專利名稱：一種帶螺旋眼板的海底管道止屈器及其固定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海底管道設(shè)施鋪設(shè)過程中的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠有效防止海底管道屈曲的傳播和抑制管道渦激振動的裝置。
背景技術(shù)：
海底管道是一種重要的海洋油氣生產(chǎn)輸運方式。由于深水海洋環(huán)境復雜，海底管道承受巨大的靜水壓力。此外，鋪管過程中不合理的操作、錨等重物下落的撞擊、深水低溫環(huán)境與管內(nèi)輸送熱油液構(gòu)成的溫差以及輸送液體對管道可能構(gòu)成的局部腐蝕等因素都有可能引發(fā)海底管道的局部屈曲壓潰。管道發(fā)生局部屈曲壓潰后，在一定外水壓作用下，管道的壓潰形態(tài)將沿管長方向傳播，造成整條管道的破壞，這種現(xiàn)象就是屈曲傳播現(xiàn)象，維持管 道屈曲傳播所需要的最小外壓力就是屈曲傳播壓力。要控制屈曲傳播的發(fā)生發(fā)展，需使外壓降至屈曲傳播壓力以下，或者屈曲傳播遭到它無法穿越的物理障礙。理論上可以通過增加管道壁厚的方式有效增加管道的屈曲傳播臨界壓力，但管道壁厚的增加會大量增加材料用量及管道重量，增加了大量的成本，在經(jīng)濟上不可行。因此目前較為常用的控制屈曲傳播的方法是設(shè)置物理障礙——止屈器。止屈器的工作原理是當管道發(fā)生屈曲壓潰和傳播時，將傳播控制在兩個止屈器之間，從而避免整條管道遭受破壞。止屈器的基本形式是一個厚壁圓環(huán)，當前常用的止屈器根據(jù)安裝形式的不同，可分為有扣入式、纏繞式、整體式和焊接式止屈器?？廴胧街骨飨刃氲焦艿乐付ㄎ恢萌缓笾苯訆A緊，纏繞式止屈器在管道的指定位置進行纏繞，整體式止屈器的內(nèi)徑和管道的內(nèi)徑一樣，而壁厚比管道更厚，兩者同軸排好之后再連接處焊接。在扣入式止屈器的基礎(chǔ)上，在其與管道之間的連接增加兩道焊縫就形成了焊接式止屈器。雖然整體式止屈器止屈性能最優(yōu)，但對焊接工藝要求較高，安裝復雜，且重量較重。扣入式止屈器結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但止屈效率較低，且在管道屈曲傳播至止屈器位置時，由于管道壓扁變形將對止屈器連接螺栓施加較大的拉伸力，可能造成止屈器螺栓崩開、斷裂等事故，造成止屈器失效影響管道整體安全。此外，海底管道鋪設(shè)于不平坦的海床表面，在海流、潮汐等因素的共同作用下，沿著管道的鋪設(shè)路由上的某些區(qū)域，容易發(fā)生管道暴露在海底土壤上形成懸空段。在環(huán)境荷載的長期作用下，懸空段容易發(fā)生上浮或側(cè)向屈曲以及渦激振動而失效。海底管道的屈曲傳播和渦激振動，給海上石油及天然氣的開發(fā)帶來巨大的經(jīng)濟損失，預防和控制屈曲傳播和渦激振動，并能夠防止螺栓崩斷事故對于海底管道工程具有重要的意義。發(fā)明專利CN200910309743.6 (帶螺旋側(cè)板的海底管道止屈器及其固定方法)提供的海底管道止屈器，通過螺旋側(cè)板實現(xiàn)預防和控制屈曲傳播和渦激振動，但此種止屈器不能有效地防止螺栓崩開、斷裂等事故的發(fā)生，而且此種止屈器的加工工藝較為復雜
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效控制海底管道屈曲傳播并解決螺栓崩斷事故、抑制管道渦激振動的海底管道。本發(fā)明提出的裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于加工和安裝，降低成本的同時能有效防止螺栓破壞造成的止屈器失效，控制海底管道的屈曲傳播并抑制管道渦激振動，實現(xiàn)經(jīng)濟性和安全性的統(tǒng)一。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種帶螺旋眼板的海底管道止屈器，用于保護海底管道，包括兩個均設(shè)置外伸的眼板的殼體，兩個殼體的尺寸和結(jié)構(gòu)相同，其特征在于，每個眼板均為螺旋狀側(cè)翼眼板，在兩個殼體上還設(shè)置有與眼板同角度螺旋的凹槽或列板，兩個殼體連接成一個環(huán)形柱體后，兩個殼體上的螺旋狀側(cè)翼眼板、凹槽或列板各自相互吻合，形成同角度的螺旋結(jié)構(gòu)。本發(fā)明同時提供一種上述止屈器的固定方法，包括下列步驟將一個殼體緊貼在管道表面上，按照眼板位置吻合和螺旋結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)方向一致的方式將其與另一個殼體對接，然后通過螺栓穿過眼板將兩個殼體固定在管道上。 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點本發(fā)明提供了一種有效防止螺栓破壞造成的止屈器失效、控制海底管道的屈曲傳播并抑制管道渦激振動的裝置，相比現(xiàn)有的技術(shù)具有以下優(yōu)點(I)本發(fā)明包括尺寸和結(jié)構(gòu)相同的兩個殼體，每個殼體均設(shè)置外伸的螺旋狀眼板，使用螺栓進行上下殼體的緊固。由于螺栓與止屈器周向呈一定角度，在海底管道屈曲傳播至止屈器并繼續(xù)變形的過程中，不同于以往止屈器螺栓僅受軸向拉力的情況，本發(fā)明將施加在螺栓上的力正交分解為較小的拉伸力和剪切力，有效預防了螺栓受拉力較大產(chǎn)生的斷裂及破壞，確保了止屈器的完整性和有效性，從而更加有效的防止屈曲傳播，確保海底管道整體的完整性，大大降低海底管道由局部屈曲引起整體結(jié)構(gòu)破壞而造成的經(jīng)濟損失。(2)本發(fā)明每個殼體上設(shè)置與眼板同角度的螺旋凹槽或列板，當海底管道出現(xiàn)懸空或上浮屈曲的情況時能夠給來流施加一定擾動而改變雷諾數(shù)，使得流動狀態(tài)提前進入湍流狀態(tài)，達到抑制渦激振動的效果。(3)該裝置集控制屈曲傳播與防止渦激振動的功能于一體，可以實現(xiàn)兩種功能模塊的一體制造與安裝。若采用螺旋列板結(jié)構(gòu)，列板的設(shè)置不僅可以防止渦激振動，而且也起到了不均勻加強環(huán)向剛度的作用，提高整個裝置的止屈效果。(4)止屈器的兩個殼體相同，可以通過模具進行澆鑄批量生產(chǎn)，簡化制造工藝，降低制造成本。(5)止屈器安裝工藝簡單，可以通過流水線安裝，提高工作效率，降低施工成本。(6)該止屈裝置可以應用于裸置海底的管道，大大降低了管道挖溝、埋設(shè)的成本。


圖I是配有本發(fā)明止屈裝置的某段海底管道的側(cè)視2是圖I中所示A A截面圖(帶凹槽)圖3是圖I中所示A A截面圖(帶列板)圖中標號說明I止屈裝置殼體；2側(cè)翼螺旋眼板；3連接緊固螺栓；4螺旋凹槽或列板；5海底管道。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的進行詳細的描述。如圖I所示，本發(fā)明包括兩瓣緊貼在海底管道外壁上的厚壁殼體1，每瓣殼體分別帶有螺旋狀側(cè)翼眼板2和與眼板同角度螺旋的凹槽或列板4，上下瓣殼體完全對稱。殼體和眼板材料宜采用與深水海底管道相同材質(zhì)的API 5L X65型或更高等級的X70、X80等級鋼材，主要目的是防止海底管道在復雜環(huán)境和載荷下屈曲的傳播，保證整條管線的安全。與殼體一體的側(cè)翼眼板采用螺栓進行固定，與通常的螺栓夾緊型扣入式止屈器不同，由于眼板沿止屈器殼體呈螺旋狀，因此連接緊固螺栓并非垂直于管道及止屈器軸向，而是與管道和止屈器周向呈一定角度。當海底管道發(fā)生屈曲并傳播至止屈器時，壓扁的管道對止屈器施以徑向拉伸力，傳遞到有一定傾斜角度的螺栓上時，拉伸力被正交分解為較小的沿螺栓軸向的拉伸力和剪切力，確保螺栓的安全，從而保證止屈裝置的完整性和有效性。同時螺旋的 眼板與凹槽或列板共同作用，在海底管道出現(xiàn)懸空或上浮屈曲的情況時給來流施加一定擾動而改變雷諾數(shù)，防止渦激振動發(fā)生。兩部分厚壁殼體側(cè)翼延伸出的螺旋眼板，同時還方便螺栓穿入眼板相連接，使得止屈裝置的加工和安裝都非常簡便。下面結(jié)合

該控制海底管道屈曲傳播和抑制渦激振動的方法實施過程(I)進行該止屈裝置的生產(chǎn)時，首先分別制造圖中所示的連接邊緣呈螺旋狀的環(huán)形厚壁殼體I。殼體的內(nèi)徑的大小與海底管道的外徑相等，殼體兩側(cè)翼延伸出螺旋狀眼板2，眼板帶有均勻分布的螺栓孔，且殼體剖面半圓的1/2位置設(shè)有與眼板呈同角度的沿止屈器軸向螺旋的凹槽或列板4。由于兩瓣殼體完全相同，可以使用統(tǒng)一的模具進行批量澆鑄生產(chǎn)，也可根據(jù)實際情況將眼板或列板與殼體焊接連接。( 2 )止屈裝置的安裝應在殼體制造完成后、鋪管作業(yè)前進行。海底管道一般采取分段預制，利用鋪管船等在海上焊接和鋪設(shè)，因此，該發(fā)明的止屈器可在鋪管船的焊接過程中進行安裝。將第一瓣殼體緊貼在管道表面的一側(cè)，按照眼板螺旋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向，把另一瓣殼體與已就位的殼體對接，并采用螺栓進行連接緊固。螺栓穿過眼板將兩瓣殼體連接，構(gòu)成固定在管道外表面上的止屈裝置。安裝好的止屈器如圖所示，螺旋眼板與螺旋凹槽/列板交錯，不僅可以防止渦激振動，也可對止屈器環(huán)向剛度進行加強，有效抑制屈曲傳播。
權(quán)利要求
1.一種帶螺旋眼板的海底管道止屈器，用于保護海底管道，包括兩個均設(shè)置外伸的眼板的殼體，兩個殼體的尺寸和結(jié)構(gòu)相同，其特征在于，每個眼板均為螺旋狀側(cè)翼眼板，在兩個殼體上還設(shè)置有與眼板同角度螺旋的凹槽或列板，兩個殼體連接成一個環(huán)形柱體后，兩個殼體上的螺旋狀側(cè)翼眼板、凹槽或列板各自相互吻合，形成同角度的螺旋結(jié)構(gòu)。
2.—種權(quán)利要求I所述的海底管道止屈器的固定方法，包括下列步驟將一個殼體緊貼在管道表面上，按照眼板位置吻合和螺旋結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)方向一致的方式將其與另一個殼體對接，然后通過螺栓穿過眼板將兩個殼體固定在管道上。
全文摘要
本發(fā)明屬于海底管道設(shè)施鋪設(shè)過程中的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種帶螺旋眼板的海底管道止屈器，用于保護海底管道，包括兩個均設(shè)置外伸的眼板的殼體，兩個殼體的尺寸和結(jié)構(gòu)相同，每個眼板均為螺旋狀側(cè)翼眼板，在兩個殼體上還設(shè)置有與眼板同角度螺旋的凹槽或列板，兩個殼體連接成一個環(huán)形柱體后，兩個殼體上的螺旋狀側(cè)翼眼板、凹槽或列板各自相互吻合，形成同角度的螺旋結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于加工和安裝，降低成本的同時能有效防止螺栓破壞造成的止屈器失效，控制海底管道的屈曲傳播并抑制管道渦激振動。
文檔編號F16L1/20GK102720891SQ20121021898
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者余建星, 卞雪航, 孫震洲, 張興旺, 李妍, 楊源, 梁靜 申請人:天津大學