CN102072367A - 漂浮式输油软管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种漂浮式输油软管，包括管体和管端部件，所述管端部件包括法兰和短节，所述管体包括内胶层、帘线加强层、第一钢丝加强层、中胶层、管体层、漂浮层和外层；所述法兰与所述管体之间通过所述短节固定连接。本发明不易破损，能够延长使用寿命并且能够在恶劣环境下可靠使用。

Description

漂浮式输油软管

技术领域

本发明涉及一种输油管道，特别是涉及一种漂浮式输油软管。

背景技术

近几年来海洋石油开发迅猛发展，一些新型的海洋采油终端，例如浮式生产储油和卸油单元(FPSO)典型地用于开采位于水下的石油储藏，FPSO可以从已经在水下钻出的许多油井中汲取油。采出油再被泵送之后，原油临时存储在FPSO中。然后将该原油传输到穿梭油轮上，以便传送到期望的位置，例如炼油厂。然而，将原油从FPSO传输到海上的穿梭油轮是一项要求极高的工作，因为在容器之间有持续的相对运动。在不利的天气条件，例如高浪、大风以及海上有暴风雨期间，该工作就变得更加困难了。目前，漂浮式的输油管被广泛用于在水面上的物体之间输送油品。

中国专利CN277544Y中公开了一种自浮式输油管，包括有一段管道和固定在管道两端的连接法兰，该管道的管壁为多层结构，由内至外为内胶层、增强层、中胶层、漂浮材料层、过渡胶层、环箍层和外胶层，其中内胶层、中胶层、过渡胶层和外胶层均为橡胶材料，增强层、环箍层由多层高强度帘子布缠绕构成。该自浮式输油管可用于普通环境下的水上输油，但其管道的强度较低，不适合用于风浪较大的条件下，尤其是海洋环境中的水上输油。

目前适用于连接海洋采油终端(如FPSO/FSO/FSU或海洋平台)与穿梭油轮，将采油终端开采出的原油直接通过管道输送至外输油轮的漂浮软管的需求量急剧上升。仅以目前正在使用的FPSO为例，用于FPSO和穿梭油轮之间输送原油的漂浮软管使用量和备用量近600根。当前国内还未见到用于外输FPSO的漂浮软管产业化的先例，而采购一根漂浮软管的成本一般在25-30万人民币，不仅费用昂贵、还存在采购难度大，供应周期长，购买受限、需要保持一定库存量、保养和维修不便等诸多问题。另外目前正在使用的漂浮软管由于其设计参数、实验环境与中国国内海洋环境在水质、水温、酸碱度、盐分和风浪等方面存在差异，因此在实际使用过程中也存在一些问题。比如：1)软管的结构整体性不好，管道承受压力变化的能力较差，尤其是在短管内输送的原油流量增大、压力增加的情况下，漂浮软管端部法兰的短节与内胶层相接触的部位由于是由两种刚度和表面性质差异较大的材料缠绕胶粘结合而成，因此最易出现结合不牢而产生空隙，导致管中的高压原油由此从内向外挤破内胶层和其外部的其他各层加强层而在端部形成裂缝，造成原油泄漏；2)软管中各橡胶层的抗内压、抗拉性能较差，由于漂浮软管的外部使用环境变化较大，高浪、大风和暴雨都会导致短时间内海洋采油终端与穿梭油轮之间的相对位置发生明显改变，使处于使用状态的漂浮软管承受较大的拉力变化，同时原油流量增大、压力增加时还会使软管中的各橡胶层承受一定强度的内压，橡胶的抗内压、抗拉性能直接影响到漂浮软管的瞬间拉伸率和永久拉伸率，若其抗内压、抗拉性能差容易造成材料疲劳，导致软管的变形无法恢复，甚至于直接产生破损断裂现象；3)软管外层表面粗糙、存在大量凹陷与细纹，容易为海洋生物及微生物的生长提供场所，造成漂浮软管自重增加，影响其漂浮性能，同时外层的凹陷与细纹处由于生物的生长代谢作用较表层的光滑部位更容易老化开裂，导致外层破损和漂浮层外露。

以上缺陷的存在导致目前使用的漂浮软管使用寿命短、管道易老化破损、在恶劣环境下使用可靠性低，严重影响了我国海洋石油工业的发展。此外根据调研，如果漂浮软管能规模产业化，每根软管可节约50％的费用，经济效益明显，同时还可以促进橡胶生产、零配件生产等相关企业的发展。因此开发出适合中国海洋环境的外输软管，实现FPSO外输软管的规模产业化不仅能够填补国内生产的空白，满足国内市场的需要，而且还可以进军国际市场，具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种不易破损、能够延长使用寿命并且能够在恶劣环境下可靠使用的漂浮式输油软管。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种漂浮式输油软管，包括管体和管端部件，所述管端部件包括法兰和短节，所述管体的最内层为内胶层，在所述内胶层的外侧与其相邻的是帘线加强层，所述帘线加强层的外侧相邻的第一钢丝加强层，所述第一钢丝加强层由缠绕在所述帘线加强层外侧的多个设有间距的第一钢丝圈和填充在它们之间的橡胶形成，在所述第一钢丝加强层的外侧与其相邻的是中胶层；在所述中胶层的外侧设有管体层，在所述管体层的外侧与其相邻的是漂浮层，在所述漂浮层的外侧与其相邻的是外层；在所述帘线加强层靠近所述短节的一端连接有短节缠绕钢丝，所述法兰与所述管体之间通过所述短节固定连接，所述短节上设置有向上凸起的肋骨，所述肋骨与所述短节缠绕钢丝间隔设置并相互配合。

在所述第一钢丝加强层和所述管体层之间设有第二钢丝加强层，所述第二钢丝加强层由缠绕在所述第一钢丝加强层外侧的多个设有间距的第二钢丝圈和填充在它们之间的橡胶形成。

所述第二钢丝圈的钢丝直径小于或等于所述第一钢丝圈的钢丝直径。

所述第二钢丝圈和所述第一钢丝圈交错布置。

在所述第一钢丝加强层和所述管体层之间设有外层帘线层，所述外层帘线层由帘线从所述短节开始沿管体方向缠绕形成。

所述帘线加强层中的帘线缠绕角度为35°～70°。

所述帘线加强层中的帘线缠绕角度为45°～60°。

所述帘线加强层中包含多层帘线，且每隔一至二层帘线从靠近短节端部的肋骨底端朝向管体方向沿环向再缠绕一段增强帘线形成多层增强帘线层，多层所述增强帘线层的长度由内到外依次递减，所述增强帘线层位于所述短节和所述内胶层的接合处。

所述帘线加强层中的多层帘线和所述增强帘线层中的帘线是由尼龙、聚酯和钢丝中的任意一种材料制成的。

所述增强帘线层中帘线的缠绕角度大于或等于帘线加强层中帘线的缠绕角度。

本发明具有的优点和积极效果是：采用在内胶层与管体层之间设置帘线加强层和钢丝加强层的结构，提高了软管的抗拉强度和承受内压的能力，提高了软管的整体性；采用在短节上设置肋骨，在肋骨间设置与其配合的短节缠绕钢丝，短节缠绕钢丝与帘线加强层相连的结构，强化了法兰与管体的连接效果，提高了抗拉强度，减少了在受拉情况下发生端部泄漏的可能。因此，本发明不易破损，能够延长使用寿命并且能够在恶劣环境下可靠使用。

附图说明

图1为本发明的外形示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为图2的A部放大图；

图4为图2的B部放大图；

图5为帘线缠绕的示意图。

图中：1、法兰，2、短节，3、肋骨，4、内胶层，5、增强帘线层，6、帘线加强层，7、第一缠绕钢丝圈，8、橡胶，9、中胶层，10、外层帘线层，11、管体层，12、第二缠绕钢丝圈，13、短节缠绕钢丝，14、漂浮层，15、外层。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图5，一种漂浮式输油软管，由两端的管端部件和中间的管体组成，管端部件包括法兰1和短节2，法兰1用于将多根输油软管进行连接形成输送通道，短节2用于将法兰1和管体进行连接固定，短节2与法兰1可一体成型也可分别加工并焊接到一起，管端部件同时还能承担来自帘线加强层6传来的荷载。

管体的最内层为内胶层4，该层作为内流体围壁，其作用是阻止流体(即原油)外溢，由于与原油直接接触，因此要求具有较好的耐油、抗老化和耐磨性能。在内胶层4外侧与其相邻的是帘线加强层6，帘线加强层6包括多层帘线，帘线由是由尼龙、聚酯和钢丝中的任意一种材料制成的。帘线的作用是承担来自自身的重量和端部载荷，提高软管抗拉强度并承受内压作用。帘线加强层6的外侧是第一钢丝加强层，第一钢丝加强层由缠绕在帘线加强层6外侧的多个设有间距的第一钢丝圈7和填充在它们之间的橡胶8形成，第一钢丝圈7的作用是提高软管的整体性，尤其是在软管受拉及负压作用下，保持软管的结构尺寸，钢丝材料可选择高强度碳钢或其它合金钢，并且缠绕导程以及钢丝断面直径根据软管直径的大小而变化，在第一钢丝加强层的外侧与其相邻的是中胶层9。

帘线加强层6靠近法兰1的一端都连接有短节缠绕钢丝13。法兰1与管体之间通过短节2固定连接，短节2上可以设置有向上凸起的肋骨3，肋骨3与短节缠绕钢丝13间隔设置并相互配合，能够强化连接效果，提高抗拉强度，减少在受拉情况下发生端部泄漏的可能。肋骨3的纵剖面形状可以是长方形、梯形、锯齿形和倒钩形中的任意一种，以便于和短节缠绕钢丝13配合。

中胶层9的外侧设有管体层11。管体层11的外侧与其相邻的是漂浮层14，该层使软管具有漂浮性能，漂浮层14的材料可以选择闭孔微孔发泡的PE片带状材料，该材料具有有不吸水、弯曲不断裂的特性，有一定的伸长率，比重在0.1～0.108之间；也可采用天然橡胶海绵，该材料的比重大约为0.15。在漂浮层14的外侧与其相邻的是外层15，该层处于整个输油软管的最外侧，其作用是保护漂浮材料不受损坏，由于该层直接与外界环境接触，因此要求该层的材料具有耐老化、耐磨、耐天候、耐日光、耐油和耐海水腐蚀等特征。

此外为了提高输油软管的整体性能，尤其是提高漂浮软管的抗压和抗拉性能还可以进一步对输油软管的结构进行改进。

针对目前使用的输油软管在使用过程中最容易在端部短节和内胶层的接合处出现空隙，产生裂缝的现象，首先可以在帘线加强层中对应于短节和内胶层的接合处再缠绕多层帘线，形成多层增强帘线层，请参见图3，图3中示出在帘线加强层6中的帘线的外层，尤其是对应于短节和内胶层的接合处的位置附近再缠绕多层尼龙、聚酯或钢丝制成的增强帘线，缠绕的方式为在帘线加强层6中每隔一至二层帘线增强帘线从靠近短节端部的肋骨底端朝向软管方向环向缠绕，形成多层增强帘线层5，多层增强帘线层5的长度为由内而外依次递减，在本实施例中，增强帘线层有三层，它们的长度由内而外分别为500mm、400mm和300mm，帘线缠绕角度略大于帘线加强层中的帘线缠绕角度。缠绕角度也可以与帘线加强层中的帘线缠绕角度相同。此外其他的增强帘线层数和缠绕方式也同样适用于本发明。可以延长缠绕帘线的长度，使增强帘线层延伸到短节端部之外。

其次还可以在已有的第一钢丝加强层外再增加一层第二钢丝加强层，以提高抗内压的强度。请参见图4，第二钢丝加强层由缠绕在第一钢丝加强层外侧的多个设有间距的第二钢丝圈12和填充在它们之间的橡胶形成。第二钢丝的缠绕方式可以是在第一缠绕钢丝的空隙间缠绕，即在输油软管的纵剖面上第一缠绕钢丝圈7与第二缠绕钢丝圈12交错布置。第二缠绕钢丝的直径可以与第一缠绕钢丝的直径相同或小于外层缠绕钢丝的直径，缠绕的范围可以仅是端部的短节部分或是整个输油软管。在本实施例中，第二钢丝加强层与位于其内侧的中胶层9相邻。

再次，本发明中还可以通过调整帘线的缠绕角度来改变帘线加强层中帘线的抗拉和抗内压性能。通过试验发现帘线加强层中的帘线当以不同的角度缠绕在短节和内胶层外时，其对漂浮软管整体上产生的抗拉抗压效果有着明显的差异。请参见图5，图5是帘线缠绕的示意图，其中显示出在缠绕帘线时，帘线缠绕角度为帘线与软管轴线在同一平面内的夹角，合适的帘线缠绕角度为35°～70°，优选45°～60°。

最后，在中胶层9的外侧与管体层11之间增设外层帘线层10，帘线材质也可采用多层尼龙、聚酯或钢丝，外层帘线层10的主要作用是使胶管在受拉作用下不被破坏。在本实施例中，外层帘线层10与位于其内侧的第二钢丝加强层相邻。

下表是图2中所示的输油软管(帘线缠绕角度为45°)与漂浮软管国际标准的性能参数对比。上述输油软管的性能参数由沈阳橡胶研究院及中国船级社依据相应的国际检测标准测试鉴定。

以上对本发明所提供的复合橡胶漂浮软管的结构的详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种漂浮式输油软管，包括管体和管端部件，所述管端部件包括法兰(1)和短节(2)，其特征在于，所述管体的最内层为内胶层(4)，在所述内胶层(4)的外侧与其相邻的是帘线加强层(6)，所述帘线加强层(6)的外侧相邻的第一钢丝加强层，所述第一钢丝加强层由缠绕在所述帘线加强层(6)外侧的多个设有间距的第一钢丝圈(7)和填充在它们之间的橡胶(8)形成，在所述第一钢丝加强层的外侧与其相邻的是中胶层(9)；在所述中胶层(9)的外侧设有管体层(11)，在所述管体层(11)的外侧与其相邻的是漂浮层(14)，在所述漂浮层(14)的外侧与其相邻的是外层(15)；在所述帘线加强层(6)靠近所述短节的一端连接有短节缠绕钢丝(13)，所述法兰(1)与所述管体之间通过所述短节(2)固定连接，所述短节(2)上设置有向上凸起的肋骨(3)，所述肋骨(3)与所述短节缠绕钢丝(13)间隔设置并相互配合。

2.根据权利要求1所述的漂浮式输油软管，其特征在于，在所述第一钢丝加强层和所述管体层之间设有第二钢丝加强层，所述第二钢丝加强层由缠绕在所述第一钢丝加强层外侧的多个设有间距的第二钢丝圈(12)和填充在它们之间的橡胶形成。

3.根据权利要求2所述的漂浮式输油软管，其特征在于，所述第二钢丝圈(12)的钢丝直径小于或等于所述第一钢丝圈(7)的钢丝直径。

4.根据权利要求2所述的漂浮式输油软管，其特征在于，所述第二钢丝圈(12)和所述第一钢丝圈(7)交错布置。

5.根据权利要求1所述的漂浮式输油软管，其特征在于，在所述第一钢丝加强层和所述管体层之间设有外层帘线层(10)，所述外层帘线层(10)由帘线从所述短节开始沿管体方向缠绕形成。

6.根据权利要求1所述的漂浮式输油软管，其特征在于，所述帘线加强层(6)中的帘线缠绕角度为35°～70°。

7.根据权利要求6所述的漂浮式输油软管，其特征在于，所述帘线加强层(6)中的帘线缠绕角度为45°～60°。

8.根据权利要求1所述的漂浮式输油软管，其特征在于，所述帘线加强层(6)中包含多层帘线，且每隔一至二层帘线从靠近短节端部的肋骨底端朝向管体方向沿环向再缠绕一段增强帘线形成多层增强帘线层(5)，多层所述增强帘线层(5)的长度由内到外依次递减，所述增强帘线层位于所述短节和所述内胶层的接合处。

9.根据权利要求8所述的漂浮式输油软管，其特征在于，所述帘线加强层(6)中的多层帘线和所述增强帘线层(5)中的帘线是由尼龙、聚酯和钢丝中的任意一种材料制成的。

10.根据权利要求8所述的漂浮式输油软管，其特征在于，所述增强帘线层(5)中帘线的缠绕角度大于或等于帘线加强层(6)中帘线的缠绕角度。

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