[實用新型]一種促進沖刷、防止海底管線懸跨的主動保護裝置

有效

• 申請號: 201820412422.3
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN208204347U
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 許棟;許航維;及春寧
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F16L57/00
• 分類號: F16L57/00;F16L1/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

本實用新型公開了一種促進沖刷、防止海底管線懸跨的主動保護裝置，保護裝置包括高壓噴嘴排、行走小車系統、自動判斷和控制系統、電力系統；高壓噴嘴排由支撐架、轉向軸、水泵和高壓噴嘴組成，支撐架的頂部通過轉向軸等間距的排列連接高壓噴嘴；行走小車系統由行走小車、行走小車支架、車輪、步進電機和傳動裝置組成；自動判斷和控制系統由自動控制開關、超聲測距儀和內置控制芯片組成；電力系統由電源和導線組成，為高壓噴嘴排、行走小車系統以及自動判斷和控制系統提供能量。本實用新型對各種海床地質條件、水流條件有著良好的適應性，對各種海床地質條件和水流條件都可以起到良好的保護效果。

技術領域

本實用新型屬于海底管道建設與運行技術領域，具體涉及一種促進沖刷、防止海底管線懸跨的主動保護裝置。

背景技術

海底管線是用于海底輸送油氣資源的重要設施，其正常運行是海上油氣田安全生產的重要保證，其結構安全是海洋油氣資源開發的重要課題。裸露鋪設于海床上的管線往往會改變海床底部的局部流場結構，產生三維渦流及水流紊動增強等現象，這樣的水動力結構進一步驅動管線附近海床泥沙的運動，尤其是在砂質和粉砂質海床上，強烈的泥沙運動將在管線周圍快速形成局部沖刷坑。沿管線不均勻分布的沖刷坑形成后，管線發生懸跨。當懸跨長度超過規定最大長度后，海底管線在自重作用下將發生顯著彎曲而失效，另外，在水流作用下，懸跨段海底管線后方將形成交替脫落的漩渦結構，當脫渦頻率與管線結構固有頻率接近時，將發生共振，形成管線的渦激振動，引起海底管線的疲勞損傷。在海洋石油工程中，因海底管線局部沖刷引發的管線結構破壞時有發生，既對工程本身造成損失，又給周圍海域帶來溢油等環境污染。因此，開發新型的、實用的海底管理沖刷防護技術具有非常重要的工程意義和應用價值。

目前，海底管線的主要保護技術有挖槽、碎石覆蓋、管線自埋、導流等方式。其中，挖槽是指管線敷設前在海床上開挖明槽，一般深1m左右，然后將管線置于槽中，以防止局部沖刷和渦激振動。由于水下開挖需要高強度人、機作業，挖槽費用一般非常高，且僅適用于較淺的海域；碎石覆蓋指管線敷設后利用碎石等大顆粒材料覆蓋在管道上方，形成保護，防止局部沖刷。這種方法需要大量的碎石材料，且水下作業困難，往往僅適用于短距離的局部管段；管線自埋則利用水流對管線附近泥沙的掏刷，形成管道的自然掩埋，這種方式在管線敷設時不需任何防護，節省建設成本，在很多海域大量采用。然而這種方法使用的前提條件是當地海床土質以及水流條件能夠形成有效的自埋，實際上，在我國很多海域，海床的土質并不能滿足形成自埋的條件；導流就是在管道上面安裝導流裝置來引導水流方向，通過改變局部水流結構減少沖刷，但這種方法的效果不是很明顯，而且導流裝置一般都不是柔性的，容易對海底生物造成傷害。受海洋油氣資源開發的推動，近年來不斷有新型的管線沖刷防護技術出現，例如利用“人工草”、“仿生海藻”等防護管線周圍的海床、在管道上安裝柔性浮簾截沙促淤、在管道下方鋪設不透水板，以減少因管道兩側滲流力而產生的管涌型沖刷等。這些方法體現了人們從各個方面對海底管線局部沖刷問題進行探索的有效嘗試，但由于實際海洋工程受應用效果、建設成本、施工技術水平等條件限制，這些方法目前并未能廣泛應用于海洋油氣資源開發中，新型的、更加實用的管線沖刷防護技術函待開發。另一方面，不同的管線沖刷防護技術往往適用于特定的海床地質條件、水流條件、以及當地原材料供給條件等。另外，這些方案還有一個共同的特點，就是被動地對海底管道進行防護，試圖通過控制局部水流強度減少沖刷，對不同泥沙特性、水流條件的適用性較差，且在實施過程中需要沿整個管線長度進行布設，建造和運行維護成本較高。實際工程應用需要我們提出更多新型的、高效且低成本的管線沖刷懸跨防護技術方案。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種促進沖刷、防止海底管線懸跨的主動保護裝置，解決因海底管線局部沖刷引起懸跨以及管線破壞的問題，為海底管道的建設及正常運行提供技術支持。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：