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一種利用浮船裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置的制作方法

文檔序號(hào):5549928閱讀:257來源:國(guó)知局
專利名稱:一種利用浮船裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型是一種利用浮船裝置防治多年凍土區(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(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(guó)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(guó)的阿拉斯加管道,加拿大的諾曼威爾斯管道和中國(guó)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(shí),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(yíng)過程中,管輸溫度高于周圍凍土溫度時(shí)將會(huì)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(xiǎn)對(duì)于管道的安全運(yùn)行是個(gè)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(xiǎn)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(shí),地基穩(wěn)定,管體的融沉風(fēng)險(xiǎn)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(shí),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(duì)于當(dāng)管道地基為融沉系數(shù)大于25的含土冰層時(shí),凍土融化后呈流塑狀態(tài),完全失去對(duì)管道的機(jī)械承載力,從而導(dǎo)致管道在短時(shí)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(xiǎn)的地質(zhì)狀況。管道的融沉問題,主要源于兩個(gè)方面,一是管道運(yùn)行過程中對(duì)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(duì)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(duì)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(guó)外曾采用過制冷機(jī)組對(duì)管道周圍進(jìn)行機(jī)械制冷,以降低管道熱量對(duì)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。CN102563359A公開了一種凍土區(qū)油氣管道豎向位移自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法和裝置,是通過測(cè)量液體壓力而計(jì)算出管道高程變化。它只能測(cè)量,不能防治管道的融沉。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)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種無運(yùn)動(dòng)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)域埋地管道的利用浮船裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的方法和裝置。本實(shí)用新型根據(jù)多年凍土受熱融化后水量充足的情況,利用浮力,采用浮船裝置,給管道一向上的提升力,從而托起管道,防止融沉。當(dāng)多年凍土區(qū)地面凍結(jié)時(shí),浮船裝置與凍土凍結(jié)在一起,同樣給管道一向上的拉力。在埋地管道I的兩側(cè)各埋兩根擋位桿2,4根擋位桿2的上端限位由輕質(zhì)防水填充材料3和外殼4構(gòu)成的浮船裝置,浮船裝置的下側(cè)用螺絲5固定繞過埋地管道I的提升帶6。為了考慮防治措施的可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性,在對(duì)該區(qū)域管道進(jìn)行融沉治理時(shí),考慮將措施實(shí)施點(diǎn)作為管道的支撐點(diǎn),利用支撐點(diǎn)對(duì)管道的支撐作用來保證管道不發(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)原理示意圖如圖1、圖2和圖3所示。其中I為埋地管道,2為擋位桿,3為輕質(zhì)防水填充材料,4為外殼,5為螺絲,6為提升帶。在埋地管道I的兩側(cè)各埋兩根擋位桿2,4根擋位桿2的上端限位由輕質(zhì)防水填充材料3和外殼4構(gòu)成的浮船裝置,浮船裝置的下側(cè)用螺絲5固定繞過埋地管道I的提升帶6。其中,擋位桿2為長(zhǎng)條形狀,下方帶錐形突起,便于扎入管道下方永凍土層后固定下來;上方為一“直角”型擋條,擋條底部低于浮船下方60-70公分,四個(gè)擋位桿的擋條圍成一個(gè)開放性區(qū)域,限制浮船的浮動(dòng)位置;輕質(zhì)防水填充材料3事先填充到外殼4中,并密封好外殼4,防止進(jìn)水;外殼4為方形結(jié)構(gòu),輕質(zhì)高強(qiáng)度合金材料,下方浸入水中,上方為拱形狀,浮在水面上;螺絲5將提升帶6固 定在外殼4上,管道兩側(cè)對(duì)稱布置;提升帶6為高強(qiáng)度柔性耐磨帶,兜起管道,在外殼4的浮力下給管道一個(gè)提升力。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(dòng)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(jiǎn)便,可以長(zhǎng)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(xiǎn)防治。

圖1多年凍土區(qū)管道融沉防治措施正面示意圖圖2多年凍土區(qū)管道融沉防治措施側(cè)面示意圖圖3多年凍土區(qū)管道融沉防治措施俯視示意圖其中I一埋地管道2—擋位桿3 一輕質(zhì)防水填充材料4 一外殼5—螺絲6—提升帶
具體實(shí)施方式
[0021]實(shí)施例.本例是根據(jù)多年凍土受熱融化后水量充足的情況,利用浮力,采用浮船裝置,給管道一向上的提升力,從而托起管道,防止融沉。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.Sm,無保溫層,管輸平均溫度為10°C。為了考慮防治措施的可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)性,在對(duì)該區(qū)域管道進(jìn)行融沉治理時(shí),考慮將措施實(shí)施點(diǎn)作為管道的支撐點(diǎn),利用支撐點(diǎn)對(duì)管道的支撐作用來保證管道不發(fā)生超過預(yù)期的沉降。通過計(jì)算,確定擋位桿2的長(zhǎng)度為4m,厚度為0.08m,擋條長(zhǎng)0.8m,厚度為0.08m,檔位桿相互間距4m ;外殼4邊長(zhǎng)為3m,高度為圓弧最高點(diǎn)高于底面0.9m,圓弧高度為0.2m ;提升帶長(zhǎng)度為8m,寬度為lm。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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20m設(shè)一個(gè)支撐點(diǎn),在管道兩側(cè)對(duì)稱位置各打兩個(gè)孔,深入永凍土層,插入擋位桿;待檔位桿凍結(jié)固定后,將帶有輕質(zhì)防水填充材料的外殼放入擋條圍成的區(qū)域內(nèi),浮在融化凍土的表面,將提升帶繞過管道,對(duì)稱固定在外殼上。施工過程盡量選擇在冬季進(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1.一種利用浮船裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置,其特征是在埋地管道(I)的兩側(cè)各埋兩根擋位桿(2),4根擋位桿(2)的上端限位由輕質(zhì)防水填充材料(3)和外殼(4)構(gòu)成的浮船裝置,浮船裝置的下側(cè)用螺絲(5)固定繞過埋地管道(I)的提升帶(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用浮船裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置,其特征是所述擋位桿(2)為長(zhǎng)條形狀,下方帶錐形突起,上方為一“直角”型擋條,擋條底部低于浮船下方60-70公分,四個(gè)擋位桿的擋條圍成一個(gè)開放性區(qū)域,限制浮船的浮動(dòng)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用浮船裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置,其特征是所述外殼(4)為方形結(jié)構(gòu),輕質(zhì)高強(qiáng)度合金材料,下方浸入水中,上方為拱形狀,浮在水面上;輕質(zhì)防水填充材料(3)事先填充到外殼(4)中,并密封好外殼(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用浮船裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置,其特征是所述提升帶¢)為高強(qiáng)度柔 性耐磨帶。
專利摘要本實(shí)用新型是一種利用浮船裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是在埋地管道(1)的兩側(cè)各埋兩根擋位桿(2),4根擋位桿(2)的上端限位由輕質(zhì)防水填充材料(3)和外殼(4)構(gòu)成的浮船裝置,浮船裝置的下側(cè)用螺絲(5)固定繞過埋地管道(1)的提升帶(6)。本實(shí)用新型無運(yùn)動(dòng)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(hào)F16L3/14GK203099075SQ201220740760
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)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?chǎng)? 馮少?gòu)V, 李榮光, 趙國(guó)星, 趙迎波, 吳官生, 馬濤, 蔡永軍, 劉國(guó)豪, 李睿, 段瑞哲, 張巍, 高山卜 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司
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