[實用新型]基于FRP材料的深水海底管道扣入式止屈器

有效

• 申請號: 201420381021.8
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN204573317U
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: 陳嚴飛;張宏;吳曉宇;段慶全;梁樂才;馬辛逸
• 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;F16L9/14;F16L58/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型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止屈器。

背景技術

由于全國對于能源需求日益增大，過去幾十年間，石油開采也從陸地逐步向海洋發展。對海洋油氣資源進行開發，需要在海上設置各類鉆井、采油平臺以及油氣資源輸送工具。海底管道是深水油氣田開發建設中的重要組成部分，對海上油氣田的開發、生產和運輸起著至關重要的作用。深水海底管道具有運輸量大，受環境影響小，便于管理，密閉安全、經濟性好等優點，從而海底管道發展迅猛。但與此同時，從近海走向深海的過程中，海底管道也必須經受特殊海洋環境帶來的挑戰。鋪設深水海底管道的海床往往距海平面有一定深度，管道承受巨大的海水靜壓；深水管道平鋪在海床上有時會因拋錨產生自身幾何變形；管道受風浪、潮流等影響，容易產生過大彎矩，材料非線性和幾何非線性使海底管道彎曲問題更為復雜。除此之外，海洋環境以及輸送液體對管道可能構成局部腐蝕。這些復雜原因都有可能使管道產生局部屈曲，在海底這種復雜環境中，海底管道發生局部屈曲是難以避免的。局部的屈曲失穩一旦發生，會沿著管道軸線傳遞，進而使整個管道結構發生失效破壞。

屈曲傳播的臨界壓力就是能維持管道的屈曲傳播所需要的最小壓力，屈曲壓潰壓力就是管道從完整無損到屈曲破壞所能經受的最大壓力。一般情況下，屈曲傳播臨界壓力為屈曲壓潰壓力的1/8-1/4。因此只需要比屈曲破壞小得多的壓力，就可以使已經存在的管道屈曲缺陷沿管道軸線快速傳播，這樣的傳遞特性對海底管道整體性極其不利。海底管道一旦發生大范圍屈曲傳播，屈曲傳播速度可達到數百米每秒，損失巨大，修復成本高。因此需要采取一定方法預防或限制屈曲傳播。

理論上，只要管道的厚度達到一定的比例，管道即使發生局部屈曲，也不會發生任何屈曲傳遞。但是以屈曲傳播壓力為設計壓力設計來設計管道，將使管道的壁厚大大增加，而且增加了材料用量和鋪設過程中懸跨段的重量，十分昂貴，經濟上并不可行。一種限制屈曲傳播的有效方法是在海底管道一定間隔設置止屈器。止屈器的距離一般由工程師根據項目的不同特點決定，一般來說間距90-180m比較合理。這樣一來，管道的屈曲傳播被止屈器阻止，限制屈曲僅發生于兩個止屈器間。止屈器能夠限制屈曲傳播，保持管道完整性，在管道經濟性與安全性之間達到平衡，現已被廣泛使用。

止屈器的基本形式是一個厚壁圓環，目前常用的止屈器根據安裝形式不同，可分?為扣入式、纏繞式、焊接式和整體式止屈器。扣入式止屈器先旋入到管道指定位置然后直接夾緊，其圓環內徑比管道外徑稍大；纏繞式止屈器采用鋼筋在管道的指定位置進行纏繞，鋼筋兩端與管道焊接以起到固定作用；在扣入式止屈器的基礎上，在其與管道之間的連接增加了兩道焊縫，形成焊接式止屈器；整體式止屈器的內徑和管道的內徑一樣，而壁厚比管道更厚，兩者同軸排好之后在連接處焊接，形成一個整體。

扣入式、纏繞式、焊接式止屈器結構簡單，制造方便，但止屈效率相對較低。整體式止屈器雖然止屈效果最好，但對焊接工藝要求較高，安裝復雜，且重量較重。如何能夠結合不同止屈器形式的優點達到連接簡單、止屈效率高的目的是亟待解決的問題。本發明已解決這一問題為目標，整合扣入式止屈器結構簡單、施工方便的特點與纖維增強復合塑料FRP材料高強度、質量輕、耐腐蝕的特點相結合，制作出基于FRP的海底管道扣入式止屈器。?

纖維增強復合塑料(Fiber?Reinforced?Plastics?FRP)是由纖維材料與基體材料(一般為樹脂)按一定的比例混合，經過特別的模具擠壓、拉拔而成的高性能型材料。因其具有質輕、耐腐蝕、強度大、比模量大、抗疲勞性好、易于施工等優點，FRP在土木工程領域應用發展迅速，現成為繼混凝土、鋼材之后第三大新型建筑材料，與此同時，FRP套管加固鋼結構的研究不斷增多，基于FRP的海底管道扣入式止屈器應運而生。