[發明專利]一種抗冰導管架平臺立管防冰裝置

有效

• 申請號: 201410200510.3
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103966992A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 畢祥軍;王和平;白文柱;楊彪;李剛;王博;季順迎;岳前進;屈衍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;中海石油（中國）有限公司天津分公司
• 主分類號: E02B17/00
• 分類號: E02B17/00;E02D27/52;E02D31/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種用于冰區海洋工程的防冰裝置，特別是導管架平臺的立管防冰裝置。

背景技術

在寒區的海洋，冬季會在海面結冰。在風與流的驅動下，海冰發生移動。海冰的移動會對寒區建造的海洋工程結構產生作用力，并可能造成海洋結構物的破壞。寒區海洋結構在設計時按設計海域大面積浮冰的重現期考慮，并以海冰載荷作為抗冰結構的設計控制載荷。

在寒區的海洋石油開發中，多采用抗冰導管架結構。抗冰導管架結構主要有兩類，一類在潮差帶加裝有破冰裝置，另一類則沒有。對沒有加裝破冰裝置的導管架，海冰直接與樁腿作用，海冰的破碎模式為擠壓破壞。當海冰與樁腿結構相互作用并發生擠壓破壞時，其作用力與冰的壓縮強度和擠壓面積有關。對在潮差帶加裝有破冰裝置的結構，所采用的破冰裝置一般為錐面結構。當海冰與錐面結構相互作用時，錐面結構可以使海冰的破碎模式變為彎曲破壞。與擠壓強度相比，海冰的彎曲強度小很多，因此海冰彎曲破壞時對結構物的作用力也小很多。當海冰直接與樁腿結構相互作用時，在海冰擠壓破碎過程中形成脈動性載荷，載荷的頻率范圍很寬，不僅涵蓋了導管架結構的低階固有頻率，也可涵蓋平臺上部管線的低階固有頻率，因此可以引起平臺主體結構包括平臺上部管線結構的強烈振動。而當海冰與錐體結構相互作用時，在海冰彎曲破碎過程中也會形成脈動性載荷，但載荷的頻率范圍很窄，只會引起平臺主體結構的低階振動，但由于破碎模式的改變導致了錐體脈動性海冰載荷的幅值低于樁腿結構脈動性海冰載荷，因此在導管架結構上增加破冰錐體并不會引起平臺主體結構振動幅值的增加。

立管作為海洋石油生產中的一種重要設施，其作用在于連接水下與水上的生產設施，輸送原油、天然氣或水，或用作電纜的防護通道。對于導管架平臺，立管的安裝形式一般為依附于某一條樁腿，通過立管卡子將立管固定在樁腿上。為方便施工，通常從導管架外側安裝立管。而電纜防護立管，多位于導管架內側，在導管架制造時安裝。寒區導管架平臺的立管設計，需要考慮海冰的作用。在進行設計的初期，依據的海冰數據往往與實際情況有出入，導致立管的抗冰能力不足。平臺作業船舶在冬季作業時，因為海冰的影響使得船舶的操控能力降低，也增加了船舶碰撞立管的風險，因此對海洋平臺立管進行有效防護是必要的。

傳統的抗冰導管架平臺破冰裝置設計為正倒組合錐體，目的是降低海冰對整個平臺的作用力，但對立管結構的抗冰防護能力較弱。基于正倒組合錐體的幾何特點和立管與樁腿之間的距離，總有部分立管會直接暴露在海冰的作用下。如果用傳統的正倒組合錐體完全防護住立管不受海冰的直接作用，必須將錐體的尺寸設計得很大，甚至不可設計，并且增加了海冰與錐體的作用面積，導致冰力的增加。

本發明提出一種新的抗冰導管架立管防冰裝置，不僅具有傳統正倒錐體所具有的降低冰力幅值和降低脈動冰力頻率范圍的功能，還具有對立管的抗冰防護功能。

發明內容

針對上述目的，本發明提供一種抗冰導管架平臺立管防冰裝置，在降低海冰對抗冰平臺作用力的同時，能完全保護立管不受海冰的直接作用，防止立管在海冰直接作用下發生斷裂而引起的生產事故和環境災難。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種抗冰導管架平臺立管防冰裝置，該裝置包括環繞固定于所在樁腿的大錐體和固定在大錐體上包裹立管的半圓形小錐體；小錐體與立管不接觸，數量與立管相同；整個抗冰導管架平臺立管防冰裝置分為上下兩個部分，上部為上小下大的錐體，下部為下小上大的錐體，上下部分的中間結合部位焊接在一起；小錐體的上下小口均為180°半圓弧形，180°半圓弧弧線的中點位于樁腿軸線與立管軸線所確定的平面內，圓弧的中心位于立管軸線上；小錐體錐面與大錐體錐面之間相交，則以大錐體表面為小錐體錐面邊界；小錐體錐面與大錐體錐面不相交，空隙以平板補充；平板與小錐體錐面之間對焊，平板與小錐體錐面相切，大錐面為平板邊界；大錐體錐面位于小錐體內部的部分切除，僅留有焊接工藝尺寸邊界；小錐體與平板、平板與大錐體、小錐體與大錐體均采用焊接。

整個抗冰導管架平臺立管防冰裝置的上下兩個部分之間設有水平環向主加強筋，此主加強筋為一體結構，上部的下邊界與此水平環向主筋上表面焊接，下部的上邊界與次水平環向主加強筋下表面焊接；整個抗冰導管架平臺立管防冰裝置的內部設有水平環向筋和垂直縱向筋，其中的水平環向筋為一體結構，既與大錐體錐面內部焊接，也與小錐體錐面內部焊接；垂直縱向筋以水平環向筋為上下邊界，與錐面內側及環向筋焊接。兩部分的大錐體母線與樁腿軸線之間的角度可以相同，也可以不同；兩部分的半圓形小錐體母線與立管軸線之間的角度可以相同，也可以不同。