СПОСОБ УКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА В ОКРУЖНОСТИ НА ВОДЕ В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ
METHOD TO INSTALL PIPELINE IN CIRCLE ON WATER IN HORIZONTAL PLANE

Назначение изобретения
Изобретение относится к способу и средствам для получения трубопровода, который сваривают на наземном участке, для транспортирования по воде в другое место или для хранения трубопровода, при этом трубопровод держится на плаву в прилегающих друг к другу окружностях (как большая спираль) на воде.
Аналоги
Указанный способ - только часть уложенных окружностей спирали на плаву на воде, включает подготовку для транспортирования и предполагает, что трубопровод будет перемещен с наземного участка в зону, где спираль требуется уложить. Для контроля профиля продвигаемого трубопровода в воде, а также предотвращаемого нежелательного его изгиба обычно используется контрольная аппаратура в виде роликов и/или узел натяжения.
Приспособления для удержания трубопровода могут быть установлены на нем в случае, когда трубопровод слишком тяжел, чтобы самому оставаться на плаву.
Предшествующий пример подобного способа - патент WO 0011388-2000-03-02.
Стальной трубопровод хорошо подвергается изгибу (даже когда имеет бетонное покрытие), когда трубопровод находится в пределах пластической деформации. Действительно, если иметь в виду большой диаметр спирали на плаву, трубопровод не выходит за пределы пластической деформации и в результате не будет деформироваться перманентно.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение, описанное в заявке, предполагает новый способ, в котором используются центральные тросы для удержания спирального трубопровода почти в круглой форме в ходе образования спирали и транспортирования к новому месту. Другим отличием является то, что первая намотка спирали - совершенно отличный способ, имеющий преимущество в том, что спираль изготовляется с большей точностью и лучшей воспроизводимостью.
Целью изобретения является способ намотки удлиненного трубопровода с относительно высоким коэффициентом изгиба в спираль для хранения и/или транспортирования трубопровода, включающий операции:
а) в процессе изготовления первой намотки к трубопроводу присоединяют центральные тросы, которые придают первой намотке и позднее целой спирали жесткость и обеспечивают спиралеобразному трубопроводу форму окружности;
б) снабжают трубопровод плавучестью для поддержания на плаву на воде или в море с силой тяжести, и
в) трубопровод перемещают по воде или в море намотанным в плоскую однослойную спираль, внутренний радиус которой достаточно велик, чтобы избежать пластической деформации трубопровода.
Способ характеризуется тем, что трубопровод снабжают плавучестью путем закрытия обоих концов трубопровода и заполнением трубопровода средой, удельная сила тяжести которой ниже удельной силы тяжести воды или моря.
Способ характеризуется тем, что каждый закрытый конец трубопровода снабжают клапаном, который закрыт в нормальном состоянии с возможностью открытия клапана:
а) при освобождении от среды в случае погружения трубопровода на дно;
б) для изменения давления внутри трубопровода при необходимости.
Способ характеризуется тем, что первую намотку производят с помощью якорных тросов, создающих новые точки изгиба для трубопровода, предотвращающие перегрузки его при изгибе первой намотки.
Легко определить, на какой радиус можно изгибать трубопровод, не выходя за пределы пластической деформации. Это зависит главным образом от диаметра трубы, толщины и материала, из которого изготовлена труба.
Можно считать, что минимальный радиус изгиба трубы в спираль - примерно в 250 раз более диаметра трубы.
Преимущество способа состоит в том, что осуществляют контроль, безопасность работы, при этом не происходит пластической деформации, и трубопровод не деформируется перманентно.
Преимущество способа состоит в том, что осуществляют воспроизводимость процесса, при которой трубопровод избегает перегрузки в водном пространстве.
Преимущество способа состоит в том, что снабжают трубопровод эффективными приспособлениями для поддержания на плаву, при этом геометрия трубопровода способствует нелинейному расположению этих приспособлений.
Преимущество способа состоит в том, что процесс образования спирали сварного трубопровода при подготовке и собственно сварке на наземной площадке гораздо дешевле по сравнению с укладкой с судна на воде при экономии на операционных затратах по транспортированию и обработке трубопровода, таких, как затраты на персонал, дорогостоящие сварные операции.
Преимущество способа состоит в том, что по сравнению с удлиненным трубопроводом спиралеобразный трубопровод в горизонтальной плоскости лучше визуально контролируется, транспортируется по воде, при этом исключается помеха судоходству.
Преимущество способа состоит в том, что образование спирали трубопровода осуществляют на малой - менее 1 м - глубине воды.
Преимущество способа состоит в том, что длину спиралеобразного трубопровода увеличивают при большем диаметре спирали.
Краткое описание чертежей
Осуществление изобретения будет описано на примерах со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
Фиг.1 - схематично в плане размещение в прибрежной зоне на плаву прямого трубопровода, спускаемого на воду.
Фиг.2 - схематично в плане размещение в прибрежной зоне на плаву трубопровода, частично изогнутого в окружность (60°).
Фиг.3 - схематично в плане размещение в прибрежной зоне на плаву трубопровода, частично изогнутого в окружность (120°).
Фиг.4 - схематично в плане размещение в прибрежной зоне на плаву трубопровода, частично изогнутого в окружность (300°).
Фиг.5 - схематично в плане размещение в прибрежной зоне на плаву трубопровода, изогнутого в полную окружность.
Детальное описание предпочтительных воплощений
Идеальная ситуация, когда трубопровод подается с наземной строительной площадки 19 (фиг.1) в акваторию 18, где нет течения.
Но можно использовать данный способ, когда течение в воде имеет место. При этом требуются необходимые приспособления, которые находятся на моторных лодках с достаточным моторесурсом, которые используются при удержании трубопровода.
Минимальная глубина воды при получении спирали в соответствии со способом - предпочтительно 1 м.
В более широком смысле описываемый способ имеет дело с трубами, закрытыми с обеих сторон и укладываемыми в спираль вокруг центральной точки 17, расположенной на 200-400 м от берега. Это расстояние зависит от диаметра спирали и рассчитывается всякий раз. Закрытые концы труб должны иметь клапаны, которые закрыты в нормальных условиях. Клапан можно открыть (вручную либо при управлении на расстоянии) с целью освобождения от среды (воздух/вода) в трубе. Это требуется, когда трубопровод следует погрузить на дно.
Спиралевидный трубопровод может составлять длину в несколько километров. Диаметр первой намотки должен быть 500 × диаметр самой трубы.
Например: труба на плаву с внешним диаметром 300 мм и толщиной 8 мм имеет диаметр спирали 150 м и длину каждой намотки почти 500 м. Даже при 20 намотках ширина спирали не более 6 м, при этом общая длина спирали трубопровода 10 км.
Намотки все ложатся в строго горизонтальной плоскости вблизи друг друга. Диаметр намоток увеличивается, и трубопровод становится спиралью.
От «центральной точки» несколько центральных тросов 1, 2, 3, 4, 5, 6 присоединяют к трубопроводу в процессе получения первой намотки и действуют как спицы колеса. Эти тросы должны быть соединены с «центральной точкой» 17 таким образом, чтобы могли перемещаться относительно «центральной точки» как спицы в большом горизонтальном колесе при образовании спиральной намотки. Способ описывает 6 тросов, но может быть и другое число (два или более) в случае необходимости. С 6 центральными тросами спираль получается очень плоской и выдерживает округлость при образовании спирали и транспортировании.
«Центральная точка» должна быть жестко закреплена на дне для обеспечения устойчивости на месте в процессе образования спирали трубопровода.
В дополнение к центральным тросам размещают пять якорей 12 по внешней периферии зоны спирали на определенном расстоянии друг от друга. От этих якорей отходят якорные тросы 7, 8, 9, 10, 11 и соединены с трубопроводом в процессе образования первой намотки для обеспечения того, чтобы трубопровод не деформировался при пластической деформации при экстремальном моменте воздействия мотолодки 20.
Может использоваться иное количество якорных тросов с центральными тросами. Однако возможно использовать дополнительное количество мотолодок с достаточным ресурсом, чтобы получить правильный радиус трубопровода.
Начало трубопровода С, который закрыт колпаком таким образом, чтобы вода не попала внутрь трубопровода, подается через «центральную точку», и первый якорь «узлом натяжения» 14 по прямой линии (фиг.1). «Узел натяжения» расположен, например, на наземной строительной площадке 19.
Если необходимо, «узел натяжения» может быть расположен на палубе судна, баржи или понтона за линией берега. Расстояние, которое является началом трубопровода, проходит за «центральную точку», зависит от «диаметра первой намотки» (D намотки).
В то время как трубопровод подается по воде узлом натяжения, мотолодка направляет начало трубопровода С к стартовой позиции, как показано на фиг.1.
В «центральной точке» 17 «точка опоры» надежно закреплена ко дну и имеет ряд центральных тросов одинаковой длины. В дальнейшем эти тросы действуют как спицы большого горизонтального колеса для удержания намоток спирали на месте.
Мотобот 22 направляет начало С трубопровода, и позднее, если необходимо, используют мотолодку 20 для загиба первой намотки трубопровода в спираль для приложения  усилия столько, сколько требуется в пределах пластической деформации, чтобы предотвратить перманентную деформацию трубопровода.
Расстояние, на которое трубопровод (фиг.1) подается по прямой линии при пересечении воображаемой линии между «центральной точкой» и «первой линией якоря» до наиболее удаленной точки от берега, примерно:
АС = примерно 2,7 × плановый диаметр первой намотки (D намотки).
Когда начало трубопровода достигает указанной позиции (фиг.1), «узел натяжения» прекращает подачу трубопровода, пока не образуется намотка около 300°.
Перед тем как трубопровод изгибают в пределах пластической деформации, первый центральный трос 1 и первый якорный трос 7 должны быть присоединены к трубопроводу 15 в точке А (фиг.1).
В начале трубопровода С мотолодка 20 (если необходимо, с помощью другой мотолодки 22, используемой для направления вперед трубопровода) толкает (или тянет) трубопровод в направлении конца второго центрального троса 2. Когда диаметр плановой первой намотки будет достаточен, трубопровод подвергнется изгибу в пределах пластической деформации. В случае, когда усилия толкания или подтягивания будут сняты, трубопровод возвращается в первоначальную форму.
Мотолодка удерживает позицию трубопровода так, чтобы центральный трос 2 мог быть зафиксирован на трубопроводе в точке В на расстоянии, измеряемом вдоль трубопровода от точки А - чуть более 0,5 D намотки. (Это примерно одна шестая плановой окружности первой намотки спирали - фиг.2).
В случае другого количества центральных тросов, а не 6, это расстояние, очевидно, иное.
После закрепления второго центрального троса присоединяют второй якорный трос.
Якорный трос 8 присоединяют к трубопроводу (фиг.2), снова возникает точка изгиба, в которой образуется максимальный момент изгиба.
Мотолодка медленно толкает/тянет, прилагая к трубопроводу пластическую деформацию.
При достижении следующей точки, где центральный трос 3 и якорный трос 9 сходятся вместе, мотолодка 20 удерживает трубопровод на месте, пока третий центральный 3 и третий якорный трос 9 соединят с трубопроводом (фиг.3).
Операции повторяют с четвертым центральным тросом 4 и якорным тросом 10, а далее с пятым центральным тросом 5 и якорным тросом 11.
При продолжении толкания мотолодкой 20 трубопровода 15 с помощью описанных операций, последний интервал изгиба будет окончательным, и трубопровод будет соединен с шестым и последним центральным тросом, и линия АС (от начала трубопровода С до точки, где первый центральный трос 1 и трубопровод сойдутся вместе (А - фиг.4.).
Тогда все якорные тросы 7-11 должны быть удалены с трубопровода.
«Спицы» 1-6 (фиг.5) центрируют намотку на месте.
Образование спирали продолжают с помощью одной или более мотолодок 20, 21, 22, перемещаясь вдоль трубопровода и взаимодействуя с намоткой. В то же время узел натяжения 14 обеспечивает подачу трубопровода. Мотолодки двигаются с такой скоростью, которая не выходит за пределы пластической деформации трубопровода. В зависимости от ситуации и силы натяжения возможно, что мотолодки не поддерживают перемещения и вращения трубы вокруг «центральной точки». Однако экипажи мотолодок должны регулярно соединять новую намотку с предыдущей для обеспечения того, чтобы спираль трубопровода не разматывалась в неожиданный момент.
Мотолодки, проводя указанные операции, взаимодействуют с трубопроводом до точки, в которой начинается трубопровод (А). Далее мотолодка толкает и управляет трубопроводом в следующей намотке вдоль предыдущей. Одновременно при перемещении спирали и взаимодействии с намоткой, последняя должна быть соединена с предыдущей намоткой с помощью фиксатора, например, нейлоновым канатом с хомутом или иным фиксатором. Когда мотолодка обработает 3/4 намотки, она отсоединяется и перемещается в исходное положение, в котором взаимодействует с трубопроводом для образования новой намотки, и вышеописанная операция повторяется.
Центральное колесо 17 со спицами обеспечивает выравнивание намоток. Таким образом, множество намоток и несколько километров трубопровода образуют единую спираль на воде для хранения и/или, позднее, для транспортирования в другое место.
В новом месте спиралеобразный трубопровод может быть размотан и помещен на дно в нужном секторе.
В том случае, когда трубопровод слишком тяжел (отношение диаметра и толщины стенок трубы относительно мало) и может под действием собственной тяжести затонуть, используют поплавки для удержания трубопровода на плаву.
В последнем случае поплавки задействуют после того, как трубопровод проходит узел натяжения 14, и отсоединяют один за другим, когда в определенном месте трубопровод следует погрузить на дно. Для погружения используется понтон.
Следует понимать, что вышеописанные воплощения показаны и описаны только для иллюстрации, но описание не означает ограничение в каком-либо смысле. Соответственно, объем прав изобретения определяется следующими пунктами формулы и их легальными эквивалентами, а не приведенным описанием, и направлен на то, что в объем прав включены все изменения и модификации изобретения.