海底管道托管法分析和研究

摘要：拖曳法施工是我国海底管道重要的管道的铺设方法，它具有装备简单以及施工方便的优点。因此也会在我国当前以及未来蓬勃发展的海底管道铺设中被广泛的使用。本文就分别对底拖法、浮拖法、离底拖法三种拖曳方式来分别展开论述。

关键词：海底管道；托管法；分析；研究

中图分类号：P756.2文献标识码： A

1、引言

在海洋油气工程建设之中的一项重要内容即就是海底管道铺设。当前海底管道铺设的主要方法则有 J 型铺管船法、S 型铺管船法、卷管式铺管船法以及拖管法。因为铺管船舶资源在全球范围内都是比较紧张的,铺管船是远远的不能满足管道施工的需求。而拖管法铺管则不可以依赖铺管船, 同时在一定的条件之下,还可以达到节约费用, 同时还可以使海上油气田建设速度加快。同时在近 30 a 来, 拖管法在北海以及墨西哥湾的应用偏多, 同时已经有开始朝向深水领域发展的趋势,当前值得关注的是，拖管法在国内发展是落后于欧美各国的。因此，研究拖管法铺管就显得是非常重要的。

2、海底管道具备的优点

在海洋油气开发中这样大规模使用管道的原因在于海底管道具备的优点主要有。第一，它的运输量比较大，同时效率也比较高；第二，它的管道几乎不会受到水深以及地形条件等自然条件的限制，并且可以有效缩短运输的距离；第三，因为是密闭的空间所以就具有安全的特点，并且可以长期连续不间断地输送油气资源。同时他的工作不会受到输送受恶劣气候的影响，并且具有噪音小、油气损耗小，以及对环境污染少的优点；第四，比较方便管理，同时也比较容易实现对远程集中监控。现代化管道运输系统的自动化程度较高，以及劳动生产率高；第五，它还具备能耗低以及运费低的特点；最后，它是一种最经济、快捷、以及安全的油气输送方式。

3、托管施工法概述

拖管施工法和传统的S型铺管法、J型铺管法以及卷管式铺管法相比具有很大的优越性，主要表现在拖管期间不管水深或者管子的规格，具有操作控制比较容易以及高效安全。同时在敷设的期间可以有效的避免遭受过度的弯曲而造成的破坏，所以在拖管的全过程之中，管子应力可以维持在低的、安全的水平。

拖管施工法主要包含有以下几种方法:水面拖行、底拖、水面下拖行以及近底拖。这些拖曳方法的管道组装其实都是一样的，同时可以在陆上组装场地或者在浅水避风水域中的铺管船上来完成。在管道组装完成之后，那就可以使用起吊装置将管道吊到发送轨道上，再绑上浮力装置以及拖管头，之后可以使用拖船将管道来拖下水，并且按照预定航线将管道就位、下沉，所有的工作完成之后即就是将各段管道对接，最后完成管道铺设的全过程。

3、底拖法施工研究

3.1、底拖法施工的内涵

管道在陆地上焊接到一定长度的管段之后，就可以通过滑道拖拉使其下水。有时则为了减小拖航的阻力，就会在昔道上绑上浮筒这样来减小管道的负浮力。同时管道在牵引之前，那就需要根据海底勘测资料来找出一条最合适的拖管航线。

3.2、底拖牵引力计算

3.2.l、如何来确定拖管段的长度

因为管道在拖拉时则会经过不同条件的海床，同时不同的海床则会对管道产生了不同的阻力。那么就为简化计算的分析，并且把拖航线路上的海底土壤则会分为若干断，同时会分段考虑到昔道以及海底的摩擦系数和各段的海流，和波浪的状况，同时用来预测拖管过程中拖力的变化以及大小。并且在计算拖力前则就必须确定管段的长度，一般来说托管的长度则不应该超过极限拖管长度，极限拖管的长度和海底土壤的性质、管道负浮力、钢管的截面以及材料有关。

极限拖昔长度的计算准则通常是:施加轴向拖力后管道的最大应力不应该超过钢材的许用应力。并且按照阻力在昔段上则均匀的分布，管头上的应力则是最大的。

3.2.2、计算拖航的牵引力

拖航牵引力主要是用来克服管道所受到的阻力。同时管道的阻力一般会来自与两方面: 一面是海床对管道的摩擦力；而另外一方面则是来自于海流力以及拖航速度而产生的海水阻力 F泥, F水。

海床的摩擦力则为F泥= q1·μ·L

在这个公式之中L表示的是托管的长度。μ为管道与海底摩擦系数q1为管道施工控制重量。

海水的阻力的计算公式则为qx= CρπDU2R/2

在这个公式之中C表示的是海水阻力系数， C=0.075(/ log Re- 2) 2; Re 表示的是雷诺数,ν表示的是水的运动粘度; ρ则为海水的密度; UR为水与管道间相对速度。

同时还因为管道离海底较近，并且波浪对管道的作用也偏小，那么就可以不考虑波浪的因素，那么这整条管道托管之时受到的海水阻力则为

F水= qGxL+ nqTxlT

在这个公式之中: qGx, qTx则分别表示的是管道以及浮筒单位长度上海水的阻力; n则表示的是浮筒的数量; lT则为浮筒的长度。

因此管道拖航的牵引力为

T= F泥+ F水

4、 浮拖法施工研究

4.1、浮拖法施工的内涵

因为管道在陆地预制场上焊接成一定长度的管段之后,并且将管道放置于滑道之上, 之后在管道上依照一定间距绑扎上浮筒, 之后选择在海况允许的条件之下在使用拖船使其拖拉下水。在管道下水之后使其飘浮在海面之上,并且同底拖法相比较的话, 它所需要拖力则要小的多。因此除过配备一条主拖船外, 那么在施工之中则还需增加一条辅船尾随在管尾, 并且在必要之时可以施加一定张力, 来防止管道在海流以及波浪侵袭之下而发生偏移或者过大变形。

4.2 管道在浮拖过程中的荷载作用

一般而言管道在拖航过程中则主要会受到海流以及波浪的作用力、浮力、自身的重力、浮筒的拉力以及前后及侧向拖船的拖拉力这些的作用。

5、离底拖法施工研究

5.1、离底拖法施工的内涵

一般而言管道在陆地预制场上焊接成一定长度的管段, 同时也可将管道放置于滑道之上, 并且再在管道上可以依照一定间距绑扎上浮筒以及拖链, 之后再选择在海况许可的条件下使用拖船拖拉下水。底拖法它是介于底拖法以及浮拖法之间的一种管道铺设的方法。

离底拖管法中管道的负浮力主要是由浮筒以及拖链来平衡的。浮筒除平衡管道的负浮力之外还会提供一些额外的浮力，一般都为管道负浮力的5% ，这额外的浮力主要是由系绑在浮筒上的拖链使之平衡的。并且用来平衡浮力的拖链的长度即就是管道的离底高度，因为管道不会直接同海底接触，这样的话就只需要较小的拖拉力，这样的话就可避免管道像浮拖法那样而受到表面风浪流的作用。拖链除悬挂长度之外，还会在海床上有一段长度，这段长度拖链同海底的摩擦力可以使管道在海流作用下保持拖航中的稳定性，这样的话不至于发生比较大的偏移，除此之外摩擦力又不可以过大使拖拉困难。这和浮拖法是一样的，管尾同样都会配备一辅船尾随，并且当收到较强的侧向海流作用之时则会施加适当张力，这样可以防止管道发生偏移或者过大而变形。

5.2、浮筒以及拖链的设置

拖链系在浮筒上, 可以共同调节管道的浮力, 并且可以管道在水中可以呈潜伏的状态。

6、结语

以上三种拖管方法都有其各有优缺点。底拖法的特点是受环境影响最小, 并且在紧急的情况之下可以中断作业, 但是它需要的拖力是比较大的, 而使用浮筒就可以减小拖力。底拖法可以使整条管道一次就位。并且浮拖法受到阻力偏小,但是对环境载荷敏感, 并且不能中断作业。同时在波流影响较小的近岸海域则会有很高的应用价值。而离底拖法拖管时, 管道则不会直接同海底接发生触, 并且拖行阻力的较小, 于此同时远离海平面受波流作用也是比较小的。

参考文献：

[1] 赵冬岩,余建星,李秀锋. 海底管道拖管法分析和研究[J]. 海洋技术,2008(3)

[2]宋儒鑫.深水开发中的海底管道和海洋立管[J]. 中国造船, 2002,(43)