[发明专利]一种基于F型截面变形元件深水管中管止屈器

说明书

技术领域

本发明属于海底管道设施铺设技术领域，具体涉及一种利用F型截面变形元件来防止屈 曲传播的止屈器。

背景技术

我国海底油气资源十分丰富，因此海底管道特别是深水海底管道具有十分广阔的发展前 景。在海底特殊环境特别是高静水压力作用下，长期以来，屈曲问题一直阻碍着海底管道的 发展。

屈曲发生有两个过程：第一：外部局部压力大于该处管道强度，使得管道在该处发生压 溃现象；第二，管道局部发生压溃现象后，如果紧邻处管壁强度小于屈曲传播的临界压力， 就会发生屈曲传播现象。研究发现，维持管道屈曲传播的最小压力，即屈曲传播的临界压力， 只有发生屈曲破坏最小压力的15％左右。因此，一旦产生局部屈曲失稳，屈曲就会从局部损 伤部位以数百米的速度沿轴向传播，从而导致海底管道的大规模破坏，造成巨大的经济损失。

对应屈曲传播的两个过程，解决屈曲问题有两种方法。第一，增加全线管道壁厚，总体 提升管道强度，保证管道强度总大于外部压力。第二，沿官道每隔一定距离设置止屈器，增 加管道局部强度，使得屈曲传播被限制在两个止屈器之间，从而避免了整条管线的压溃破坏。 两种方法相对比，第一种方法大幅增加了钢材耗量，不够经济，并同时增加了管道的重量， 给管道的铺设安装带来不便。第二种方法以止屈器间管道作为代价，使得钢材耗量大幅降低， 管道重量也大幅减轻，非常经济。此外，可以通过调整止屈器的间距来平衡经济性和止屈要 求，比较灵活。因此，止屈器技术在工程实践中得到广泛的应用。

目前使用的止屈器主要类型有整体式、滑移式、夹套式和内环式。

整体式止屈器内径与管道内径相同，但壁厚大于管道壁厚，通过焊接与管道相连。

滑移式止屈器内径与管道外径相同，套在管道上以增加管道局部的环向刚度。

夹套式止屈器原理与滑移式相似，其由两个半壳组成，使用时通过螺栓紧固在管道外壁 上。

内环止屈器与滑移式止屈器原理相似，适用用于管中管。止屈器管环被放置于内外管管 缝中，并紧贴于外管。

整体式、滑移式和夹套式三种形式的止屈器都显著增加了局部管径，这给管道的运输和 储存带来了不变。整体式止屈器采用焊接的形式与管道相连，容易产生焊接缺陷和应力集中。 而滑移式和夹套式虽然不需要焊接，结构较为简单，安装比较方便，但是止屈效率低，容易 发生“U型穿越”，因而只适用于浅水深管道。

内环式止屈器相比以上三种形式的止屈器而言不改变管道外径，止屈效率较高，但是制 造安装不太方便，并且经济成本也高于以上三种形式的止屈器。此外，由于加强的主要部分 为紧贴外管的管环，铺设过程中的造成的局部损伤在运行时不能复原。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种能够提高深水管中管弯 曲性能的基于F型截面变形元件的管中管止屈器，可以防止深水管中管在储存、运输、安装 和运行过程中承受弯曲而发生的屈曲和屈曲传播。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

沿管道长度方向，每隔一段距离(100m-500m)安装本专利所述的基于F型截面的核型止 屈器。该核型止屈器由隔圈，F型截面的变形元件和聚合物壳组成。F型截面变形元件由其自 身凹凸特性形成连锁，装配于内外管间的环形空间中，靠近外管内表面；聚合物壳固定于F 型截面元件内侧，与内管外表面存在一定空隙；隔圈安装在核型止屈器两端的环形区域内， 其外表面非常接近外管内表面，但存在一个间隙。变形元件内表面与聚合物壳接触，而聚合 物壳与内管外表面存有间隙，可用于隔热装置的安装。聚合物壳本身也可以具有隔热能力， 从而加强管道的保温性能。变形元件之间的间隙可以使得管道可以轻度弯曲，这可以辅助其 完成卷曲用以储存运输。其自身可以承受径向压力从而防止屈曲传播，实现止屈功能。

本专利由于采用了上述技术方案，具有以下优点

1.基于F截面变形元件的止屈器主体缠绕在管中管的环形空间中，其自身强度可以承 受径向压力，很好地抵抗外压，起到防止屈曲和屈曲传播的作用。同时，止屈器主 体根据变形元件自身的凹凸特性形成轴向连锁，在连锁处存有空隙，该间隙使得管 中管在弯曲时止屈器变形元件能够发生相对运动从而不用承受弯矩，具有很好的柔 性，方便管道储存运输，可有效减小铺管过程中弯曲管段(如S型铺管中的上弯段 和下弯段)的应力，提高铺管效率。