一種抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置，該裝置包括環(huán)繞固定在立管所在樁腿的大錐體和大錐體上附加的半圓形小錐體，小錐體的數(shù)量與該樁腿上的立管數(shù)量相同。整個防冰裝置分為上下兩個部分，上錐體為上小下大的錐體，下錐體為下小上大的錐體。小錐體的上下小口均為180°半圓弧形。小錐體錐面與大錐體錐面之間如果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的空隙以平板補充。平板多余部分切除，僅留有焊接工藝尺寸邊界。本發(fā)明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(fā)生斷裂而引起的生產(chǎn)事故和環(huán)境災(zāi)難。
【專利說明】一種抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于冰區(qū)海洋工程的防冰裝置，特別是導(dǎo)管架平臺的立管防冰裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在寒區(qū)的海洋，冬季會在海面結(jié)冰。在風(fēng)與流的驅(qū)動下，海冰發(fā)生移動。海冰的移動會對寒區(qū)建造的海洋工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用力，并可能造成海洋結(jié)構(gòu)物的破壞。寒區(qū)海洋結(jié)構(gòu)在設(shè)計時按設(shè)計海域大面積浮冰的重現(xiàn)期考慮，并以海冰載荷作為抗冰結(jié)構(gòu)的設(shè)計控制載荷。
[0003]在寒區(qū)的海洋石油開發(fā)中，多采用抗冰導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)?？贡鶎?dǎo)管架結(jié)構(gòu)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(dǎo)管架，海冰直接與樁腿作用，海冰的破碎模式為擠壓破壞。當(dāng)海冰與樁腿結(jié)構(gòu)相互作用并發(fā)生擠壓破壞時，其作用力與冰的壓縮強度和擠壓面積有關(guān)。對在潮差帶加裝有破冰裝置的結(jié)構(gòu)，所采用的破冰裝置一般為錐面結(jié)構(gòu)。當(dāng)海冰與錐面結(jié)構(gòu)相互作用時，錐面結(jié)構(gòu)可以使海冰的破碎模式變?yōu)閺澢茐摹Ｅc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(jié)構(gòu)物的作用力也小很多。當(dāng)海冰直接與樁腿結(jié)構(gòu)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(dǎo)管架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)包括平臺上部管線結(jié)構(gòu)的強烈振動。而當(dāng)海冰與錐體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的低階振動，但由于破碎模式的改變導(dǎo)致了錐體脈動性海冰載荷的幅值低于樁腿結(jié)構(gòu)脈動性海冰載荷，因此在導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)上增加破冰錐體并不會引起平臺主體結(jié)構(gòu)振動幅值的增加。
[0004]立管作為海洋石油生產(chǎn)中的一種重要設(shè)施，其作用在于連接水下與水上的生產(chǎn)設(shè)施，輸送原油、天然氣或水，或用作電纜的防護通道。對于導(dǎo)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(dǎo)管架外側(cè)安裝立管。而電纜防護立管，多位于導(dǎo)管架內(nèi)側(cè)，在導(dǎo)管架制造時安裝。寒區(qū)導(dǎo)管架平臺的立管設(shè)計，需要考慮海冰的作用。在進行設(shè)計的初期，依據(jù)的海冰數(shù)據(jù)往往與實際情況有出入，導(dǎo)致立管的抗冰能力不足。平臺作業(yè)船舶在冬季作業(yè)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(fēng)險，因此對海洋平臺立管進行有效防護是必要的。
[0005]傳統(tǒng)的抗冰導(dǎo)管架平臺破冰裝置設(shè)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(jié)構(gòu)的抗冰防護能力較弱?；谡菇M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(tǒng)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(shè)計得很大，甚至不可設(shè)計，并且增加了海冰與錐體的作用面積，導(dǎo)致冰力的增加。
[0006]本發(fā)明提出一種新的抗冰導(dǎo)管架立管防冰裝置，不僅具有傳統(tǒng)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(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述目的，本發(fā)明提供一種抗冰導(dǎo)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(fā)生斷裂而引起的生產(chǎn)事故和環(huán)境災(zāi)難。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0009]一種抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置，該裝置包括環(huán)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(shù)量與立管相同；整個抗冰導(dǎo)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(jié)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(nèi)，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(nèi)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。
[0010]整個抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置的上下兩個部分之間設(shè)有水平環(huán)向主加強筋，此主加強筋為一體結(jié)構(gòu)，上部的下邊界與此水平環(huán)向主筋上表面焊接，下部的上邊界與次水平環(huán)向主加強筋下表面焊接；整個抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置的內(nèi)部設(shè)有水平環(huán)向筋和垂直縱向筋，其中的水平環(huán)向筋為一體結(jié)構(gòu)，既與大錐體錐面內(nèi)部焊接，也與小錐體錐面內(nèi)部焊接；垂直縱向筋以水平環(huán)向筋為上下邊界，與錐面內(nèi)側(cè)及環(huán)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。
[0011]大錐體上下小口處有圓弧形板，板的外側(cè)與錐面焊接，板的邊緣與樁腿焊接。錐體錐面開有減重、消浪孔。整個抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置在陸地導(dǎo)管架建造時安裝或在海上現(xiàn)場安裝；在陸地安裝時，整個錐體采用一體結(jié)構(gòu)，大錐體上下邊沿直接與導(dǎo)管架樁腿焊接；在海上現(xiàn)場安裝時，錐體采用分體結(jié)構(gòu)，分體的數(shù)量與該樁腿上立管的數(shù)量相同，水面上的大錐體弧形板與樁腿直接焊接，水下通過螺栓將相鄰的大錐體固定在一起，上錐體相鄰大椎之間用有錐度的梯形弧板焊接連接。水下大錐體在立管方位處的開口用弧形連接板以螺栓連接。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1、在不顯著增加海冰作用面積的前提下實現(xiàn)對立管的完全防護。由于小錐體的高度可以和大錐體的高度相同，可以在整個潮差帶內(nèi)防護立管不受海冰直接作用。
[0014]2、不改變海冰與破冰裝置作用時的破壞形式。整個防冰裝置與海冰相互作用的表面都具有一定的坡度，可以保證海冰在與防冰裝置作用時發(fā)生彎曲破壞。
[0015]3、既可用于在陸地預(yù)制，也可用于海上現(xiàn)場安裝。由于生產(chǎn)需求，海洋石油生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生增加
[0016]平臺立管的現(xiàn)象，因此能夠?qū)嵤┖Ｉ犀F(xiàn)場安裝的防冰設(shè)計很重要。
【專利附圖】

【附圖說明】[0017]圖1是傳統(tǒng)正倒組合錐體對立管的防護作用示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的防冰裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的防冰裝置結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的防冰裝置結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0021]圖5是本發(fā)明的防冰裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0022]圖6是本發(fā)明的防冰裝置結(jié)構(gòu)陸地安裝形式示意圖。
[0023]圖中:1樁腿；2立管；3大錐體；4小錐體；5消浪孔；6連接板；7水下弧形螺栓連接板；8錐體之間螺栓連接件；9大錐體與樁腿之間的弧形板；10錐體內(nèi)部環(huán)向加強筋；11錐體內(nèi)部縱向加強筋；12小錐體直邊與大錐體間的平板；13小錐體180°直邊部分；14小錐體與大錐體間相貫線部分。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)的描述。
[0025]圖1為傳統(tǒng)正倒組合錐體示意圖，從圖上可以看出，立管僅有一小部分被錐體覆蓋，在很大的范圍內(nèi)海冰可以直接作用在立管上。
[0026]本發(fā)明防冰裝置可以在陸地導(dǎo)管架建造時安裝，也可以在海上現(xiàn)場安裝。
[0027]圖2?圖5所示為本發(fā)明防冰裝置在海上現(xiàn)場安裝所采用的分體結(jié)構(gòu)形式示意圖。以樁腿周圍分布三根立管為例，說明本發(fā)明防冰裝置的結(jié)構(gòu)形式。它包括一個環(huán)繞固定在立管所在樁腿I的大錐體3，在大錐體3上附加有半圓形小錐體4，小錐體4的數(shù)量與該樁腿上的立管2數(shù)量相同。整個防冰裝置分為上下兩個部分，上錐體為上小下大的錐體；下錐體為下小上大的錐體。上下錐體在中間結(jié)合部位焊接在一起。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。小錐體的上下小口均為180°半圓弧形13，弧線的中點位于樁腿軸線與立管軸線所確定的平面內(nèi)。小錐體錐面與大錐錐面之間如果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的空隙以平板12補充，平板12與小錐體4錐面之間對焊，并保證平板與小錐面相切，大錐體錐面為平板邊界。大錐體錐面在與小錐體錐面及平板與之的交線之間切除，僅留有焊接工藝尺寸邊界。小錐體與平板之間，平板與大錐體之間以及小錐體與大錐體之間的連接采用焊接方式。
[0028]上下錐體之間設(shè)有水平環(huán)向主加強筋10，此主加強筋為一體結(jié)構(gòu)，上錐體的下邊界與此水平環(huán)向主筋上表面焊接，下錐體的上邊界與次水平環(huán)向主筋下表面焊接。錐體內(nèi)部設(shè)有水平環(huán)向筋和垂直縱向筋11，其中的水平環(huán)向筋10為一體結(jié)構(gòu)，既與大錐體錐面內(nèi)部焊接，也與小錐體錐面內(nèi)部焊接；垂直縱向筋11以水平環(huán)向筋10為上下邊界，與錐面內(nèi)側(cè)及環(huán)向筋焊接。錐體錐面開有減重、消浪孔5。
[0029]大錐體上下小口處有圓弧形板9，板的外側(cè)與錐面焊接，板的邊緣與樁腿焊接。
[0030]在陸地安裝時，整個錐體采用一體結(jié)構(gòu)，大錐體上下邊沿直接與導(dǎo)管架樁腿焊接；在海上現(xiàn)場安裝時，錐體采用分體結(jié)構(gòu)，分體的數(shù)量與該樁腿上立管的數(shù)量相同，水面上的大錐體弧形板與樁腿直接焊接，水下通過螺栓將相鄰的大錐體固定在一起，上錐體相鄰大椎之間用有錐度的梯形弧板焊接連接。水下大錐體在立管方位處的開口用弧形連接板以螺栓連接。[0031]圖6所示為本發(fā)明防冰裝置在陸地安裝的結(jié)構(gòu)形式示意圖。當(dāng)本發(fā)明防冰裝置在陸地安裝時，采用一體化結(jié)構(gòu)形式，錐體上下口處的弧形板直接與樁腿表面焊接。
【權(quán)利要求】
1.一種抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置，其特征在于:它包括環(huán)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(shù)量與立管相同；整個抗冰導(dǎo)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(jié)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(nèi)，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，大錐體錐面為平板邊界；大錐體錐面位于小錐體內(nèi)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，整個抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置的上下兩個部分之間設(shè)有水平環(huán)向主加強筋，此主加強筋為一體結(jié)構(gòu)，上部的下邊界與此水平環(huán)向主筋上表面焊接，下部的上邊界與次水平環(huán)向主加強筋下表面焊接；整個抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置的內(nèi)部設(shè)有水平環(huán)向筋和垂直縱向筋，其中的水平環(huán)向筋為一體結(jié)構(gòu)，既與大錐體錐面內(nèi)部焊接，也與小錐體錐面內(nèi)部焊接；垂直縱向筋以水平環(huán)向筋為上下邊界，與錐面內(nèi)側(cè)及環(huán)向筋焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，錐體錐面開有減重、消浪孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，大錐體上下小口處有圓弧形板，板的外側(cè)與錐體錐面焊接，板的邊緣與樁腿焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，大錐體上下小口處有圓弧形板，板的外側(cè)與錐體錐面焊接，板的邊緣與樁腿焊接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5所述的裝置，其特征在于，整個抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置在陸地導(dǎo)管架建造時安裝或在海上現(xiàn)場安裝；在陸地安裝時，整個錐體采用一體結(jié)構(gòu)，大錐體上下邊沿直接與導(dǎo)管架樁腿焊接；在海上現(xiàn)場安裝時，錐體采用分體結(jié)構(gòu)，分體的數(shù)量與該樁腿上立管的數(shù)量相同，水面上的大錐體弧形板與樁腿直接焊接，水下通過螺栓將相鄰的大錐體固定在一起，上錐體相鄰大椎之間用有錐度的梯形弧板焊接連接；水下大錐體在立管方位處的開口用弧形連接板以螺栓連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，整個抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置在陸地導(dǎo)管架建造時安裝或在海上現(xiàn)場安裝；在陸地安裝時，整個錐體采用一體結(jié)構(gòu)，大錐體上下邊沿直接與導(dǎo)管架樁腿焊接；在海上現(xiàn)場安裝時，錐體采用分體結(jié)構(gòu)，分體的數(shù)量與該樁腿上立管的數(shù)量相同，水面上的大錐體弧形板與樁腿直接焊接，水下通過螺栓將相鄰的大錐體固定在一起，上錐體相鄰大椎之間用有錐度的梯形弧板焊接連接；水下大錐體在立管方位處的開口用弧形連接板以螺栓連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，整個抗冰導(dǎo)管架平臺立管防冰裝置在陸地導(dǎo)管架建造時安裝或在海上現(xiàn)場安裝；在陸地安裝時，整個錐體采用一體結(jié)構(gòu)，大錐體上下邊沿直接與導(dǎo)管架樁腿焊接；在海上現(xiàn)場安裝時，錐體采用分體結(jié)構(gòu)，分體的數(shù)量與該樁腿上立管的數(shù)量相同，水面上的大錐體弧形板與樁腿直接焊接，水下通過螺栓將相鄰的大錐體固定在一起，上錐體相鄰大椎之間用有錐度的梯形弧板焊接連接；水下大錐體在立管方位處的開口用弧形連接板以螺栓連接。
【文檔編號】E02D31/00GK103966992SQ201410200510
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】畢祥軍, 王和平, 白文柱, 楊彪, 李剛, 王博, 季順迎, 岳前進, 屈衍 申請人:大連理工大學(xué), 中海石油（中國）有限公司天津分公司