[實用新型]一種利用發泡材料防治多年凍土區管體融沉的裝置

有效

• 申請號: 201220740823.4
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN203099082U
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 張鑫;馮少廣;李榮光;趙國星;陳朋超;趙迎波;吳官生;馬濤;蔡永軍;劉國豪;李睿;段瑞哲;高山卜;張巍
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: F16L3/00
• 分類號: F16L3/00;F16L1/026
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司 11013
• 代理人: 任清漢

本實用新型是一種利用發泡材料防治多年凍土區管體融沉的裝置。涉及管道系統技術領域。

隨著我國經濟快速發展，對油氣資源的需求也日益增加。作為一種經濟、安全、不間斷的長距離油氣輸送工具，油氣管道在近幾十年取得了巨大的發展。但由于很多油氣資源蘊藏于多年凍土寒區，為了滿足經濟發展對油氣資源的需求，越來越多的油氣輸送管道將不可避免的在多年凍土區修建。目前國內外在凍土區建設的原油管道，具有代表性的有美國的阿拉斯加管道，加拿大的諾曼威爾斯管道和中國的漠大管道。多年凍土區油氣管道主要采用埋地或架空方式鋪設。但基于安全、經濟等因素考慮，埋地式是更為普遍的敷設方式，如諾曼威爾斯管道和漠大管道均是此種方式進行敷設的。但采用埋地方式進行管道敷設時，將不可避免改變地表形態，破壞植被，引起地基多年凍土上限變化和多年凍土的衰退和融化。此外，在管道運營過程中，管輸溫度高于周圍凍土溫度時將會不斷融化周圍凍土，形成融化圈，進而導致管體發生不均勻融沉，破壞管道穩定性、威脅管道運行安全。目前，融沉風險對于管道的安全運行是個全球性的工程難題，尚無有效的方法和措施來防治管體融沉問題的發生。

管道的融沉風險與凍土地基的融沉性密切相關，當管道地基位于弱融沉或不融沉的砂礫、粗砂層和花崗巖層時，地基穩定，管體的融沉風險很小。而當管道地基鋪設于強融沉性區域（富冰凍土、刨冰凍土和含土冰層）時，凍土融化后容易導致管道沉降，需要考慮采取相應的治理措施。尤其對于當管道地基為融沉系數大于25的含土冰層時，凍土融化后呈流塑狀態，完全失去對管道的機械承載力，從而導致管道在短時間內出現大量沉降，極易引起管道由于融沉量過大而破裂，是最危險的地質狀況。管道的融沉問題，主要源于兩個方面，一是管道運行過程中對外源源不斷散熱，導致周圍出現融化圈，融土出現超過預期的下沉量導致管體沉降。二是凍土融化后機械承載力急劇降低，甚至失去承載力，無法實現對管道的有效支撐。管道的融沉問題，從根本上來講是由于管道對外源源不斷散熱，導致周圍強融沉性凍土融化所致。因此，將管道傳導出的熱量采取合適的措施重新導出到大氣中，維持管道地基的凍結穩定狀態才是保障管道穩定的根本。為了防止或減緩多年凍土區埋地管道的熱效應，國外曾采用過制冷機組對管道周圍進行機械制冷，以降低管道熱量對周圍凍土的影響。它的不足之處在于不僅要消耗很多的電能，不利用環保節能，而且運行維護費用也相當高，經濟上不合理。此外，該項措施在沒有穩定電力來源的區域無法使用。因此，有必要開發一種專門應用于多年凍土區埋地管道融沉防治的方法與設備，且具有無需消耗電能、免維護、環保節能等優點，徹底解決凍土區埋地管道在運行過程中由于周圍凍土融化所導致的融沉問題。

本實用新型的目的是設計一種無運動部件、免維護、具有良好可靠性、不消耗電能的適用于多年凍土區域埋地管道的利用發泡材料防治多年凍土區管體融沉的裝置。

本發明利用聚氨酯發泡材料增大管道與凍土的局部接觸面積，進而提升凍土沼澤區管道浮力的方式來實現多年凍土區管道的融沉防治。埋地管道1每間隔一確定值設一支撐點，在支撐點處的埋地管道1外包覆聚氨酯發泡材料2，聚氨酯發泡材料2外再包覆輕質高強度鋁合金保護殼3。

其中，聚氨酯發泡材料2采用噴涂發泡成型方式，將原料噴在埋地管道1表面，輕質高強度鋁合金保護殼3內，發泡成型。

為了考慮防治措施的可實施性和經濟性，在對該區域管道進行融沉治理時，考慮將措施實施點作為管道的支撐點，由支撐點處產生的浮力，對管道支撐來保證管道不發生超過預期的沉降。

為了考慮防治措施的可實施性和經濟性，在對該區域管道進行融沉治理時，考慮將措施實施點作為管道的支撐點，由支撐點處產生的浮力，對管道支撐來保證管道不發生超過預期的沉降。

本實用新型中涉及的多年凍土區管道融沉防治系統的構成圖如圖1和圖2所示。其中1為埋地管道，2為聚氨酯發泡材料，3為輕質高強度鋁合金保護殼。埋地管道1每間隔一確定值設一支撐點，在支撐點處的埋地管道1外包覆聚氨酯發泡材料2，聚氨酯發泡材料2外再包輕質高強度鋁合金保護殼3。

其中，聚氨酯發泡材料2采用噴涂發泡成型方式，將原料噴在埋地管道1表面，輕質高強度鋁合金保護殼3內，發泡成型；

輕質高強度鋁合金保護殼3為預制成品，兩半球形結構，覆蓋在埋地管道1表面，呈圓弧狀，待聚氨酯材料發泡成型后，將輕質高強度鋁合金保護殼3與埋地管道1的連接處，用防水密封膠密封嚴實。