[發明專利]一種基于CW型截面變形元件的管中管止屈器

在審

• 申請號: 201410327666.8
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN105318103A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 陳嚴飛;夏夢瑩;劉嘯奔;張宏;段慶全;梁樂才;陳金孝
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: F16L1/20
• 分類號: F16L1/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于海底管道設施鋪設技術領域，具體涉及一種能夠防止海底管道屈曲傳播的方法。

背景技術

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，管道一旦發生局部屈曲失穩，屈曲就會沿其長度方向以數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生失效破壞，造成巨大經濟損失和生態環境破壞，并且這種屈曲傳播一旦產生就很難被阻止。

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生屈曲破壞所需的最小壓力。研究發現，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。

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傳播的裝置)，允許局部屈曲的發生，但是限制屈曲范圍只能發生在兩個止屈器之間，不能跨越止屈器，從而防止了管道發生大規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。

現在發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。

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。

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。

纏繞式：采用數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。

整體式：也是一與管道同軸排列的厚壁圓環，圓環內徑與管道內徑相等，圓環壁厚大于管道壁厚，鏈接處經行焊接。

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。

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。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術存在的上述問題，提供一種能夠提高深水管中管彎曲性能的基于CW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生的屈曲和屈曲傳播。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

在垂直于管道長度方向上裝配至少一個具有對稱匝數的變形元件。這個變形元件安裝在管中管的內外管之間的環形區域內，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生屈曲，這可以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。

本發明由于采用了上述技術方案，具有以下優點：

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。

2.廠家可以在管中管的外管和內管組裝之前將基于CW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場加工，大大挺高了鋪設效率。

3.基于CW型截面變形元件的止屈器安裝在管中管內外管之間的環形區域內，該區域中不會影響原有的管中管裝置(通常有隔熱組件等)。