂浮：
（2）当要求增加负 浮力时， 即使管道下沉， 可将浮筒卸开。卸开的浮筒数 为：
海洋管道的埋设
海洋管道的埋设， 主要是为了稳定、安全， 有时是工艺上的要求。 一般将 管顶埋深为 1.0~1.5m.
海底管道开沟的方法与设备有喷射、使砂液化、机械开挖或开沟犁， 以及 各种挖泥船和爆破等。
1、重力调节的类别及方法
海底管道的重力调节有两类：单位长度管道的重力调节和浮力调节。 单位长度管道重力调节的（4) 方法：
• 调节管体负浮力: 负浮力即管道的下沉力。它等于管体在水下的重力。调节负浮力最 常用的办法是调节管道的配重，即调节管道外加重层的厚度。
• 增加钢管壁厚: 增加壁厚，管道单位长度的重力增大，但管道的用钢量也增加，是很不 经济的办法。
海底管道的埋设有先挖沟法和后挖沟法。
海洋管道的埋设
后挖沟法：将铺设在海底的管道， 利用水面的或水下的喷冲装置， 随铺管过程冲 开管下的海底土壤使管道埋至要求深度。
后挖沟法：因粘性土不易冲动，坚硬土层则冲不动， 故后挖沟法的使用受限制。 液化的基床使一段管道处于市区支撑 状态，就像受力的长梁，其垂度与梁的跨度、