一種基于t型截面變形元件的深水管中管止屈器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于海底管道鋪設技術領域，涉及一種基于T型截面變形元件的深水管中管止屈器。
【背景技術】
[0002]伴隨著世界各國對油氣資源需求的日益增加，海底管道的發(fā)展成為不可阻擋的趨勢，同時海底管道設計施工運行過程中存在著諸多急需解決的問題。其中較為突出的問題是管道屈曲問題，產生屈曲的主要原因有:彎頭和外部靜水壓力的共同作用，其他物體碰撞產生局部凹陷，安裝和使用過程中產生的過度彎曲。由于屈曲傳播壓力小于局部屈曲壓力，管道一旦發(fā)生局部屈曲失穩(wěn)，屈曲就會沿其長度方向以數(shù)百米每秒的速度傳播，即產生屈曲傳播，從而使整個管道結構發(fā)生失效破壞，造成巨大經濟損失和生態(tài)環(huán)境破壞，并且這種屈曲傳播一旦產生就很難被阻止。
[0003]屈曲傳播的臨界壓力:即能維持管道屈曲傳播所需的最小壓力。屈曲破壞(壓潰)的臨界壓力:即管道完全無損的情況下受到壓力發(fā)生屈曲破壞所需的最小壓力。研究發(fā)現(xiàn)，屈曲傳播壓力只有屈曲破壞壓力的1/8-1/4左右，換言之，比屈曲破壞壓力小得多的壓力已經達到屈曲傳播壓力，能使管道缺陷沿管道長度方向快速傳播，這樣的屈曲傳播特性對于海底管道的安全運行極其不利。
[0004]解決屈曲傳播有兩種方法:一是使外部壓力低于屈曲傳播壓力，二是設置局部加強裝置(止屈器)。第一種方法可以通過增大管道壁厚使管道的總體強度提升，從而保證外部壓力低于傳播壓力，防止發(fā)生屈曲破壞或者屈曲破壞傳播。但是增加管道壁厚，使得材料用量大大增加的同時，還增加了鋪設過程中懸跨段的重量，這樣保守的解決方式雖然理論上能夠解決屈曲傳播的發(fā)生，但直接或間接的增大了成本投資，在經濟角度考慮是不可取的。而第二種方法，其工作原理是通過沿管線長度方向上，每相隔一段距離安裝一個加強裝置一止屈器(一種對管道進行局部剛度加強，并能防止局部屈曲沿管道長度方向繼續(xù)傳播的裝置)，允許局部屈曲的發(fā)生，但是限制屈曲范圍只能發(fā)生在兩個止屈器之間，不能跨越止屈器，從而防止了管道發(fā)生大規(guī)模的屈曲傳播造成巨大經濟損失，較好的保持了管道的完整性，同時能夠兼顧安全性和經濟性的要求。
[0005]現(xiàn)在發(fā)展的止屈器形式主要有四種，即扣入式，焊接式，纏繞式和整體式。
[0006]扣入式:為一比管道外徑稍大的扣在管道指定位置的厚壁圓環(huán)。
[0007]焊接式:與扣入式相似，增加了兩道位于管道與止屈器之間的焊縫。
[0008]纏繞式:采用數(shù)圈鋼筋緊密纏繞在管道周圍，為了固定其在管道上的位置、防止滑動，鋼筋兩端焊接在管道上。
[0009]整體式:也是一與管道同軸排列的厚壁圓環(huán)，圓環(huán)內徑與管道內徑相等，圓環(huán)壁厚大于管道壁厚，鏈接處經行焊接。
[0010]對于扣入式和纏繞式止屈器而言，雖然不需要焊接，結構較為簡單，安裝方便且成本低，但是止屈效率低，容易發(fā)生“U型”穿越，不適用于較大水深的海底管道；此外，纏繞式的止屈器會增加管道的外徑。對單層管道而言，強度加強部分管道的直徑增加是可接受的。然而，當管道是管中管時，由于運輸和存儲的因素影響，外管上的直徑增加是不可接受的。
[0011]焊接式的止屈器通過焊接之后雖然具有比扣入式更好的止屈效果，但同時也由于焊縫的存在，容易產生焊接缺陷和應力集中。具有較好止屈效果的整體式止屈器，雖然適用于深水管道，但焊接工藝比較復雜，存在焊接造成的焊縫應力集中和焊接缺陷的問題，同時經濟成本也高于扣入式止屈器。
【發(fā)明內容】
[0012]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高深水管中管彎曲性能的基于T型截面變形元件的管中管止屈器，可以防止深水管中管在卷曲儲存、安裝、運行過程中承受彎曲而發(fā)生的屈曲和屈曲傳播。
[0013]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案:
[0014]在垂直于管道長度方向上裝配至少一個具有對稱匝數(shù)的變形元件。這個變形元件安裝在管中管的內外管之間的環(huán)形區(qū)域內，其外表面與外管內壁至少有兩點接觸，內表面與內管外壁隔開不接觸。通過變形元件可以預防管中管在彎曲的過程中發(fā)生屈曲，能夠輔助其完成卷曲用于存儲，也可以用于保證管中管在安裝和運行的過程能夠安全的承受一定的彎曲。
[0015]本發(fā)明由于采用了上述技術方案，具有以下優(yōu)點:
[0016]1.管中管的外徑在局部不增加尺寸的情況下就提供足夠的柔性使其能夠產生一定的彎曲，保證了管中管承受彎曲的能力，可以用于方便的存儲和更高效的鋪設。
[0017]2.廠家可以在管中管的外管和內管組裝之前將基于T型截面變形元件的止屈器裝配在外管上，這樣無須在管道鋪設的過程中現(xiàn)場加工，大大挺高了鋪設效率。
[0018]3.基于T型截面變形元件的止屈器安裝在管中管內外管之間的環(huán)形區(qū)域內，該區(qū)域中不會影響原有的管中管裝置(通常有隔熱組件等)。
[0019]4.由若干T型截面變形元件和塑性殼構成了一個核型止屈裝置，該止屈裝置具有通用性。生產廠家不需要針對不同的管道制造不同的核型止屈裝置，廠家可以直接在將現(xiàn)成的核型止屈裝置裁剪成設計尺寸，裝配到外管內表面上。并且有保溫材料構成的塑性殼可以提高止屈器的隔熱保溫性能。
【附圖說明】
[0020]圖1:是本發(fā)明中管中管安裝止屈器的結構示意圖
[0021]圖2:是本發(fā)明中核型止屈裝置的截面示意圖
[0022]圖3:是本發(fā)明中T型截面變形元件的結構示意圖
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0024]根據(jù)圖1和圖2所示，本發(fā)明中，剛性管I的中心軸為AA，剛性管I為管中管類型，由內管2和外管4組成。內管2的壁厚3，內管2的直徑和材料根據(jù)使用的具體要求而定。
[0025]外管4直徑足夠大，可以將內管2套入。外管4的壁厚5足以承受剛性管所處介質外界和周圍的壓力。內管2和外管4之間存在一個環(huán)形區(qū)域6，是從直徑方向上內管2外表面到外管4內表面大約幾厘米的一個環(huán)形區(qū)域。在如上所述雙層剛性管套中，整條剛性管在內管2和外管4之間每隔一段距離都會安裝隔圈7。隔圈7的外表面非常接近外管內表面，在設計公差允許范圍，隔圈7外表面和外管4內表面之間存在一個間隙8，間隙8能使外管4中可以套入內管2。并且會在隔圈7和內管2之間安裝隔熱裝置。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，整條剛性管上每隔一段距離安裝一個或多個核型止屈裝置，這種核型止屈裝置可以阻止外管4上出現(xiàn)的屈曲發(fā)生傳播。如圖1、圖2所示，每個裝置至少包含一個安裝在環(huán)形區(qū)域6中變形元件10，變形元件的外表面11與外管內表面12至少有2點接觸，盡可能使變形元件外表面11的長度方向上都接觸。變形元件內表面13與內管2的外表面14之間則存在一段距離。這個裝置上也包含一個殼，例如聚合殼15，這個聚合殼15貼在變形兀件10的內表面13上。殼15的內表面17和內管外表面14之間留有一個空間16。這個殼15是密封的，以便加強隔熱裝置的隔熱性能。
[0027]這個變形元件10如圖2所示，是由T型截面的型鋼絲構成。其中相鄰T型鋼絲圈圈18和T型鋼絲圈19之間存在一個閘間空隙20，這個閘間空隙20在剛性管卷曲成管卷時輔助變形元件10變形(圖上未顯示)。圖3給出了 T型截面鋼絲相扣時的截面圖。
[0028]變形元件10的長度在0.5m-5m之間，通過隔圈7進行隔斷。變形元件10和殼15裝配在一起組成一個管中管中的標準核型止屈裝置。該核型止屈裝置可以在管中管制造商處經行加工，切割成設計尺寸后插入外管4中，通過適當方式加固在外管4的內表面12上。在加固時，最好能將第一圈和最后一圈的變形元件10都焊接在外管內表面12上，如果無法到達，至少需將最后一圈變形元件10焊接在外管內表面12上。
【主權項】
1.一種基于T型截面變形元件的深水管中管止屈器，其在管中管內外管環(huán)形空間內添加由T型截面變形元件、塑性殼和隔圈構成的核型止屈裝置。T型截面變形元件由T型截面鋼絲相扣組成，裝配在外管內表面上；塑性殼固定于T型截面兀件內側,與內管外表面存在一定空隙；隔圈安裝在核型止屈器裝置兩端的環(huán)形區(qū)域內，其外表面非常接近外管的內表面但存在間隙。2.如權利要求1所述的一種基于T型截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于:其核型止屈裝置由變形元件、塑性殼和隔圈構成，其長度可調，調整范圍為0.5m-5m;核型止屈裝置兩端的隔圈，在止屈器整體加工后直接裝配到環(huán)形區(qū)域出)內。3.如權利要求1或2所述的一種基于T型截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于:T型截面鋼絲構成的變形元件呈90度纏繞在外管內表面，其外表面與外管內壁至少有兩點接觸，內表面與內管外壁隔開不接觸。4.如權利要求1或2所述的一種基于T型截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于:塑性殼貼在變形元件的內表面上；為保證隔熱效果，塑性殼是密封的，同時可以選用保溫材料構成塑性殼提高其保溫性能。5.如權利要求1或2所述的一種基于T型截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于:用于核型止屈裝置兩端分隔的隔圈，其外表面和外管內表面之間存在一個間隙使內管可以套入外管中。6.如權利要求1或2所述的一種基于T型截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于:Τ型鋼絲構成的變形元件，其相鄰線圈相扣后在兩個線圈之間需要留有一定的間隙。
【專利摘要】本發(fā)明屬于海底管道鋪設技術領域，涉及一種基于T型截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于：在管中管的內外管之間添加T型截面變形元件。T型截面變形元件在管道彎曲的變形過程中相扣可防止內外管相對運動變大，同時可以起到抵抗內壓的作用。由T型截面變形元件和塑性殼構成的管中管止屈器不需要改變管中管尺寸，直接安裝于內外管之間，且不會影響管中管內的隔熱裝置。該止屈器還具有通用性，可以針對不同尺寸的管中管裁剪，并可由管中管制造商直接安裝在外管上，選擇保溫材料的塑性殼還能提高止屈器的保溫性能。此發(fā)明可以防止深水管中管在存儲，安裝，運行中的屈曲和屈曲傳播，提高深水管中管的安裝與止屈效率，節(jié)約成本。
【IPC分類】F16L1/20, F16L59/14
【公開號】CN105443865
【申請?zhí)枴緾N201410608221
【發(fā)明人】陳嚴飛, 張宏, 夏夢瑩, 梁樂才, 劉嘯奔
【申請人】中國石油大學(北京)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年11月3日