[發明專利]一種基于F型截面變形元件深水管中管止屈器

在審

• 申請號: 201610041151.0
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105626964A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 陳嚴飛;敖川;張宏
• 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;F16L59/14
• 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，具體涉及一種利用F型截面變形元件來防止屈 曲傳播的止屈器。

背景技術

我國海底油氣資源十分豐富，因此海底管道特別是深水海底管道具有十分廣闊的發展前 景。在海底特殊環境特別是高靜水壓力作用下，長期以來，屈曲問題一直阻礙著海底管道的 發展。

屈曲發生有兩個過程：第一：外部局部壓力大于該處管道強度，使得管道在該處發生壓 潰現象；第二，管道局部發生壓潰現象后，如果緊鄰處管壁強度小于屈曲傳播的臨界壓力， 就會發生屈曲傳播現象。研究發現，維持管道屈曲傳播的最小壓力，即屈曲傳播的臨界壓力， 只有發生屈曲破壞最小壓力的15％左右。因此，一旦產生局部屈曲失穩，屈曲就會從局部損 傷部位以數百米的速度沿軸向傳播，從而導致海底管道的大規模破壞，造成巨大的經濟損失。

對應屈曲傳播的兩個過程，解決屈曲問題有兩種方法。第一，增加全線管道壁厚，總體 提升管道強度，保證管道強度總大于外部壓力。第二，沿官道每隔一定距離設置止屈器，增 加管道局部強度，使得屈曲傳播被限制在兩個止屈器之間，從而避免了整條管線的壓潰破壞。 兩種方法相對比，第一種方法大幅增加了鋼材耗量，不夠經濟，并同時增加了管道的重量， 給管道的鋪設安裝帶來不便。第二種方法以止屈器間管道作為代價，使得鋼材耗量大幅降低， 管道重量也大幅減輕，非常經濟。此外，可以通過調整止屈器的間距來平衡經濟性和止屈要 求，比較靈活。因此，止屈器技術在工程實踐中得到廣泛的應用。

目前使用的止屈器主要類型有整體式、滑移式、夾套式和內環式。

整體式止屈器內徑與管道內徑相同，但壁厚大于管道壁厚，通過焊接與管道相連。

滑移式止屈器內徑與管道外徑相同，套在管道上以增加管道局部的環向剛度。

夾套式止屈器原理與滑移式相似，其由兩個半殼組成，使用時通過螺栓緊固在管道外壁 上。

內環止屈器與滑移式止屈器原理相似，適用用于管中管。止屈器管環被放置于內外管管 縫中，并緊貼于外管。

整體式、滑移式和夾套式三種形式的止屈器都顯著增加了局部管徑，這給管道的運輸和 儲存帶來了不變。整體式止屈器采用焊接的形式與管道相連，容易產生焊接缺陷和應力集中。 而滑移式和夾套式雖然不需要焊接，結構較為簡單，安裝比較方便，但是止屈效率低，容易 發生“U型穿越”，因而只適用于淺水深管道。

內環式止屈器相比以上三種形式的止屈器而言不改變管道外徑，止屈效率較高，但是制 造安裝不太方便，并且經濟成本也高于以上三種形式的止屈器。此外，由于加強的主要部分 為緊貼外管的管環，鋪設過程中的造成的局部損傷在運行時不能復原。

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F型截面變形元件的管中管止屈器，可以防止深水管中管在儲存、運輸、安裝 和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：

沿管道長度方向，每隔一段距離(100m-500m)安裝本專利所述的基于F型截面的核型止 屈器。該核型止屈器由隔圈，F型截面的變形元件和聚合物殼組成。F型截面變形元件由其自 身凹凸特性形成連鎖，裝配于內外管間的環形空間中，靠近外管內表面；聚合物殼固定于F 型截面元件內側，與內管外表面存在一定空隙；隔圈安裝在核型止屈器兩端的環形區域內， 其外表面非常接近外管內表面，但存在一個間隙。變形元件內表面與聚合物殼接觸，而聚合 物殼與內管外表面存有間隙，可用于隔熱裝置的安裝。聚合物殼本身也可以具有隔熱能力， 從而加強管道的保溫性能。變形元件之間的間隙可以使得管道可以輕度彎曲，這可以輔助其 完成卷曲用以儲存運輸。其自身可以承受徑向壓力從而防止屈曲傳播，實現止屈功能。

本專利由于采用了上述技術方案，具有以下優點

1.基于F截面變形元件的止屈器主體纏繞在管中管的環形空間中，其自身強度可以承 受徑向壓力，很好地抵抗外壓，起到防止屈曲和屈曲傳播的作用。同時，止屈器主 體根據變形元件自身的凹凸特性形成軸向連鎖，在連鎖處存有空隙，該間隙使得管 中管在彎曲時止屈器變形元件能夠發生相對運動從而不用承受彎矩，具有很好的柔 性，方便管道儲存運輸，可有效減小鋪管過程中彎曲管段(如S型鋪管中的上彎段 和下彎段)的應力，提高鋪管效率。