[发明专利]软管端部配件的改进

说明书

技术领域

本发明涉及一种软管，特别是能够在低温条件下使用的软管的端部配件(end fitting)。本发明还涉及一种结合了端部配件的软管。

背景技术

软管的典型应用包括在压力下从流体储存器中抽运流体。例如包括供给民用取暖油或者液化石油气(LPG)到锅炉中；从固定或浮式生产平台运送油田生产的液体和/或气体到船舶货舱，或者从船舶货舱到岸基存储单元；尤其是在一级方程式比赛的加油期间，传送燃料到跑车上；和运送腐蚀性流体，如硫酸。

使用软管在低温下运输流体，如液化气体是众所周知的。这样的软管通常用于运输液化气体如液化天然气(LNG)和液化丙烷气(LPG)。

为了使软管具有足够的柔性，在任何特定长度上必须至少部分地由柔性材料，即非刚性材料构造。

本发明针对的是复合软管。传统的复合软管是由夹在内部和外部螺旋金属线之间的聚合薄膜和织物层构成。软管通过环绕芯轴顺次地包缠内部线、薄膜和织物组合物、及外部线的方式构造而成。内部和外部线具有相同的螺旋节距，但它们偏离开半个节距长度以形成波纹形的软管壁轮廓。所得到的管状结构随后从芯轴上被提取出来并端接了端部配件。端部配件典型地由金属尾部和套箍构造而成。尾部具有在外部表面中机械加工成的两条平行的螺旋凹槽，所述表面与内部和外部线形成的双重螺旋线相匹配。尾部插入软管的内孔中，而套箍留在外面。根据用途，软管包的端部可以被绑缚，被盖上橡胶环箍(cuff)或充满两段式环氧树脂，而所述套箍之后被压紧或陷锻到所述尾部上以便保持软管的端部。这种一般类型的软管在欧洲专利公开号为0076540A1的专利文件中有描述。在上述专利说明书中描述的软管包括双轴向聚丙烯的中间层，所述中间层用于提高软管抵抗由于反复弯曲引起的疲劳的能力。

在我们更早期的专利申请WO01/96772中，我们描述了一种新型的复合软管，其结合了具有夹在两条螺旋线之间的薄膜和织物层的织带。我们还描述了用于这种软管的一种新型的端部配件。对软管和端部配件的进一步改进在我们的专利申请WO04/044472和WO04/079248中有描述。这些复合软管可配有大口径，并典型地针对受国际海事组织(IMO)要求控制的船舶到船舶的流体运输操作。IMO对软管的要求(大批量运载液化气体的船舶建造结构和附属器具的国际规范—“IGC规范”)(为了安全的原因)需要软管的爆裂压力(burstpressure)必须是极端工作温度下最大工作压力的五倍。最大工作压力典型地范围从IMO要求的最小值10barg到20至30barg。

重要的是，端部配件能够安全地适应IMO爆裂压力测试引发的应力。端部配件是由金属零件制成，特别是尾部必须能够适应内压力引发的环向应力(hoop stress)，所述环向应力被巴洛公式(Barlowformula)赋值为第一近似值，所述公式表明环向应力等于内压力和内直径的乘积除以形成尾部的管子壁厚的两倍得到的得数。容许应力由标准压力容器设计规范(vessel design codes)，例如ASME锅炉和压力容器规范确定为尾部材料屈服应力的一定比例，例如三分之二。典型的尾部材料是非低温用途的碳钢和低温用的奥氏体不锈钢，所述低温就是指低于150°K的温度。碳钢不适合低温用，因为它们在非常低的温度下是脆的。

低温用的示例性奥氏体不锈钢等级是“300系列”，它们不显示低温脆性。重要的材料性能是屈服应力(YS)、屈服应变(EY)、极限抗拉强度(UTS)、破坏应变(EF)、弹性模量(E)、密度(RHO)、导热率(K)和热膨胀系数(CTE)。这些性能在从环境温度(293°K)到低温温度(液氦为4°K或液氮[LN₂]为77°K)的范围内变化。通常，强度随温度降低而增加。这通过参考AISI等级304号(密度为8g/cc)的实施例画出，所述实施例是低温用途中通用的奥氏体不锈钢。304号在室温下的YS和UTS分别约为250MPa和590MPa，而在LN₂温度(77°K)下分别约为400MPa和1525MPa。虽然延展性有一些降低，EF从环境温度下的60％减少到LN₂温度下的40％，但是304号在该低温温度下的延展性也已经绰绰有余。尽管这种强度的增加量被认为是有益的，低温压力容器的设计者倾向于信任最小的环境温度规格。304号的环境温度、LN₂温度弹性模量分别为193GPa和205GPa。