[发明专利]带稳定性支撑的海底管道止屈器及其固定方法

说明书

技术领域

本发明属于海底管道设施铺设技术领域，具体涉及一种海底管道附属部件。

背景技术

1.海底管道的屈曲传播和止屈器

海底管道在外部静水压力和弯曲作用下，容易发生屈曲破坏。屈曲破坏的形式有两种：一种是局部屈曲(Collapse)，另一种是屈曲传播(Propagating Buckles)。从理论上讲，若控制管道不发生局部屈曲，就不会发生屈曲传播；但即使管道严格按照设计要求进行选择和铺设，在实际工程的铺设过程中，仍然会出现一些状况，会令管道受力超出预期，造成局部屈曲。例如，海底管道可能会受到来自海床等其他物体的外力作用，或者铺设过程中遇到某些障碍令管道产生过大的弯曲变形等，这些原因都会使管道产生局部屈曲，也就是说，在海底这种复杂的环境中，海底管道要发生局部屈曲其实是很难避免的。局部的屈曲失稳一旦发生，就有可能沿着管道长度方向进行传播，进而使整个管道结构发生失效破坏，从而造成巨大的经济损失。

目前，解决海底管道屈曲传播问题的一个颇具经济性的方法，就是沿着管道的长度方向间隔一定距离设置止屈器(Buckling Arrestor)。其工作原理就是允许管道发生局部屈曲，但是屈曲传播并不能跨越止屈器，这样就能使局部屈曲仅发生于两个止屈器之间。

有效的止屈器应该能够在最大设计水深内成功阻止屈曲传播，其形式一般是一个厚壁圆环或缠绕棒条，按照安装的方式不同，一般可分为扣入式、普通焊接式、整体式和缠绕式止屈器。发明专利申请200910309743.6公开了一种带螺旋侧板的海底管道止屈器，该种，由包括两个尺寸和结构相同的壳体连接而成，每个壳体分别为变截面的半圆环形，两个壳体均设置外伸的眼板，所述眼板用于通过螺栓连接两个壳体，外径沿轴向变化且通过渡斜面连接，两端较厚，中部较薄，两个壳体连接成一个变截面的环形柱体。该种海底管道止屈器，由于本身的结构特点，管道在止屈器位置处的壁厚存在不连续性，从而会产生弯曲应力集中点，特别是在铺管过程中，容易对管道造成不良影响。

2.海底管道的在位稳定性设计

海底管道在位稳定性设计的主要目的是，选择合适的海底线路、管道材料、管道尺寸，以及管道加工安装和维护方法，使管道在运营期间能够抵御可能遇到的波浪、海流等恶劣环境载荷，并使投资费用最低。海底管道虽然位于海底，但波浪和海流仍会对海底管道的在位稳定性产生不良影响。在波浪和海流作用下，海底管道在位稳定性与管道重量、环境载荷和海底土层产生的阻力等多种因素相关。如果海底地基土所提供的阻力不足以平衡波浪力和海流力，管道会从原位滑出而发生在位失稳现象。

为防止海底管道在位失稳，必须提高管道的水下重量或对管道进行埋设或覆盖。管道水下重量的提高一般是通过增加管道混凝土配重层的厚度来实现，然而过大的管道设计重量又会对铺管设施和方法提出更高的要求；而如果将管道埋设或者覆盖，则需要耗费巨大的施工成本。可见，合理的海底管道在位稳定性分析，对海底管道设计和铺设施工方法的选择具有重要意义。根据止屈器对海底管道进行局部刚度加强的设计思想，提高管道的在位稳定性也可以通过一定的局部阻力加强措施来实现，这样可以在安全性和经济性中间取得比较好的平衡。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术上的不足，提供能够有效防止海底管道止屈器应力集中以及增强海底管道在位稳定性的局部加强装置，并且提供一种该装置在海底管道上安装的方法。本发明采取合理的施工工艺，降低成本，有效控制海底管道的止屈器应力集中及在位失稳现象，实现经济性和安全性的完美统一。

本发明采用如下的技术方案：

一种带稳定性支撑的海底管道止屈器，使用时固定在两截海底管道之间，包括稳定性支撑和固定在其内的球形止屈器，所述止屈器呈椭球形，其横截面为圆环形，内径与管道内径相同，截面外径沿轴向变化，从中间向两端逐渐缩小，止屈器两端的截面外径与管道外径相同，所述稳定性支撑包括两瓣等截面的壳体，一个为上壳体，一个为下壳体，上壳体为半圆环形，下壳体为底部削平的半圆环形，底部中间带有凹槽；两瓣壳体的边缘均带有外伸的眼板，螺栓穿过眼板，将两瓣壳体连成一体，并紧贴在管道和球形止屈器的外表面上。

作为优选实施方式，所述稳定性支撑的两瓣壳体的内表面与海底管道和球形止屈器的外表面相契合，内外表面之间留有不超过管道外径的1～2％的缝隙；球形止屈器的最大壁厚取2-4倍的管道壁厚，总长度取1.5-2.5倍的管道外径。

本发明同时提供一种上述带稳定性支撑的海底管道止屈器的固定方法，包括以下步骤：