鋼套筒柔性止裂器的制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于油氣輸送管道斷裂控制領(lǐng)域，涉及一種鋼套筒柔性止裂器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]天然氣是一種清潔能源，也是一種易燃、易爆的危險介質(zhì)，通常采用管道運輸。管道運輸具有運輸量大、連續(xù)、迅速、經(jīng)濟(jì)、安全可靠的特點。但是管道在長期服役過程中，由于受到地層壓力、腐蝕、疲勞、外部機(jī)械損傷等，易于造成管道開裂、泄漏等事故發(fā)生。高壓天然氣管道一旦長程開裂將造成巨大的災(zāi)難和損失，因此必須保證管道的安全運行。未來10至20年，我國對潔凈能源天然氣的需求將繼續(xù)保持強(qiáng)勁增長勢頭，為了提高管道運輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，天然氣管道的發(fā)展趨勢是高鋼級、高壓、大口徑、大壁厚、大輸量，以提高輸送效率，降低建設(shè)成本，滿足日益增長的市場需求。我國天然氣管道用管線鋼管近年來發(fā)展非?？?，X70級別鋼管在西氣東輸一線成功應(yīng)用，西氣東輸二線管道工程大規(guī)模采用X80級別的鋼管。目前我國正在積極推動X90、X100等高鋼級管線鋼管的工程應(yīng)用。
[0003]天然氣輸送管道鋼級、管徑、設(shè)計系數(shù)的提高以及高壓、富氣輸送工藝的采用，大大提高了運營效益，同時也給管道安全提出了更高的要求。輸氣管道一旦開裂，管內(nèi)高壓氣體并不能立刻排空，而是由斷裂點向兩側(cè)各產(chǎn)生一個減壓波并向遠(yuǎn)端傳播。由于氣體減壓波速低于裂紋擴(kuò)展速度，裂紋尖端就會保持持續(xù)的高應(yīng)力狀態(tài)，裂紋也會持續(xù)的高速擴(kuò)展，進(jìn)而導(dǎo)致輸氣管道延性裂紋的長程擴(kuò)展?，F(xiàn)有的全尺寸氣體爆破試驗結(jié)果表明:對于高鋼級管線鋼(X80及以上管線鋼)其難以依靠自身韌性進(jìn)行止裂，這已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅管線安全并制約高鋼級管線鋼應(yīng)用的瓶頸問題。
[0004]當(dāng)管線鋼自身的韌性不能保證阻止延性裂紋擴(kuò)展時，需采用一些外部機(jī)械裝置，即止裂器(Crack Arrestor)來預(yù)防、阻止管道的延性裂紋長程擴(kuò)展。根據(jù)在輸氣管道上的安裝方法不同，止裂器可以分為兩類:整體止裂器和非整體止裂器。整體止裂器通常由不同于主管道力學(xué)性能和幾何尺寸的厚壁或高韌性管段或管環(huán)組成，成為管道的一部分。在已有的管線上安裝整體止裂器需要對管線進(jìn)行切割和重新焊接，耗費時間且成本高。此外，生產(chǎn)高韌性厚壁鋼管存在工藝技術(shù)困難，需考慮不同級別、壁厚鋼管的匹配和焊接可行性問題。而非整體止裂器的安裝則相對簡單，可用于已建管線和新建管線。另外，如果突然止裂會導(dǎo)致裂紋在進(jìn)入止裂器時產(chǎn)生環(huán)切(ring off)。即鋼管被管內(nèi)高壓氣流沖出溝槽，鋼管沿環(huán)向開裂，從而對管線和周圍環(huán)境造成嚴(yán)重后果，因此止裂器設(shè)計時應(yīng)促進(jìn)裂紋柔性止
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【【實用新型內(nèi)容】】
[0005]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種鋼套筒柔性止裂器，該止裂器用于有效阻止高鋼級管線鋼管道延性裂紋的長程擴(kuò)展，實現(xiàn)管線延性斷裂的柔性止裂。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0007]鋼套筒柔性止裂器，包括安裝在管線鋼管外表面的兩個半圓形加強(qiáng)圈；兩個半圓形加強(qiáng)圈相對設(shè)置，且兩個加強(qiáng)圈的緊固端均焊接連接板，兩個加強(qiáng)圈的連接板的內(nèi)側(cè)相對，并通過螺栓固定連接。
[0008]本實用新型進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
[0009]所述連接板的外側(cè)焊接加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋的另一端焊接在加強(qiáng)圈的外側(cè)。
[0010]所述螺栓采用等長雙頭螺栓，等長雙頭螺栓通過與墊圈和螺母的配合，將相對設(shè)置的兩個連接板固定連接。
[0011]所述連接板采用X80管線鋼板。
[0012]所述加強(qiáng)圈的兩側(cè)端口加工有內(nèi)坡口，實現(xiàn)裂紋柔性止裂，避免主管線環(huán)切、鋼管沿著徑向開裂。
[0013]所述內(nèi)坡口角度為15°±5°。
[0014]所述加強(qiáng)圈材料采用外徑1219mm、同主管線鋼管同鋼級的管圈加工制造;加強(qiáng)圈的壁厚、外徑和主管線壁厚、外徑相同，加強(qiáng)圈的長度大于等于主管線鋼管外徑。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果:
[0016]本實用新型首先利用切割機(jī)將管圈切割為上下兩個加強(qiáng)圈，切割后對切口和長度方向左右兩側(cè)進(jìn)行處理，加工坡口。將上下兩個加強(qiáng)圈安放在高鋼級管線鋼管外表面，焊接緊固端連接板和加強(qiáng)筋。通過螺栓連接固定安放在主管線鋼管的加強(qiáng)圈，形成鋼套筒柔性止裂器。針對新建設(shè)的管線，該止裂器可以直接在管線現(xiàn)場進(jìn)行加工制造。針對已經(jīng)投產(chǎn)的管線，該止裂器的安裝不需要對管線進(jìn)行切割，安裝簡單，安裝過程中輸氣服務(wù)不中斷。本實用新型主要適用于0.72及以下設(shè)計系數(shù)，外徑1219mm、X80及以上高鋼級管線鋼管的管線和儲氣庫。通過在管線上安裝該止裂器，能有效阻止高鋼級管線延性裂紋的長程擴(kuò)展，實現(xiàn)延性斷裂的柔性止裂。
【【附圖說明】】
[0017]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1的A向視圖；
[0019]圖3為圖1的B向視圖；
[0020]圖4為圖1中I處的局部放大圖；
[0021]圖5為圖3中II處的局部放大圖；
[0022]圖6為本實用新型加強(qiáng)圈與連接板的焊接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7為本實用新型加強(qiáng)筋的焊接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖8為本實用新型加強(qiáng)圈兩端內(nèi)坡口的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0025]其中:I為連接板;2為等長雙頭螺栓;3為墊圈;4為螺母;5為加強(qiáng)筋;6為加強(qiáng)圈。
【【具體實施方式】】
[0026]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0027]參見圖1至圖8，本實用新型包括安裝在管線鋼管外表面的兩個半圓形加強(qiáng)圈6;兩個半圓形加強(qiáng)圈6相對設(shè)置，且兩個加強(qiáng)圈6的緊固端均焊接連接板I，兩個加強(qiáng)圈6的連接板I的內(nèi)側(cè)相對，并通過螺栓固定連接。連接板I的外側(cè)焊接加強(qiáng)筋5，加強(qiáng)筋5的另一端焊接在加強(qiáng)圈6的外側(cè)。螺栓采用等長雙頭螺栓2，等長雙頭螺栓2通過與墊圈3和螺母4的配合，將相對設(shè)置的兩個連接板I固定連接。連接板采用X80管線鋼板。加強(qiáng)圈6的兩側(cè)端口加工有內(nèi)坡口，實現(xiàn)裂紋柔性止裂，避免主管線環(huán)切、鋼管沿著徑向開裂。內(nèi)坡口角度為15° ±5°。加強(qiáng)圈材料采用外徑1219_、同主管線鋼管同鋼級的管圈加工制造;加強(qiáng)圈的壁厚、外徑和主管線壁厚、外徑相同，加強(qiáng)圈的長度大于等于主管線鋼管外徑。其主要的設(shè)計內(nèi)容如下:
[0028](I)加強(qiáng)圈的材料。根據(jù)PRCI的設(shè)計準(zhǔn)則，加強(qiáng)圈材料的抗拉強(qiáng)度和厚度必須滿足BTC曲線。本專利加強(qiáng)圈材料推薦采用外徑1219_、同主管線鋼管同鋼級管圈加工制造。對于正在建設(shè)的管線，加強(qiáng)圈可以在管線建設(shè)現(xiàn)場，直接利用主管線鋼管切割制造，無需重復(fù)進(jìn)行性能檢驗。針對已經(jīng)投產(chǎn)的管線，則可以利用庫房保存的低值易耗管材進(jìn)行制造，無需重新訂制，耗時耗材。
[0029](2)加強(qiáng)圈的尺寸。加強(qiáng)圈的壁厚、外徑和主管線壁厚、外徑相同，加強(qiáng)圈的長度2主管線鋼管外徑。安裝時加強(qiáng)圈直徑不得產(chǎn)生正偏差，與主管線外壁為無間隙配合，安裝給主管線鋼管一定的預(yù)應(yīng)力。對于外徑為1219mm，壁厚為30.6mm的主管線，加強(qiáng)圈由外徑為1219mm的直縫管沿雙側(cè)中心線對切制作，加強(qiáng)圈的壁厚為30.6mm，主體長度為1300mm，總長為1468mm，具體見圖1。
[0030](3)加強(qiáng)圈的形狀。加強(qiáng)圈長度方向形狀設(shè)計為內(nèi)坡口，具體見圖8，坡口角度15°±5°。通過該設(shè)計加強(qiáng)圈的壁厚和對鋼管的約束力逐漸增加，從而實現(xiàn)裂紋柔性止裂，避免主管線環(huán)切，鋼管沿著徑向開裂。
[0031](4)緊固連接板的材料。管線鋼材料X80具有較低的屈強(qiáng)比和較高的均勻延伸率，具有一定的強(qiáng)度和韌性，且自身止裂性能較好，故本實用新型緊固連接板材料選用X80管線鋼板。
[0032](5)加強(qiáng)圈的焊接。加強(qiáng)圈切口處與緊固連接板焊接在一起，并焊接加強(qiáng)筋。切口端部的坡口和焊接工藝嚴(yán)格按照該管線要求的焊接工藝規(guī)程進(jìn)行，焊后需同時進(jìn)行超聲波檢測和磁粉檢測。
[0033](6)螺栓的連接。采用螺栓緊固時應(yīng)雙側(cè)對稱進(jìn)行。
[0034](7)止裂器的安裝。首先利用皮尺確定止裂器的安裝位置，利用粉筆或油性筆確定位置。將加強(qiáng)圈安放在主管線的外表面，焊接緊固段連接板和加強(qiáng)筋，通過螺栓連接固定，形成鋼套筒止裂器裝置，對主管線鋼管產(chǎn)生局部約束作用。
[0035]對于外徑為1219mm，壁厚為30.6mm的儲氣庫用X80管線鋼管，根據(jù)本實用新型專利設(shè)計的一種鋼套筒柔性止裂器裝置，加強(qiáng)圈由外徑為1219mm的X80直縫管沿雙側(cè)中心線對切制作，加強(qiáng)圈的壁厚為30.6_，主體長度為1300_，總長為1468_，具體見圖1。
[0036]以上內(nèi)容僅為說明本實用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實用新型的保護(hù)范圍，凡是按照本實用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實用新型權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.鋼套筒柔性止裂器，其特征在于，包括安裝在管線鋼管外表面的兩個半圓形加強(qiáng)圈(6);兩個半圓形加強(qiáng)圈(6)相對設(shè)置，且兩個加強(qiáng)圈(6)的緊固端均焊接連接板(I)，兩個加強(qiáng)圈(6)的連接板(I)的內(nèi)側(cè)相對，并通過螺栓固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼套筒柔性止裂器，其特征在于，所述連接板(I)的外側(cè)焊接加強(qiáng)筋(5)，加強(qiáng)筋(5)的另一端焊接在加強(qiáng)圈(6)的外側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼套筒柔性止裂器，其特征在于，所述螺栓采用等長雙頭螺栓(2)，等長雙頭螺栓(2)通過與墊圈(3)和螺母(4)的配合，將相對設(shè)置的兩個連接板(I)固定連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼套筒柔性止裂器，其特征在于，所述連接板采用X80管線鋼板。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼套筒柔性止裂器，其特征在于，所述加強(qiáng)圈(6)的兩側(cè)端口加工有內(nèi)坡口，實現(xiàn)裂紋柔性止裂，避免主管線環(huán)切、鋼管沿著徑向開裂。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋼套筒柔性止裂器，其特征在于，所述內(nèi)坡口角度為15°±5。。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼套筒柔性止裂器，其特征在于，所述加強(qiáng)圈材料采用外徑1219mm、同主管線鋼管同鋼級的管圈加工制造;加強(qiáng)圈的壁厚、外徑和主管線壁厚、外徑相同，加強(qiáng)圈的長度大于等于主管線鋼管外徑。
【專利摘要】本實用新型公開了一種鋼套筒柔性止裂器，屬于油氣輸送管道斷裂控制領(lǐng)域，通過在管線上安裝該止裂器，可有效阻止高鋼級管線延性裂紋的長程擴(kuò)展，實現(xiàn)延性斷裂的柔性止裂。本實用新型一種鋼套筒柔性止裂器主要包含加強(qiáng)圈、緊固端連接板、加強(qiáng)筋和連接螺栓。首先利用切割機(jī)將管圈切割為上下兩個加強(qiáng)圈，切割后對切口和長度方向左右兩側(cè)加工坡口。將上下兩個加強(qiáng)圈安放在高鋼級管線鋼管外表面，焊接緊固端連接板和加強(qiáng)筋。通過螺栓連接固定安放在主管線鋼管的加強(qiáng)圈，形成鋼套筒柔性止裂器裝置。針對新建設(shè)的管線，該止裂器可以直接在管線現(xiàn)場進(jìn)行加工制造。針對已經(jīng)投產(chǎn)的管線，該止裂器的安裝不需要對管線進(jìn)行切割，安裝簡單，安裝過程中輸氣服務(wù)不中斷。
【IPC分類】F16L57/02, F17D5/00
【公開號】CN205226898
【申請?zhí)枴緾N201520981774
【發(fā)明人】李鶴, 胡美娟, 池強(qiáng), 閔希華, 李炎華, 王鵬, 王海濤, 黃呈帥, 霍春勇, 楊放
【申請人】中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月1日