一種基于wx截面變形元件深水管中管止屈器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海底管道設(shè)施鋪設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用WX截面變形元件來防止屈曲傳播的止屈器。
【背景技術(shù)】
[0002]海底管道是海上油氣輸送的主要手段，在海底特殊環(huán)境特別是高靜水壓力環(huán)境下，長期以來，屈曲問題一直阻礙著海底管道的發(fā)展。
[0003]屈曲發(fā)生過程可分為兩個階段:第一:外部局部壓力大于該處管道強度，使得管道在該處發(fā)生壓潰現(xiàn)象；第二，管道局部發(fā)生壓潰現(xiàn)象后，如果緊鄰處管壁強度小于臨界壓力，就會發(fā)生屈曲傳播現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，維持管道屈曲傳播的最小壓力，即屈曲的臨界壓力，只有發(fā)生屈曲破壞的最小壓力的15%左右。因此，一旦產(chǎn)生局部屈曲失穩(wěn)，屈曲就會從局部損傷部位以數(shù)百米的速度沿軸向傳播，從而導(dǎo)致海底管道的大規(guī)模破壞，造成巨大的經(jīng)濟損失。
[0004]對應(yīng)屈曲傳播的兩個過程，解決屈曲問題有如下兩種方法。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(shè)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(jīng)濟，并同時增加了管道的重量，給管道的鋪設(shè)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(jīng)濟。此外，可以通過調(diào)整止屈器的間距來平衡經(jīng)濟性和止屈要求，比較靈活。因此，止屈器技術(shù)在工程實踐中得到廣泛的應(yīng)用。
[0005]目前使用的止屈器主要類型有整體式、滑移式、夾套式和內(nèi)環(huán)式。
[0006]整體式止屈器內(nèi)徑與管道內(nèi)徑相同，但壁厚大于管道壁厚，通過焊接與管道相連。
[0007]滑移式止屈器內(nèi)徑與管道外徑相同，套在管道上以增加管道局部的環(huán)向剛度。
[0008]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。
[0009]內(nèi)環(huán)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(huán)被放置于內(nèi)外管管縫中，并緊貼于外管。
[0010]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便。整體式止屈器采用焊接的形式與管道相連，容易產(chǎn)生焊接缺陷和應(yīng)力集中。而滑移式和夾套式雖然不需要焊接，結(jié)構(gòu)較為簡單，安裝比較方便，但是止屈效率低，容易發(fā)生“U型穿越”，因而只適用于淺水深管道。
[0011]內(nèi)環(huán)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(jīng)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(huán)，鋪設(shè)過程中的造成的局部損傷在運行時不能復(fù)原。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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WX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(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(shù)方案:
[0014]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WX截面的核型止屈器。該核型止屈器由隔圈，WX截面的變形元件和聚合物殼組成。WX截面變形元件根據(jù)W型元件和X型元件的凹凸特性互相連鎖，裝配于內(nèi)外管間的環(huán)形空間中，靠近外管內(nèi)表面。聚合物殼固定于WX截面元件內(nèi)側(cè)，與內(nèi)管外表面存在一定空隙；隔圈安裝在核型止屈器兩端的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，其外表面非常接近外管內(nèi)表面，但存在一個間隙。變形元件內(nèi)表面與聚合物殼接觸，而聚合物殼與內(nèi)管外表面存有間隙，用以隔熱裝置的安裝。聚合物殼本身也可以具有隔熱能力，從而保證了管道的保溫性能。隔圈安裝在核型止屈器兩端的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，其外表面非常接近外管內(nèi)表面，但存在一個間隙。變形元件之間的間隙可以使得管道可以輕度彎曲，方便其儲存運輸。其自身可以承受徑向壓力從而防止屈曲傳播，實現(xiàn)止屈功能。
[0015]本專利由于采用了上述技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點:
[0016]1.基于WX截面變形元件的止屈器主體纏繞在管中管的環(huán)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(jù)W型和X型元件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(fā)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(yīng)力，提高鋪管效率。
[0017]2.基于WX截面變形元件的止屈器安裝于管中管內(nèi)外管環(huán)形空間中，不增加其外徑，不影響原有管中管裝置(如隔熱裝置等)。此外，選擇具有保溫性能的材料制造聚合物殼，還可以增加管道的保溫性能。
[0018]3.基于WX截面變形元件的止屈器具有通用性。廠家只需生產(chǎn)一種規(guī)格的WX截面的變形元件，就可以裝配于不同管徑的管中管中。采取此種裝配方式，鋪管時無需現(xiàn)場加工，可大大提高鋪管效率，從而節(jié)省生產(chǎn)管理費用。
[0019]4.在X型截面變形元件上設(shè)置溝槽，可用于放置管道監(jiān)測裝置，如監(jiān)測應(yīng)變的光纖或者溫度傳感器，也可用于放置管道加熱裝置。
【附圖說明】
[0020]圖1:是本發(fā)明中管中管安裝止屈器的結(jié)構(gòu)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WX截面變形元件的結(jié)構(gòu)示意圖
[0023]圖4:是本發(fā)明中WX截面變形元件的另一種結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0025]如圖1所示，管中管1由內(nèi)管2和外管4組成。WX截面變形元件10以與管道長度方向接近90度的角螺旋纏繞在內(nèi)外管之間的環(huán)形空間中，其外表面與外管內(nèi)壁至少有兩點接觸，內(nèi)表面與內(nèi)管外表面隔開不接觸。
[0026]如圖2所示，管中管1的中心軸為AA。在內(nèi)管2和外管4的環(huán)形空間6中，安裝了本專利所述的核型止屈器。該核型止屈器由隔圈7、一個或多個變形元件10(圖1，其橫截面如圖2中18、19所示)和聚合物殼15組成。
[0027]在管中管1中，每隔一定距離就會安裝隔圈7。隔圈7限定了止屈器的軸向長度。隔圈7的內(nèi)表面固定(焊接或者其他固定方式)在內(nèi)管2外表面14上，外表面與外管4內(nèi)表面12存在一個間隙8使得外管4可以套入內(nèi)管2。隔圈7可以由具有一定強度的保溫材料制成。如果不是由保溫材料制成，可在隔圈7與內(nèi)管2之間安裝隔熱裝置以保證管道的保溫性能。
[0028]聚合物殼15的材質(zhì)通常是具有保溫性能的聚合物，以保證管道的保溫性能。聚合物殼15的內(nèi)表面17與內(nèi)管2的外表面14之間留有空間16。聚合物殼15貼在變形元件的內(nèi)表面上，為保證隔熱效果，聚合物殼是密封的，選用保溫材料制造聚合物殼可以提高其保溫性會泛。
[0029]止屈器的核心主體由一個或多個變形元件10組成，通過W型元件和X型元件的凹凸特性形成軸向連鎖，且在連鎖處存有變形間隙20。通過間隙20實現(xiàn)輕度變形，其自身能夠承受徑向壓力從而防止屈曲的傳播。變形元件10的外表面11與外管4的內(nèi)表面12至少有2點接觸，盡可能地沿長度方向都接觸，用以軸向限位。其內(nèi)表面13與殼15接觸。變形元件10的理想材料是碳素鋼，但也可由具有一定強度的其他材料制成。變形元件10的截面尺寸可調(diào)，在0.01m-10m 之間。
[0030]如圖3所示，W型元件18和X型原件19互相連鎖構(gòu)成止屈器的核心主體。它們之間存在間隙20。該間隙的寬度可根據(jù)具體的變形要求在制管時改變。該間隙可以在管中鋪管時輔助變形。
[0031]如圖4所示，WX截面變形元件中的X型元件上表面(或其他表面)具有一圓形(或其他形狀)的凹槽21，用于減輕自身重量或者安放監(jiān)測裝置或加熱裝置。通過設(shè)計凹槽的方法可以減輕止屈器自身重量。也可在凹槽中放入管道監(jiān)測裝置，如監(jiān)測應(yīng)變的光纖、溫度傳感器等，或者放入管道的局部加熱裝置。
【主權(quán)項】
1.一種基于WX截面變形元件的深水管中管止屈器，其在管中管內(nèi)外管環(huán)形空間內(nèi)添加由WX截面變形元件、聚合物殼和隔圈構(gòu)成的核型止屈裝置;WX截面變形元件根據(jù)W型元件和X型元件的凹凸特性互相連鎖，裝配于內(nèi)外管間的環(huán)形空間中，靠近外管內(nèi)表面;聚合物殼固定于WX截面元件內(nèi)側(cè)，與內(nèi)管外表面存在一定空隙；隔圈安裝在核型止屈器兩端的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，其外表面非常接近外管內(nèi)表面，但存在一個間隙。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于WX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、聚合物殼和隔圈構(gòu)成，變形元件的截面尺寸可調(diào)，在0.01m-10m之間。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于WX截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于:WX變形元件以與管道長度方向接近90度的角螺旋纏繞在內(nèi)外管之間的環(huán)形空間中，其外表面與外管內(nèi)壁至少有兩點接觸，內(nèi)表面與內(nèi)管外表面隔開不接觸。4.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于WX截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于:聚合物殼貼在變形元件的內(nèi)表面上，為保證隔熱效果，聚合物殼是密封的，選用保溫材料制造聚合物殼可以提尚其保溫性能。5.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于WX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，外表面與外管內(nèi)表面存在一個間隙使得外管可以套入內(nèi)管，可在隔圈與內(nèi)管之間安裝隔熱裝置以保證管道的保溫性能。6.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于WX截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于:WX截面變形元件通過W型元件和X型元件的凹凸特性形成軸向連鎖，且在連鎖處存有變形間隙。7.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于WX截面變形元件的深水管中管止屈器，其特征在于:WX截面變形元件中的X型元件上表面(或其他表面)具有一圓形(或其他形狀)的凹槽，用于減輕自身重量或者安放監(jiān)測裝置或加熱裝置。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于WX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(nèi)外管環(huán)形空間中添加WX截面變形元件。WX截面變形元件根據(jù)W型元件和X型元件的凹凸特性形成連鎖從而使得管道具有一定柔性，同時其自身強度承受管道徑向壓力，局部加強管道，從而實現(xiàn)止屈功能。基于WX截面變形元件的管中管止屈器不需要改變管中管尺寸，直接安裝于內(nèi)外管之間，且不會影響管中管內(nèi)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，選擇保溫材料的聚合物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，同時也使管道具有一定彎曲性能，可提高深水管中管的安裝與止屈效率，節(jié)約成本。
【IPC分類】F16L59/14, F16L1/20
【公開號】CN105485428
【申請?zhí)枴緾N201610041152
【發(fā)明人】陳嚴飛, 敖川, 張宏, 夏夢瑩, 劉嘯奔
【申請人】中國石油大學(xué)(北京)
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月21日