用於接近豎直地敷設管道的設備的製作方法
2023-09-10 16:50:10
專利名稱：用於接近豎直地敷設管道的設備的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及敷設近海管道，更確切地說，涉及在深水中接近豎直地敷設近海管道。
多年來一直採用所謂的S式敷設技術敷設近海管道。在S式敷設技術中，在敷設駁船甲板的水平位置上將管的接頭加入到管道中。然後管道彎過駁船的尾部，向下朝著海床傾斜，彎向到水平位置並敷設在海床上。管道從敷管駁船到海床的外形呈一個長「S」形，所以獲得了S式敷設的命名。
雖然迄今為止S式敷設實際上已成為所有管道安裝時選擇的方法，但是這種技術在使用時有一些具體的局限性。其中最大的局限性就是水深。隨著水深的增加，使位於錨上的船舶的運動越來越困難而且管拉力的水平分量越來越大。多年來，近海管道工業界已經意識到這個問題，並且提出了一種解決辦法，即把稱之為J式敷設的接近豎直的敷設作為深水管敷設的一種選擇體系。很顯然，當採用J式敷設時，水深的定義是管道直徑的直接函數。該關係是在豎直敷設操作期間形成合適彎曲的一定直徑的管子所需的最小水深的結果。對於特殊的管直徑還存在最大實際深度。例如，直徑為6.625英寸的管子，在管中不進水的情況下需要的最小水深為124英尺。相反，直徑為42英尺的管子，在水不進入管子的情況下所需要的最小水深為1337英尺。
這些年來在J式敷設概念的理論方面做了大量工作，但是在這種系統所需的實際硬體和設備方面卻幾乎沒做什麼工作。所推薦的大多數系統採用的是現有的半潛式鑽井裝置。這些可以為該操作而更改的裝置不是為用於敷設機而建造的而且在管道敷設操作期間也不見得很有效。
在敷設管道的近海區中另一個問題是貯存、運輸、和將管子轉運到敷設船上。在通常的操作中，將管道敷設用管運送到四十英尺長接頭的區域中。在向敷設船運送管子時，運輸船被限制在敷設船的側面，該運輸船通常為小型駁船或特殊用途的管拖船。運送一次一個接頭的管子可能花費幾天的時間。在好的海洋條件下，在受海洋影響而產生運動的船舶之間運送管子對人和設備是很危險的，而在惡劣條件下根本就不可能保持安全。
很多申請人提出了一種系統，該系統採用了一個能夠從水平狀態調到豎直狀態的滑臺。該滑臺使用了一個很大的張緊裝置以便抓住管子和向系統提供所需量的張力。這種系統從來沒有在深水管道鋪設中使用過。
那些實際使用的(S式敷設)和理論上建議的(J式敷設)近海管道敷設系統有一些共同點。這些系統可以使用或不使用已經在系統之外進行了多次連接從而使管接頭長度大於通常的四十英尺管長的添加管。理論上，J式敷設系統的合適接頭長度為八十英尺或更長。用一個單獨的工段來進行接頭的焊接、NDT(無損試驗)、和管塗覆。在J式敷設中，需要有一個裝置將管子從敷管船上的水平位置移至敷管線上的接近豎直的位置。還需要一些裝置隨著敷管船的向前移動將管子降下。在該地方中的一個特殊問題是設計一種有效方式，將管道載荷轉送到保持機構上以便下降機構為接受下一次管接頭的重量做好上升準備。該技術中缺少的是這樣一個系統，該系統提供一種有效的、節省時間的裝置，這種裝置能將管子從水平位置移至與敷設線一致的接近豎直的位置，將新管對準並焊接到已有的管道上，降下帶有新加管子的管道，然後連續重複該過程。
本發明以直接的方式滿足了上述需要。其提供了一種用於接近豎直的敷設近海管道的設備。本發明還設有管子儲放器，其能夠貯存、運輸和在船舶之間轉送長達25，000英尺外徑為12又3/4英寸的管子。管子備用排放架固定在靠近管子儲放器的敷設船上以便接收單獨準備的管接頭。用一個高強度託架將管接頭從簡易排放架上升起並將其移至敷管船塔臺上接近豎直的位置上。通過高強度託架卡緊器(支承型)和焊接卡緊器將管接頭對準和保持在管道外面的位置上同時將管接頭焊到管道上。由塔臺支承的遊動滑車藉助管子上的扣環制動器接收管接頭和管道重量並用於在敷管船向前運動準備添加另一個管接頭的同時將管道降下。可移動甲板上的底座從遊動滑車上接收扣環制動器上的管道的重量並支撐管道同時將另一個要焊到管道上的管接頭定位。在最終的焊接階段，高強度託架能夠降下將管接頭託起和提升使一個新的管接頭在管道被降下之後處於能與管道相焊接的位置上。
為了進一步理解本發明的實質和目的，下面將參照附圖對本發明作進一步說明，其中相同的部分使用了相同的標號，其中
圖1是本發明的正視圖；圖2是塔臺的正視圖；圖3是高強度託架的正視圖；圖4是高強度託架的端視圖5是底座的平面圖；圖6是底座的正視圖；圖7是遊動滑車的平面圖；圖8是遊動滑車的正視圖；圖9是內管線組卡緊裝置和作業系統的正面局部剖視圖；圖10是託管架的正視圖；圖11是在面對敷管船尾部防護設施的方向上表示管子儲存器、管子備用排放架和高強度託架的正面圖；圖12是表示可移動甲板的詳圖。
參見圖1，可以看到本發明一般地用標號10表示。用於接近豎直地敷設管道的設備10通常包括支架12、可運動甲板13、塔臺14、遊動滑車16、圖5和圖6所示的底座18、圖9所示的內管卡緊裝置19、高強度託架20和託管架22。
支架12是任何合適形狀和剛性裝在敷管船24上的支架。在優選實施例中，支架12適合於以樞軸形式與可運動甲板13以及塔臺14相安裝，以便它們可以在圖1所示包含幾個不同角度的第一有效管敷設位置和在惡劣海洋條件或敷管船移動時為安全目的而設的第二壓艙位置之間運動。為了達到此目的，如圖12所示將運動甲板13底端的一側樞軸式地安裝到支架12上而可以將其底端另一側剛性地安裝到支架12上。為此設置了多個安裝點以便使甲板13和塔臺14能固定在希望的角度上。用絞車和電纜來提升和降低塔臺14。
如圖12的詳圖所示，塔臺14裝在運動甲板13上。工作甲板15可以樞軸式地裝到塔臺14或甲板13上以便調整成相對於人呈水平的位置。參見圖2，塔臺14是一個沿其長度方向上一側開口的U形架而且將其設計成在降下或升起管道期間能支撐管道的重量並能容納和引導高強度託架20進入塔中的確定位置上以便使管接頭與管道相接。遊動滑車16裝在塔14中並由裝在塔臺14頂部的電纜絞輪組件26支撐。參見圖5和圖6，底座18裝在一個處於塔臺14底端的可調工作甲板38上。內管卡緊裝置19在塔臺14的頂部處可移動定位。用於將高強度託架20引入和引出塔臺14的裝置以一對軌28的形式設置在塔臺的相對側上，軌28與高強度託架20上的輪子相配合。一對過渡軌30從塔臺14的底部以一定角度延伸，以便當高強度託架在相對於甲板呈水平的位置和進入塔臺14或與塔臺14或脫離的位置之間運動時起過渡段的作用。軌開關32用於軌28和過渡軌30的相連處，一旦高強度託架20將管接頭帶入塔臺14，其可允許塔臺14上的高強度託架20向下運動。將一對裝在塔臺14底端的液壓缸34定位以便在某一個操作階段接收和支撐高強度託架20。塔臺14頂端的絞輪36為裝在高強度託架20一端上的電纜提供了一個支點而且該絞輪還用於與絞車相連以便升起和降下高強度託架20使其進入塔臺14或與塔臺14脫離。
參見圖3和圖4，高強度託架20是由三角形架構成的而且沿高強度託架20的長度方向上間隔地設置了多個夾緊裝置40。高強度託架20的每一端上都設有輪子42，輪子42的尺寸應與塔臺14上的軌28和30相匹配。在其工作位置上，高強度託架20的三角的扁平部分面對塔臺14上敷管船的甲板而夾緊裝置40從扁平部分伸出夾緊管接頭(pipe joint)44。夾緊裝置40是可調的以便能夠在第一收回位置和第二伸出位置之間運動從而使管接頭44與將和其焊接的管道相對準。
參見圖1和圖10，將託管架22裝在可運動甲板13(圖12)的底部並將其設計成在敷管船向前運動期間當託管架被降下時形成對管道的支撐。託架管22是由兩個相互樞軸式連接的部分構成的。下半部分可相對於上半部分和工作甲板在第一收回或摺疊位置和第二伸出位置之間運動。在第一位置上，該下半部分與敷管船的船身基本上相平行地固定，使其在未進行敷管操作時對船的運動只有很小阻力或沒有阻力。這樣也能防止對託管架造成損壞。在優選實施例中，託管架22設有三個夾緊裝置46，其用於在將新的管接頭焊到管道上時支撐管道。在敷設管子期間託管架22與塔臺14的角度相一致。
參見圖7和圖8，遊動滑車16適合於支承管接頭或管道的重量。如圖7所示，遊動滑車16由兩部分構成，每一部分都有一個切口，當兩個遊動滑車部分彼此靠近時，兩個切口確定了一個開口48，該開口的直徑尺寸與部分管的尺寸相匹配。遊動滑車16的兩部分可以在第一彼此靠近的閉合位置和第二打開位置之間運動。如圖8所示，開口48的直徑小於扣環制動器50的直徑，這些制動器以預定的間隔裝在管子上。將開口48加工成除了圓形開口之外還有四個等間隔的矩形延伸部分。下面將說明開口48形狀的意義。可以看到，當處於第一閉合位置時，遊動滑車16將不允許裝在管子44上的扣環制動器50通過，而且在將管接頭焊到管道上時或者在通過遊動滑車16從塔臺14上下降而將管道降下期間用遊動滑車16來支承管接頭。在第二打開位置上，開口48大到足以使扣環制動器50通過。
參見圖5和圖6，底座18與遊動滑車16相類似由兩部分構成，將該兩部分設計成可在第一閉合位置和第二打開位置之間運動。當處於第一閉合位置時，兩部分確定了一個圓形開口52，該開口的尺寸與用於敷設管道的管子相匹配。基底54上設有四個豎直伸出的擋塊56，這些擋塊以相等的間隔圍繞在開口52的周圍，當底座18處於其第一閉合位置時，這些擋塊形成的直徑尺寸小於扣環制動器50的直徑。將擋塊56定位使其與遊動滑車16上的開口48中的四個矩形延伸部分對齊。這樣，在用遊動滑車16降下管道時，就可以通過扣環制動器50將管接頭或管道的重量直接從遊動滑車16轉移到底座18上。隨著遊動滑車的下降擋塊56伸過開口48上的矩形延伸部分並與扣環制動器50相咬合從而形成對底座18的自動重量轉移。然後遊動滑車16運動到它的第二打開位置以便離開扣環制動器，此後向回運動到塔臺14的頂部並為將下一個管接頭加入到管道上作好準備。基底54由兩個可彼此相對移動的分離平臺57支撐。如圖12所示，底座18由可移動甲板13支承並與設在甲板上的孔對準。
如圖9所示，內管卡緊裝置19卡在外殼58的內側，外殼58作為將卡緊裝置19對準和插入由高強度託架20保持在塔臺14上的管接頭44中的裝置。由於以下原因可看出對準裝置的必要性。鋪設管子的操作是在接近豎直的位置上進行的。結果是，要將用電纜懸掛在正常豎直位置上的卡緊裝置19降到因塔臺14和高強度託架20的位置而沒有處在豎直位置上的管子中是極其困難或不可能的。外殼58的尺寸與管子的整個端部相匹配，所以可以很容易地將卡緊裝置19降到要進行焊接操作的管子中。將用於把外殼58固定在管子上的裝置設置成液壓缸60的形式，液壓缸裝在塔臺14上並可適當地通過臂62引起外殼58在第一收回位置和第二伸出位置之間進行與管接頭對準的預期運動。
圖11是管子貯放器64的端視圖，該貯放器用於在敷設管操作中使用的管接頭船之間進行貯存、運輸和轉送。已有技術中的儲存器在不壓壞儲存器底部的管子的情況下不能儲存大量管子而且不能以安全的方式將大量的管子從一個船運送到另一個船上。管子貯放器解決了這些問題。如圖1所示，將矩形U形架66分成上下存放部分並設置多個豎直延伸的水平間隔70。水平支撐68可拆卸地與矩形架66裝在一起並由矩形架66支承。每個支撐68上也設置多個豎向延伸的水平間隔70，這些間隔根據在敷管操作中使用的管子尺寸而隔開。如端視圖11所示，水平支撐68的每一端上都設有一個法蘭72，該法蘭裝在支架66上以便承受支撐68的載荷以及放在支撐68之上的矩形支架66上的管子而不是支架66下半部中的管子的重量。水平間隔70是沿支撐68和支架66底部的長度以合適的距離設置的。水平間隔70可以在惡劣的海洋條件下防止管子在貯放器中滾動並避免出現危險和損壞管子。可以在管層之間使用任何合適的支撐材料，例如木板，以便使載荷均勻分布並防止管子直接接觸，管子直接接觸會損壞管子的端部。支架66上設置有墊板孔眼或提升架74從而只需通過一次操作就可以輸送管子貯放器64和放在其中的所有管子。
在操作中，將要與管道焊接的單根管接頭44的兩端準備好並且將管接頭送至管子備用排放架76上。如端視圖11所示，將高強度託架20降至備用排放架76之上並用夾緊裝置40夾緊管接頭44。如從圖1中所能連續看到的那樣，將高強度託架20提起並在軌30和32上將其引入塔臺14。在鋪設深水管的最佳實施例中，可以將塔臺14設置成與豎直方向呈零度角至十五度角。用高強度託架上的夾緊裝置40將管接頭移至與管道對準。移動軌開關32使高強度託架20在塔臺14上向下運動並移至高強度託架下降缸34上。高強度託架通過液壓缸34下降直至管接頭的端部處於離管道的端部合適的距離上。將外殼58移至與管接頭的頂部對準，將內管卡緊裝置19降到管接頭中使之處於管接頭和管道相連接的合適位置上，操縱管子卡緊裝置19將管接頭和管道的端部卡在適合焊接的合適位置上。將遊動滑車16固定在管接頭上端之下並將圍繞於管接頭之上的扣環制動器閉合。在優選實施例中，在前三個焊道中用高強度託架20和夾緊裝置40來支撐管接頭。然後將夾緊裝置40從管接頭上鬆開並收回以便使高強度託架20移離塔臺14並從備用排放架76上託起另一個管接頭。在此期間，在最終的焊接、檢驗和塗覆過程中用遊動滑車16、底座18和託管架22上的夾緊裝置46來支撐管接頭和管道的重量。在該過程完成之後，在敷管船24向前移動的同時將託管架上的夾緊裝置46打開並將遊動滑車16從塔臺14上降下。底座18上豎直伸出的擋塊56穿過遊動滑車16上的矩形切口並接受管道的重量。然後將遊動滑車16打開並使其在塔臺14中上升而且用高強度託架20使下一個與要焊接的管道對準的管接頭定位，然後重複這一過程。將載荷傳送到底座上，釋放遊動滑車使其移回原來的位置、和準備下一個管接頭將其對準和焊到管道上的能力有助於在最短的時間裡將管接頭加到管道上。
由於在本文給出的發明思想的範圍內可以得出多種不同的實施例和由於根據專利法的撰寫要求可以對本文詳細說明的實施例做出多種改進，因此很明顯，在此的詳細說明只用於解釋而不具限制意義。
權利要求
1.用於接近豎直地敷設近海管道的設備，其特徵在於，包括a、支撐架；b、樞軸式地裝在所說支撐架上的可移動甲板；c、裝在所說可移動甲板上並由所說的支架和所說的可移動甲板支撐在接近豎直位置上的塔臺；d、適合於保持和將管體送至所說塔臺的高強度託架；e、用於沿所說塔臺的長度方向運動並接收和支撐管道重量的遊動滑車；和f、由所說可移動甲板支撐並適合於接收和支撐來自所說遊動滑車的管道重量的底座，所說的底座可以在第一打開和第二閉合位置之間運動。
2.如權利要求1所述的設備，其中所說的遊動滑車可以在第一打開和第二閉合位置之間運動。
3.如權利要求1所述的設備，進一步包括a、由所說塔臺支撐並適合於沿所說塔臺的長度方向運動的內管緊裝置；和b、將所說的內管卡緊裝置與保持在所說塔臺上且要加到管道上的管體相對準的裝置。
4.如權利要求1所述的設備，進一步包括一個裝在所說可移動甲板底端上的託管架。
5.如權利要求1所述的設備，進一步包括用於將由所說高強度託架保持在塔臺上的管體與所要加到其上的管道對準的裝置。
6.如權利要求5所述的設備，其中所說的對準裝置包括一個夾緊裝置，該裝置適合於保持管體並可以在第一收回位置和第二伸出位置之間運動。
7.用於接近豎直地敷設近海管道的設備，其特徵在於，包括a、支撐架；b、樞軸式地裝在所說支撐架上的可移動甲板；c、裝在所說可移動甲板上且由所說支架和所說可移動甲板支撐在接近豎直的位置上的塔臺；d、適合於保持和將管體送至所說塔臺上的高強度託架；e、適合於沿所說塔臺的長度方向運動並接收和支撐管道重量的遊動滑車；f、由所說可移動甲板支撐且適合於接收和支撐來自所說遊動滑車的管道重量的底座，所說底座可以在第一打開和第二閉合位置之間運動；g、由所說塔臺支撐且適合於沿所說塔臺長度方向運動的內管卡緊裝置；和h、將所說內管卡緊裝置與保持在所說塔臺上且要加到管道上的管體對準的裝置。
8.如權利要求7所述的設備，其中所說的使內管卡緊裝置對準的裝置包括一個裝在所說塔臺上且可以在第一收回位置和第二伸出位置之間運動的外殼。
9.如權利要求7所述的設備，其中所說的遊動滑車可以在第一打開和第二閉合位置之間運動。
10.如權利要求7所述的設備，進一步包括一個裝在所說可移動甲板底端的託管架。
11.如權利要求7所述的設備，進一步包括用於將由所說高強度託架保持在塔臺上的管體與所要加到其上的管道相對準的裝置。
12.如權利要求11所述的設備，其中所說的對準裝置包括一個夾緊裝置，該裝置適合於保持管體並能在第一收回位置和第二伸出位置之間運動。
13.用於接近豎直地敷設近海管道的設備，其特徵在於，包括a、支撐架；b、樞軸式地裝在所說支撐架上的可移動甲板；c、裝在所說可移動甲板上且由所說支架和所說可移動甲板支撐在接近豎直的位置上的塔臺；d、適合於保持管體和將管體送至所說塔臺上的高強度託架；e、用於將由所說高強度託架保持在塔臺上的管體與所要加到其上的管道相對準的裝置；f、適合於沿所說塔臺的長度方向移動且用於接收和支撐管道重量的遊動滑車；g、由所說可移動甲板支撐且適合於接收和支撐來自所說遊動滑車的管道重量的底座，所說底座可以在第一打開和第二閉合位置之間運動；h、由所說塔臺支撐且適合於沿所說塔臺長度方向運動的內管卡緊裝置；和i、用於將所說的內管卡緊裝置與保持在所說塔臺中要加到管道上的管體相對準的裝置。
14.如權利要求13所述的設備，其中所說的用於將由所述高強度託架保持的管體對準的裝置包括一個夾緊裝置，該夾緊裝置適合於保持管體且能夠在第一收回位置和第二伸出位置之間運動。
15.如權利要求13所述的設備，其中所說的遊動滑車可以在第一打開和第二閉合位置之間運動。
16.如權利要求13所述的設備，進一步包括一個裝在所說可移動甲板下端的託管架。
17.用於容納和存放管體的設備，其特徵在於，包括a、U形的矩形支架，該支架在整個寬度上具有多個豎向延伸的間隔；和b、適合於可拆卸地裝在所說支架中的間隔之上的水平支撐，所說的水平支撐的整個寬度上帶有多個豎向延伸的間隔。
全文摘要
一種用於接近豎直地敷設近海管道的設備。敷設船上的支撐架和可移動甲板可將塔臺支撐在預期的鋪管角度上。塔臺帶有一個遊動滑車，該遊動滑車可以接收管體並支撐管子或管道的重量。用於接收管體和支撐管道重量的底座固定在塔臺底部附近並且可在無需打開遊動滑車的情況下將管道的重量從遊動滑車傳遞到底座上。高強度託架從備用排放架上夾起管體以便將該管體架到管道上。一個託管架從塔臺底端延伸而且其上設有夾緊裝置。
文檔編號F16L1/19GK1106351SQ9411567
公開日1995年8月9日 申請日期1994年8月30日 優先權日1993年11月18日
發明者羅伯特·W·布朗, 傑西·雷·威爾金斯, 麥可·約瑟夫·萊格列夫斯 申請人:麥克德莫特國際公司