陆地敷设的管道我们称为“陆上管道”,而把海底敷设的管道称作“海底管道”。顾名思义,海底管道敷设在海底,是重要的海上能源通道。与常规的海上油轮运输相比,海底管道具有输量稳定、运费低等特点。特殊的赋存环境使海底管道的敷设完全不同于陆上管道。
海底管道路由应选择在海底地形平坦且稳定的区域,避开海床起伏较大、冲淤严重、具有活动断层或软弱土层区域,以及船运航道、锚地、渔业活动区、矿业活动区,以降低管道因遭遇外物撞击、渔网拖挂、海床运动等被破坏的可能性。为避免海底管道在施工和运行过程中过度弯曲,需要适当增加管道壁厚,而厚壁高钢级钢管的焊接需要比较精密的控制。因此,为了确保管道安全,降低焊接难度,海底管道在管材钢级选择上通常比陆上管道低。此外,海底管道的防腐除采用外防腐涂层及牺牲阳极阴极保护系统之外,多数管段外部还敷有混凝土配重层,以使管道在波浪和海流作用下保持稳定并保护管道免受机械破坏。
海底管道敷设方法主要包括拖管法和铺管船法两种。
拖管法适用于海底管道登陆或下海段、滩海、极浅海域及短距离海上敷设。因无需使用铺管船和开沟船,辅助船只也可大幅减少,故而费用较低。作业方法:先在海岸上将管子组装成一定长度的长管段,然后用拖船将其一段一段地牵引至海底预定地点,最后在海中对接形成一条完整的管道。
铺管船法适用于长距离且水深能够满足铺管船吃水要求的海底管道敷设,是当前最常用的海底管道敷设方法。铺管船根据适用水深分为深水铺管船(适用水深200~3000米)和浅水铺管船(适用水深200米以内),根据航行能力分为自航式和非自航式。深水铺管船大多为自航式,采用动力定位;浅水铺管船大多为非自航式,也称驳船,采用锚泊定位。铺管船是铺管设备的载体,其设备高度集成,是一个完整的海上预制加工厂,可实现管道的焊接、防腐、检测、敷设等一系列作业,敷设效率高达每天500~1000米。如果有辅助拖轮和供应船配合作业,则可以自给自足连续工作几个月。
铺管流程大致为:将管道逐段组装焊接,在铺管船向前移动时,将焊好的管段从船尾部的托管架滑入海中。在整个铺管作业过程中,管段下滑长度必须与船的移动距离保持同步,且铺管船必须处于较稳定的状态。
依海水深度和管道材料的不同,铺管船有3种不同的敷设方法:S形铺设方法、J形铺设方法、卷盘式铺设方法。S形铺设方法适用于水深10~1000米的浅近海,管道在铺管船上焊接后沿船后方的托管架向下铺设,管道在自重、船上张紧器夹持及海床支撑的共同作用下,形成S形。J形铺设方法适用于水深1000米的更深海域,其不设托管架,将管道沿接近垂直于海面的方向向下铺设,管道在外力作用下形成J形。S形铺设方法和J形设方法的共同点在于,需要在船上进行管道焊接、防腐、检测作业,其占用了铺管作业的大部分时间。卷盘式铺设方法是在陆上预制管道后将其整体卷在卷盘上,因而大大节省了船上作业时间,敷设效率较高,但因卷盘直径有限,为了不损坏管道,卷盘式敷设方法仅适用于柔性较好的小直径管道。