專利名稱：一種利用發(fā)泡材料防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種利用發(fā)泡材料防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對油氣資源的需求也日益增加。作為一種經(jīng)濟(jì)、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(fā)展。但由于很多油氣資源蘊(yùn)藏于多年凍土寒區(qū)，為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)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(qū)修建。目前國內(nèi)外在凍土區(qū)建設(shè)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(qū)油氣管道主要采用埋地或架空方式鋪設(shè)。但基于安全、經(jīng)濟(jì)等因素考慮，埋地式是更為普遍的敷設(shè)方式，如諾曼威爾斯管道和漠大管道均是此種方式進(jìn)行敷設(shè)的。但采用埋地方式進(jìn)行管道敷設(shè)時，將不可避免改變地表形態(tài)，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(yùn)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(jìn)而導(dǎo)致管體發(fā)生不均勻融沉，破壞管道穩(wěn)定性、威脅管道運(yùn)行安全。目前，融沉風(fēng)險對于管道的安全運(yùn)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(fā)生。管道的融沉風(fēng)險與凍土地基的融沉性密切相關(guān)，當(dāng)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(wěn)定，管體的融沉風(fēng)險很小。而當(dāng)管道地基鋪設(shè)于強(qiáng)融沉性區(qū)域(富冰凍土、刨冰凍土和含土冰層)時，凍土融化后容易導(dǎo)致管道沉降，需要考慮采取相應(yīng)的治理措施。尤其對于當(dāng)管道地基為融沉系數(shù)大于25的含土冰層時，凍土融化后呈流塑狀態(tài)，完全失去對管道的機(jī)械承載力，從而導(dǎo)致管道在短時間內(nèi)出現(xiàn)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(zhì)狀況。管道的融沉問題，主要源于兩個方面，一是管道運(yùn)行過程中對外源源不斷散熱，導(dǎo)致周圍出現(xiàn)融化圈，融土出現(xiàn)超過預(yù)期的下沉量導(dǎo)致管體沉降。二是凍土融化后機(jī)械承載力急劇降低，甚至失去承載力，無法實(shí)現(xiàn)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(dǎo)致周圍強(qiáng)融沉性凍土融化所致。因此，將管道傳導(dǎo)出的熱量采取合適的措施重新導(dǎo)出到大氣中，維持管道地基的凍結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)才是保障管道穩(wěn)定的根本。為了防止或減緩多年凍土區(qū)埋地管道的熱效應(yīng)，國外曾采 用過制冷機(jī)組對管道周圍進(jìn)行機(jī)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(huán)保節(jié)能，而且運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也相當(dāng)高，經(jīng)濟(jì)上不合理。此外，該項(xiàng)措施在沒有穩(wěn)定電力來源的區(qū)域無法使用。因此，有必要開發(fā)一種專門應(yīng)用于多年凍土區(qū)埋地管道融沉防治的方法與設(shè)備，且具有無需消耗電能、免維護(hù)、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，徹底解決凍土區(qū)埋地管道在運(yùn)行過程中由于周圍凍土融化所導(dǎo)致的融沉問題
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種無運(yùn)動部件、免維護(hù)、具有良好可靠性、不消耗電能的適用于多年凍土區(qū)域埋地管道的利用發(fā)泡材料防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置。本發(fā)明利用聚氨酯發(fā)泡材料增大管道與凍土的局部接觸面積，進(jìn)而提升凍土沼澤區(qū)管道浮力的方式來實(shí)現(xiàn)多年凍土區(qū)管道的融沉防治。埋地管道I每間隔一確定值設(shè)一支撐點(diǎn)，在支撐點(diǎn)處的埋地管道I外包覆聚氨酯發(fā)泡材料2，聚氨酯發(fā)泡材料2外再包覆輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼3。其中，聚氨酯發(fā)泡材料2采用噴涂發(fā)泡成型方式，將原料噴在埋地管道I表面，輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼3內(nèi)，發(fā)泡成型。為了考慮防治措施的可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性，在對該區(qū)域管道進(jìn)行融沉治理時，考慮將措施實(shí)施點(diǎn)作為管道的支撐點(diǎn)，由支撐點(diǎn)處產(chǎn)生的浮力，對管道支撐來保證管道不發(fā)生超過預(yù)期的沉降。本實(shí)用新型中涉及的多年凍土區(qū)管道融沉防治系統(tǒng)的構(gòu)成圖如圖1和圖2所示。其中I為埋地管道，2為聚氨酯發(fā)泡材料，3為輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼。埋地管道I每間隔一確定值設(shè)一支撐點(diǎn)，在支撐點(diǎn)處的埋地管道I外包覆聚氨酯發(fā)泡材料2，聚氨酯發(fā)泡材料2外再包輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼3。其中，聚氨酯發(fā)泡材料2采用噴涂發(fā)泡成型方式，將原料噴在埋地管道I表面，輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼3內(nèi)，發(fā)泡成型；輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼3為預(yù)制成品，兩半球形結(jié)構(gòu)，覆蓋在埋地管道I表面，呈圓弧狀，待聚氨酯材料發(fā)泡成型后，將輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼3與埋地管道I的連接處，用防水密封膠密封嚴(yán)實(shí)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):1、有效解決了多年凍土區(qū)管道因周圍凍土融化所導(dǎo)致的融沉問題，保障了凍土區(qū)管道的安全運(yùn)行；2、可以實(shí)現(xiàn)全季節(jié)管道融沉的有效防治；3、具有良好的經(jīng)濟(jì)性，無需消耗電能，無運(yùn)動部件、具有免維護(hù)、節(jié)能、環(huán)保、可靠性高且適用性好等特點(diǎn)；4 、施工簡便，可以長期可靠使用。本實(shí)用新型可應(yīng)用于多年凍土區(qū)埋地油氣管道的融沉風(fēng)險防治。

圖1為利用發(fā)泡材料防治多年凍土區(qū)管體融沉裝置正視圖圖2為利用發(fā)泡材料防治多年凍土區(qū)管體融沉裝置側(cè)視圖其中I一埋地管道2—聚氨酯發(fā)泡材料3—輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼
具體實(shí)施方式
實(shí)施例.本例是利用聚氨酯發(fā)泡材料增大管道與凍土的局部接觸面積，進(jìn)而提升凍土沼澤區(qū)管道浮力的方式來防治多年凍土沼澤區(qū)域某埋地原油管道的融沉問題。根據(jù)地勘結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該區(qū)段為多年凍土沼澤區(qū)域，管道直接鋪設(shè)于強(qiáng)融沉性的粉質(zhì)粘土層，粘土層厚度大于10m，融沉系數(shù)大于10，為飽冰凍土，含水量高于40%，凍土融化后的浮密度為910kg/m3，屬于強(qiáng)融沉性地段。該區(qū)段管道材質(zhì)為為X65鋼，管徑為813mm，管壁厚度為16mm,管頂埋深為1.8m,無保溫層,管輸平均溫度為10°C。[0018]為了考慮防治措施的可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性，在對該區(qū)域管道進(jìn)行融沉治理時，考慮將措施實(shí)施點(diǎn)作為管道的支撐點(diǎn)，由支撐點(diǎn)處產(chǎn)生的浮力，對管道支撐來保證管道不發(fā)生超過預(yù)期的沉降。由于鋁合金的強(qiáng)度均在兆帕以上，遠(yuǎn)大于保護(hù)殼底部的壓強(qiáng)，因此外殼的承壓能力滿足要求。通過計(jì)算，確定輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼3覆蓋在管道表面的長度為2.272m，厚度為0.0lm,聞度為圓弧最聞點(diǎn)聞于管道表面0.8m,可以實(shí)現(xiàn)對管道的有效支撐。具體實(shí)施過程如下:選取示范段100m，每間隔17m設(shè)一支撐點(diǎn)，先將預(yù)制成型的保護(hù)殼扣在管道表面，兩半球形結(jié)構(gòu)的連接處用焊條焊上，在管道表面與保護(hù)殼的空隙中插入噴槍，將原料噴入保護(hù)殼內(nèi)，待成型后，將保護(hù)殼與管道的連接處，用防水密封膠密封嚴(yán)實(shí)?？紤]到聚氨酯材料的發(fā)泡工藝，施工過程盡量選擇在夏季進(jìn)行。本例經(jīng)試驗(yàn)，示范段管道未發(fā)生融沉問題。該措施的實(shí)施有效解決的多年凍土沼澤區(qū)域管道的融 沉問題，保障了管道的安全運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種利用發(fā)泡材料防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置，其特征是埋地管道(I)每間隔一確定值設(shè)一支撐點(diǎn)，在支撐點(diǎn)處的埋地管道(I)外包覆聚氨酯發(fā)泡材料(2)，聚氨酯發(fā)泡材料(2)外再包輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用發(fā)泡材料防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置，其特征是所述輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼(3 )為預(yù)制成品，兩半球形結(jié)構(gòu)，覆蓋在埋地管道(I)表面，呈圓弧狀，待聚氨酯材料發(fā)泡成型后，將輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼(3)與埋地管道(I)的連接處用防水密 封膠密封嚴(yán)實(shí)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種利用發(fā)泡材料防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它是埋地管道(1)每間隔一確定值設(shè)一支撐點(diǎn)，在支撐點(diǎn)處的埋地管道(1)外包覆聚氨酯發(fā)泡材料(2)，聚氨酯發(fā)泡材料(2)外再包輕質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金保護(hù)殼(3)；由支撐點(diǎn)處產(chǎn)生的浮力，對管道支撐來保證管道不發(fā)生超過預(yù)期的沉降。本實(shí)用新型無運(yùn)動部件，免維護(hù)，具有良好可靠性，不消耗電能的適用于多年凍土區(qū)域埋地管道。
文檔編號F16L3/00GK203099082SQ20122074082
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者張鑫, 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 申請人:中國石油天然氣股份有限公司