專利名稱：一種利用柔性限位帶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：
本實用新型是一種利用柔性限位帶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，弓I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
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是設(shè)計一種無運(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)域埋地管道的利用柔性限位帶裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置。本實用新型利用柔性帶在管道表面形成一個菱形限位區(qū)域，限制管道的上下、左右位移幅度，從而達(dá)到防止管道融沉的目的。在埋地管道I的兩側(cè)各對稱埋設(shè)一固定板2，兩相對的固定板2之間由螺絲3固定4條柔性帶4，第一固定板2的上部與第二固定板2之間斜拉兩條柔性帶4，第二固定板2的上部與第一固定板2之間斜拉兩條柔性帶4，將埋地管道I置于該4條柔性帶4交叉的菱形網(wǎng)格內(nèi)；在埋地管道I兩側(cè)菱形網(wǎng)格交點(diǎn)處由螺栓6和連接板5連接固定；柔性帶4為高強(qiáng)度柔性耐磨帶，通過固定連接繃緊后，在埋地管道I表面形成一菱形限位區(qū)域。限制管道的上下、左右位移幅度，從而達(dá)到防止管道融沉的目的。本實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為固定板，3為螺絲，4為柔性帶，5為連接板，6為螺栓。在埋地管道I的兩側(cè)各對稱埋設(shè)一固定板2，兩相對的固定板2之間由螺絲3固定4條柔性帶4，第一固定板2的上部與第二固定板2之間斜拉兩條柔性帶4，第二固定板2的上部與第一固定板2之間斜拉兩條柔性帶4，將埋地管道I置于該4條柔性帶4交叉的菱形網(wǎng)格內(nèi)；在埋地管道I兩側(cè)菱形網(wǎng)格交點(diǎn)處由螺栓6和連接板5連接固定。其中，固定板2為長方形板狀，下方帶錐形突起，便于扎入管道下方永凍土層后固定下來；螺絲3將柔性帶4固定在固定板2上，管道兩側(cè)對稱布置；柔性帶4為高強(qiáng)度柔性耐磨帶，通過固定連接繃緊后，在管道表面形成一菱形限位區(qū)域； 連接板5作為菱形限位區(qū)域的兩個點(diǎn)將柔性帶4連接起來； 螺栓6固定連接兩塊連接板5。本實用新型與現(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多年凍土區(qū)管道融沉防治措施正視示意圖圖2多年凍土區(qū)管道融沉防治措施側(cè)視示意圖圖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—固定板3—螺絲4 一柔性帶5—連接板6—螺栓
具體實施方式
實施例.本例是在埋地管道I的兩側(cè)各對稱埋設(shè)一固定板2，兩相對的固定板2之間由螺絲3固定4條柔性帶4，第一固定板2的上部與第二固定板2之間斜拉兩條柔性帶4，第二固定板2的上部與第一固定板(2)之間斜拉兩條柔性帶4，將埋地管道I置于該4條柔性帶4交叉的菱形網(wǎng)格內(nèi)；在埋地管道I兩側(cè)菱形網(wǎng)格交點(diǎn)處由螺栓6和連接板5連接固定；柔性帶4為高強(qiáng)度柔性耐磨帶，通過固定連接繃緊后，在埋地管道I表面形成一菱形限位區(qū)域。利用柔性帶在管道表面形成一個菱形限位區(qū)域，限制管道的上下、左右位移幅度，從而達(dá)到防止管道融沉的目的。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%，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,管輸平均溫度為10°C。為了考慮防治措施的可實施性和經(jīng)濟(jì)性，在對該區(qū)域管道進(jìn)行融沉治理時，考慮將措施實施點(diǎn)作為管道的支撐點(diǎn)，利用支撐點(diǎn)對管道的支撐作用來保證管道不發(fā)生超過預(yù)期的沉降。利用管道應(yīng)力分析軟件CAESAR II進(jìn)行應(yīng)力分析，并按照ASMA B31.4校核標(biāo)準(zhǔn)，確定該區(qū)段管道當(dāng)支撐點(diǎn)跨距小于20m的時候，管道所承受的最大應(yīng)力小于許用應(yīng)力，符合規(guī)定要求，管道是安全的。在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)管道的受力情況和柔性帶的繃緊力，確定支撐點(diǎn)需要承受的載荷及菱形限位區(qū)的寬度和角度。通過計算，確定固定板2的長度為4m，寬度為lm，厚度為0.1m ;柔性帶4寬度為Im ；菱形限位區(qū)域銳角為50°，鈍角為130° ;連接板5長度為lm，寬度為0.08m，厚度為0.02m;固定板間距3m?？梢詫崿F(xiàn)對管道的有效支撐。具體實施過程如下:選取示范段100m，每間隔20m設(shè)一個支撐點(diǎn)，在管道兩側(cè)對稱位置挖兩個方形孔，深入永凍土層，插入固定板；待固定板凍結(jié)固定后，按照菱形限位區(qū)域的角度將柔性帶固定連接起來，螺絲和螺栓對稱布置。施工過程盡量選擇在冬季進(jìn)行，冬季凍土面積較大，便于施工。
本例經(jīng)試驗，示范段管道未發(fā)生融沉問題。該措施的實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1.一種利用柔性限位帶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)各對稱埋設(shè)一固定板(2)，兩相對的固定板(2)之間由螺絲(3)固定4條柔性帶(4)，第一固定板(2)的上部與第二固定板(2)之間斜拉兩條柔性帶(4)，第二固定板(2)的上部與第一固定板(2)之間斜拉兩條柔性帶(4)，將埋地管道(I)置于該4條柔性帶(4)交叉的菱形網(wǎng)格內(nèi)；在埋地管道(I)兩側(cè)菱形網(wǎng)格交點(diǎn)處由螺栓(6)和連接板(5)連接固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用柔性限位帶裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置，其特征是所述固定板(2)為長方形板狀，下方帶錐形突起；螺絲(3)將柔性帶(4)固定在固定板(2 )上，管道兩側(cè)對稱布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用柔性限位帶裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置，其特征是所述柔性帶(4)為高強(qiáng)度柔性耐磨帶，通過連接板(5)和螺栓(6)固定連接繃緊后，在管道表面形 成一菱形限位區(qū)域。
專利摘要本實用新型是一種利用柔性限位帶裝置防治多年凍土區(qū)管體融沉的裝置。它是在埋地管道(1)的兩側(cè)各對稱埋設(shè)一固定板(2)，兩相對的固定板(2)之間由螺絲(3)固定4條柔性帶(4)，第一固定板(2)的上部與第二固定板(2)之間斜拉兩條柔性帶(4)，第二固定板(2)的上部與第一固定板(2)之間斜拉兩條柔性帶(4)，將埋地管道(1)置于該4條柔性帶(4)交叉的菱形網(wǎng)格內(nèi)；在埋地管道(1)兩側(cè)菱形網(wǎng)格交點(diǎn)處由螺栓(6)和連接板(5)連接固定。本實用新型無運(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F16L3/24GK203099097SQ20122073928
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, 劉國豪, 段瑞哲, 高山卜, 張巍 申請人:中國石油天然氣股份有限公司