水下气囊平衡海底管道修复装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种水下气囊平衡海底管道修复装置，应用于海底管道严重破损时的修复作业。该海底管道修复装置依据双气囊和双吊索对称布置于平衡管两侧的构造及管道连接器的液压推进系统，实施海底管道切割、预制和预对中以及水下气囊平衡对中、对接和固定连接的整套作业流程，实现海底管道破损管段的修复；气囊采用立式厚壁罐体，用来存储气体并协助完成气囊平衡吊装、对中和对接作业；平衡管采用卧式厚壁管体，用来存储气体并与气囊一同平衡吊装和对接作业中海上吊机经吊绳传递的振荡载荷，且平衡管提供浮力以减小吊机在修复装置回收过程中的钩载；吊绳完成整套修复装置的吊装作业，而吊索则实现气囊和平衡管与管道连接器的联接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水下生产系统海底管道严重破损时用的修复装置及其方法，特别是涉及一种水下气囊平衡海底管道的快速修复方法及其作业流程。
技术介绍
海洋工程领域的海底管道由于其水下运行工况的特殊性，存在介质腐蚀、船舶抛锚、地质灾害和海洋开发第三方破坏等风险，并由此引发海底管道损伤事故，海底管道一旦发生损伤后，不仅会造成海洋水体污染、油气资源浪费和海上生产中断，而且还会对其下游及终端用户的正常生产造成不利影响。海底管道具体的修复技术和方案因其损伤形式和作业水深而异，目前采取的主要修复手段可概括为水下修复技术和水上修复技术。其中，机械式封堵和复合补强材料封堵为水下修复技术，其优点在于作业方法和流程相对简单、实施周期较短，可用于腐蚀、母材缺陷、裂纹等原因引起的无大机械变形的管道泄漏，然而对于海底管道出现严重破损或有较大变形的情况，就难以实现有效的封堵修复。提升法修复主要为一种水上修复技术，是在水下切除破损管段之后将切割后的两管端分别提升至海面施工船焊接法兰，最后再次下水完成连接，该技术规避了水下过程中的风险，目前主要应用于浅水区域，其缺点是海上焊接对接施工技术复杂，作业中操作风险大，提升和下水作业均易造成管段局部屈曲和发生弯折，更重要的是该技术的流程较为复杂且修复时间较长。水下管段更换修复技术其特点是适用范围广，可完成腐蚀或断裂等各种形式的海底管道破损修复，但缺点是修复用机械连接器这一关键备件的生产技术及其修复作业装置和操作流程一直掌握在国外专业公司手中，国内还没有形成相应的研发与生产技术以及海上实施修复作业能力。
技术实现思路
为了有效解决海底管道的快速修复问题并克服现有修复技术和作业方案存在的缺陷和不足，本专利技术的目的是提供一种采用水下气囊平衡方式的海底管道修复装置及其方法。依据海底管道修复装置双气囊和双吊索对称布置于平衡管两侧的构造及管道连接器的液压推进系统，实施海底管道切割、预制和预对中以及水下气囊平衡对中、对接和固定连接的作业流程，实现水下生产系统海底管道破损管段的修复。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种水下气囊平衡海底管道修复装置及其方法，该海底管道修复装置主要由气囊、平衡管、吊绳、吊索、卡具和管道连接器组成，
其海底管道修复方法依次实施管道切割和预制作业、切割管段测量和预对中作业、气囊平衡吊装和对中作业、气囊平衡对接作业、修复装置拆装作业和管道固定连接作业的整套作业流程，最终实现海底管道严重破损时的快速修复。海底管道修复装置整体设计为分体式全对称构造，其中气囊、吊绳、吊索和卡具均采用双分体式结构，即气囊、吊绳、吊索和卡具均含有左右两个结构和规格尺寸完全相同的单体，且其左右两个单体对称布置于平衡管和管道连接器的两侧，而平衡管和管道连接器则采用左右对称的单管体结构，管道连接器用来完成切割后海底管道两管端的固定连接。气囊采用立式厚壁罐体构造，用来存储气体并协助完成气囊平衡吊装、对中和对接作业，它包括气罐、泄气阀、通气阀和排液阀。气罐采用对称双封头结构，其材质选用超级双相不锈钢，它由上封头、罐体和下封头组成，上封头和下封头均采用半椭圆球体并对称布置于罐体的两侧，且上封头和下封头通过圆周焊与罐体相连；罐体腔壁下部加工有上下两个密封性管螺纹孔，并分别配置通气阀，实现气囊同平衡管连为一体，且通过通气阀可以控制气囊的进气量和排气量；上下通气阀开启后，通过气囊为平衡管进行充气，上下通气阀关闭后，通过压气机继续为气囊充气，充气结束后两气囊中的气压相等。气罐上封头的中央部位设置泄气阀，用于控制罐体腔室内气体的泄放量，完成气囊平衡对接作业中管道连接器的调偏，同时作为修复装置拆装作业中海水填充气囊的通道；而气罐下封头的中央部位设置排液阀，用于排放气囊腔室内填充的海水及沉积的杂物。平衡管采用卧式厚壁管体构造，用来联接吊绳和吊索，同时存储气体并与气囊一同平衡吊装和对接作业中海上吊机经吊绳传递的振荡载荷，而且平衡管提供浮力以减小吊机在修复装置回收过程中的钩载，它包括基管、上吊座、下吊座和六边形金属环。基管的轴线与两气囊的轴线均保持垂直且处于同一平面内，基管的两侧分别布置端部法兰和盲端法兰，且端部法兰的外侧端面和盲端法兰的内侧端面上均加工有环形凹槽，环形凹槽的横截面呈等腰梯形，各等腰梯形截面均全等，基管两侧的端部法兰和盲端法兰的环形凹槽对称布置且所构成的环腔中配置六边形金属环。六边形金属环的横截面呈长六边形，且其长形截面的中心线与平衡管的轴线相平行，同时六边形金属环采用粗金属环体且其外部均包裹有金属箔片。基管两侧的端部法兰和盲端法兰通过夹紧螺柱所施加的夹紧力使六边形金属环产生变形并形成金属环密封。上吊座和下吊座分别位于基管的上部和下部，并沿基管的外环面依次对称布置，同时上吊座均位于下吊座的内侧。上吊座和下吊座均分为两组，每组吊座含有两个单体的分吊座且两分吊座平行放置；每个分吊座的规格大小和尺寸相同，且每个分吊座均采用半圆形和等腰梯形相结合的钢板，半圆形钢板中心的开孔直径相等；上吊座分别与各上销轴配合而实现基
管与吊绳间的联接，同时下吊座分别与各中销轴配合而实现基管与吊索间的联接。吊绳位于平衡管的上部，用来完成整套修复装置的吊装作业，吊索位于平衡管的下部，用来实现气囊和平衡管与管道连接器间的联接，两吊绳和吊索的轴线与平衡管的轴线均处于同一平面内。吊绳和吊索的结构相同且均由接头、连接筒和接绳组成，吊绳与吊索的接头和连接筒的规格尺寸相同；左右两吊绳均配有一个接头、连接筒和接绳，且其接头与上吊座间采用铰接，其接绳与施工船上的吊机联接在一起；左右两吊索均配置两个接头和连接筒及一根接绳，且两接头和连接筒依次对称布置于吊索接绳的两侧并连为一个整体，吊索上部接头与下吊座间采用铰接，而吊索下部接头则与卡座间采用铰接。接头上部采用半圆柱体和四方体相结合的柱体，其中四方体的截面为等腰梯形，等腰梯形截面的两侧边分别与半圆柱体的圆形截面相切，接头上部柱体的左右两侧端面相互平行，且其两侧端面的间距均小于两分吊座和两分卡座的间距；接头下部采用阶梯回转轴，其上端通过卸载槽与接头上部柱体相连，而其下端则通过螺纹与连接筒进行联接。连接筒采用长筒体，其内壁采用阶梯回转面结构，连接筒内壁的上部环面采用内螺纹，且其中间环面和下部环面的变截面处构成环形卡槽并定位接绳的绳端，同时接绳自连接筒端部的变径锥体内引出。卡具用来完成吊索与管道连接器间的联接，它包括卡盘和卡座，卡盘采用半环形法兰盘，卡盘的外径与管道连接器中管端密封器外环面上圆锥面的小端圆面直径相等，卡盘通过管端螺柱与管道连接器进行联接。卡座位于卡盘的正上方，每个卡具仅含有一组卡座，该组卡座含有两个单体的分卡座且两分卡座平行放置，每个分卡座的规格大小和尺寸相同；而且每个分卡座均采用圆盘形和矩形相结合的钢板，其圆盘形和矩形钢板结合处采用圆弧面进行过渡，分卡座矩形钢板的厚度与卡盘的厚度相等，分卡座圆盘形钢板中心的开孔直径与上吊座和下吊座中分吊座的半圆形钢板中心的开孔直径相等；卡座分别与各下销轴配合而实现卡具与吊索间的联接，同时下销轴与上销轴和中销轴的轴端均加工有螺纹盲孔并配置六角头螺钉进行固定。管道切割和预制作业用来完成海底管道的切割和切割管段两管端环面的预制，其流程为，首先实施海底管道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下气囊平衡海底管道修复装置及其方法，海底管道修复装置主要由气囊、平衡管、吊绳、吊索、卡具和管道连接器组成，其海底管道修复方法依次实施管道切割和预制作业、切割管段测量和预对中作业、气囊平衡吊装和对中作业、气囊平衡对接作业、修复装置拆装作业和管道固定连接作业的整套作业流程，并依据双气囊和双吊索对称布置于平衡管两侧的构造及管道连接器的液压推进系统，实施海底管道切割、预制和预对中以及水下气囊平衡对中、对接和固定连接的作业流程，实现海底管道严重破损时的快速修复，其特征在于：海底管道修复装置整体设计为分体式全对称构造，其中气囊、吊绳、吊索和卡具均采用双分体式结构，而平衡管和管道连接器则采用左右对称的单管体结构；一气囊；所述气囊采用立式厚壁罐体构造，用来存储气体并协助完成气囊平衡吊装、对中和对接作业，气罐采用对称双封头结构，上封头和下封头均采用半椭圆球体并对称布置于罐体的两侧；罐体腔壁下部加工有上下两个密封性管螺纹孔，并分别配置通气阀，实现气囊同平衡管连为一体；气罐上封头的中央部位设置泄气阀，控制罐体腔室内气体的泄放量；一平衡管；所述平衡管采用卧式厚壁管体构造，用来存储气体并与气囊一同平衡吊装和对接作业中海上吊机经吊绳传递的振荡载荷，而且平衡管提供浮力以减小吊机在修复装置回收过程中的钩载；基管的轴线与两气囊的轴线均保持垂直且处于同一平面内，基管两侧的端部法兰和盲端法兰的环形凹槽对称布置且所构成的环腔中配置六边形金属环，六边形金属环的横截面呈长六边形；上吊座和下吊座沿基管的外环面依次对称布置，同时上吊座均位于下吊座的内侧，上吊座和下吊座均分为两组；一吊绳和吊索；所述吊绳和吊索的轴线与平衡管的轴线均处于同一平面内，吊绳和吊索的结构相同且均由接头、连接筒和接绳组成，左右两吊绳均配有一个接头、连接筒和接绳，而左右两吊索均配置两个接头和连接筒及一根接绳，且两接头和连接筒依次对称布置于吊索接绳的两侧并连为一个整体，接头上部采用半圆柱体和四方体相结合的柱体，连接筒采用长筒体，其内壁的中间环面和下部环面的变截面处构成环形卡槽并定位接绳的绳端；一卡具；所述卡具完成吊索与管道连接器间的联接，卡盘采用半环形法兰盘，卡座位于卡盘的正上方，每个卡具仅含有一组卡座，每个分卡座均采用圆盘形和矩形相结合的钢板；切割管段测量和预对中作业测定切割管段的相对位置并完成切割管段管端的初步对中；气囊平衡吊装和对中作业通过气囊和平衡管的平衡作用将整套海底管道修复装置吊装至切割管段两管端之间并完成管道连接器与对应管端的对中；气囊平衡对接作业完成管道连接器的调偏操作及其与切割管段两管端的水下对接；修复装置拆装作业用来完成海底管道修复装置的拆卸并通过平衡管辅助回收；管道固定连接作业通过管道连接器完成切割管段两管端间的固定连接。...

【技术特征摘要】
1.一种水下气囊平衡海底管道修复装置及其方法，海底管道修复装置主要由气囊、平衡管、吊绳、吊索、卡具和管道连接器组成，其海底管道修复方法依次实施管道切割和预制作业、切割管段测量和预对中作业、气囊平衡吊装和对中作业、气囊平衡对接作业、修复装置拆装作业和管道固定连接作业的整套作业流程，并依据双气囊和双吊索对称布置于平衡管两侧的构造及管道连接器的液压推进系统，实施海底管道切割、预制和预对中以及水下气囊平衡对中、对接和固定连接的作业流程，实现海底管道严重破损时的快速修复，其特征在于：海底管道修复装置整体设计为分体式全对称构造，其中气囊、吊绳、吊索和卡具均采用双分体式结构，而平衡管和管道连接器则采用左右对称的单管体结构；一气囊；所述气囊采用立式厚壁罐体构造，用来存储气体并协助完成气囊平衡吊装、对中和对接作业，气罐采用对称双封头结构，上封头和下封头均采用半椭圆球体并对称布置于罐体的两侧；罐体腔壁下部加工有上下两个密封性管螺纹孔，并分别配置通气阀，实现气囊同平衡管连为一体；气罐上封头的中央部位设置泄气阀，控制罐体腔室内气体的泄放量；一平衡管；所述平衡管采用卧式厚壁管体构造，用来存储气体并与气囊一同平衡吊装和对接作业中海上吊机经吊绳传递的振荡载荷，而且平衡管提供浮力以减小吊机在修复装置回收过程中的钩载；基管的轴线与两气囊的轴线均保持垂直且处于同一平面内，基管两侧的端部法兰和盲端法兰的环形凹槽对称布置且所构成的环腔中配置六边形金属环，六边形金属环的横截面呈长六边形；上吊座和下吊座沿基管的外环面依次对称布置，同时上吊座均位于下吊座的内侧，上吊座和下吊座均分为两组；一吊绳和吊索；所述吊绳和吊索的轴线与平衡管的轴线均处于同一平面内，吊绳和吊索的结构相同且均由接头、连接筒和接绳组成，左右两吊绳均配有一个接头、连接筒和接绳，而左右两吊索均配置两个接头和连接筒及一根接绳，且两接头和连接筒依次对称布置于吊索接绳的两侧并连为一个整体，接头上部采用半圆柱体和四方体相结合的柱体，连接筒采用长筒体，其内壁的中间环面和下部环面的变截面处构成环形卡槽并定位接绳的绳端；一卡具；所述卡具完成吊索与管道连接器间的联接，卡盘采用半环形法兰盘，卡座位于卡盘的正上方，每个卡具仅含有一组卡座，每个分卡座均采用圆盘形和矩形相结合的钢板；切割管段测量和预对中作业测定切割管段的相对位置并完成切割管段管端的初步对中；气囊平衡吊装和对中作业通过气囊和平衡管的平衡作用将整套海底管道修复装置吊装至切割管段两管端之间并完成管道连接器与对应管端的对中；气囊平衡对接作业完成管道连接器的调偏操作及其与切割管段两管端的水下对接；修复装置拆装作业用来完成海底管道修复装置的拆卸并通过平衡管辅助回收；管道固定连接作业通过管道连接器完成切割管段两管端间的固定连接。2.根据权利要求1所述的水下气囊平衡海底管道修复装置及其方法，其特征在于：所述水下气囊平衡海底管道修复装置的气囊、吊绳、吊索和卡具均含有左右两个结构和规格尺寸完全相同的单体，且其左右两个单体对称布置于平衡管和管道连接器的两侧。3.根据权利要求1所述的水下气囊平衡海底管道修复装置及其方法，其特征在于：所述气囊的气罐由上封头、罐体和下封头组成，罐体腔壁下部通过通气阀可以控制气囊的进气量和排气量，上下通气阀开启后，通过气囊为平衡管进行充气，上下通气阀关闭后，通过压气机继续为气囊充气，充气结束后两气囊中的气压相等；所述气囊的泄气阀完成气囊平衡对接作业中管道连接器的调偏，同时作为修复装置拆装作业中海水填充气囊的通道，而气罐下封头的中央部位设置排液阀。4.根据权利要求1所述的水下气囊平衡海底管道修复装置及其方法，其特征在于：所述平衡管用来联接吊绳和吊索；所述基管的两侧分别布置端部法兰和盲端法兰，且端部法兰的外侧端面和盲端法兰的内侧端面上均加工有环形凹槽，环形凹槽的横截面呈等腰梯形，各等腰梯形截面均全等；所述六边形金属环的长形截面的中心线与平衡管的轴线相平行，基管两侧的端部法兰和盲端法兰通过夹紧螺柱所施加的夹紧力使六边形金属环产生变形并形成金属环密封；所述上吊座和下吊座分别位于基管的上部和下部，上吊座和下吊座中的每组吊座均含有两个单体的分吊座且两分吊座平行放置，每个分吊座均采用半圆形和等腰梯形相结合的钢板。5.根据权利要求1所述的水下气囊平衡海底管道修复装置及其方法，其特征在于：所述吊绳位于平衡管的上部，而吊索位于平衡管的下部，用来实现气囊和平衡管与管道连接器间的联接；吊绳与吊索的接头和连接筒的规格尺寸相同，左右两吊绳的接头与上吊座间采用铰接，而其接绳与施工船上的吊机联接在一起，左右两吊索上部接头与下吊座间采用铰接，而吊索下部接头则与卡座间采用铰接；所述吊绳与吊索的接头上部四方体的截面为等腰梯形，等腰梯形截面的两侧边分别与接头上部半圆柱体的圆形截面相切，接头上部柱体的左右两侧端面相互平行，且其两侧端面的间距均小于两分吊座和两分卡座的间距；接头下部采用阶梯回转轴，其上端通过卸载槽与接头上部柱体相连，而其下端...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新福，宋兴盛，许晨，刘春花，高鹏，陈国龙，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37