CN104033652B - 一种适用于深水海底管道的止屈器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：它包括套设在海底管道上的管状止屈器本体，止屈器本体的同侧沿轴向间隔开设一粘接剂入口和一粘结剂出口，且在粘接剂入口和粘结剂出口处各设置一环形管；在粘接剂入口和粘结剂出口之间的止屈器本体内壁上开设有一螺旋状粘接槽，且粘接槽的两端分别与粘接剂入口和粘结剂出口相连通。本发明采用粘接剂注入粘结槽，通过粘结槽内的粘结剂将将海底管道和止屈器本体粘结成一体，采用此种连接方式不仅安装快速而且避免了海底管道焊接的工艺成本和电腐蚀风险。因此，本发明可以广泛用于深水海洋管道工程领域。

Description

一种适用于深水海底管道的止屈器
技术领域
本发明涉及一种止屈器，特别是关于一种适用于深水海底管道的止屈器。
背景技术
海底管道是海洋油气输送的主要方式，如何确保其在设计年限内安全运营对海洋油气开发有着至关重要的意义。一旦海底管道结构在运营期内发生损坏造成油气泄漏，不仅造成巨大的经济损失，也会引起严重的环境污染，甚至发生次生灾害。海底管道在运营期内会面临诸多潜在危险状态，如：船舶抛锚、拖锚、底部拖网等引起的第三方机械损伤，海底管道结构腐蚀穿透，海底土壤不稳定和底流造成的海底管道不稳定状态等。随着海洋石油逐步走向深水区域，深水高外压造成的海底管道管壁屈曲和屈曲传播也对海底管道结构造成了严重的威胁。
诱发海底管道管壁屈曲和屈曲传播的主要原因是静水外压和管道本身的椭圆度，较高的水深引起的管外水压和较大的海底管道结构椭圆度都会引发结构屈曲。一般来说，增加海底管道壁厚和降低海底管道椭圆度都可以减小海底管道屈曲风险。实际工程中受海底管道铺设和经济性等要求，海底管道壁厚的增加有一定限制，而且通过提高海底管道制管的工艺来达到较小的椭圆度也非常困难。因此，在深水区域的海底管道通过增加壁厚和降低海底管道的椭圆度来减小结构屈曲风险的效果受到局限。从海底管道结构屈曲发生的机理上来看，非常高的外部水压才会造成海底管道的局部压溃屈曲，但是海底管道在运行期内面临的内外腐蚀、第三方损伤、土壤条件变化等因素均有可能诱发局部屈曲的发生。一旦局部屈曲发生，诱发其传播的压力较低，非常容易发生屈曲传播。一旦屈曲传播发生，如果没有抑制措施，整条海底管道将在较短时间内失去输送能力，甚至引起海底管道内部压力严重超压，损坏海底管道而造成严重后果。因此，海底管道在屈曲传播条件不满足的情况下，需要在适当的海底管道长度处安装机械屈曲抑制装置——止屈器。
止屈器是在海底管道上每隔一定距离进行局部刚度加强，可以防止屈曲沿海底管道轴向传播的装置。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，按照安装的方式不同，一般可以分为整体式止屈器、附加式止屈器、普通焊接式止屈器和缠绕式止屈器四种。
整体式止屈器是一种在海底管道铺设之前，按一定布置间距焊接在海底管道指定位置处的厚壁圆环，圆环内径和海底管道内径相同，而圆环壁厚比海底管道的道壁厚大，两者同轴排好之后在连接处进行焊接。在安装时，将整体式止屈器(一个厚壁止屈圆环)放到海底管道的指定位置，通过对头焊接来将两侧的海底管道连接起来，并采用角焊将圆环外表面与海底管道外表面焊接在一起，使用整体式止屈器要采取一定措施来防止应力集中。整体式止屈器的止屈效果良好，但由于在安装过程中不仅需要进行复杂的焊接工艺，而且焊接热影响区域内钢管的电位差会引起结构电腐蚀，具有一定工程风险。
附加式止屈器是直接扣入或沿管外壁穿到海底管道指定位置，比海底管道外径稍大的钢套管(套筒)，通常附加式止屈器长度与海底管道外径比为L/D＝0.5～2.0。附加式止屈器结构简单，安装时将其滑过海底管道接头，然后将附加式止屈器固定到指定位置即可。附加式止屈器应该是成本最低的止屈器，而且没有焊缝，避免了焊接引起的缺陷和残余应力。普通焊接式止屈器与附加式止屈器相似，只是止屈器本身与管道之间的通过两端两道焊缝连接。由于焊缝的存在，增加了海上施工的难度，而且潜在的电位差也有电腐蚀风险。
缠绕式止屈器的情况与扣入式止屈器大体相似，实际中仅用于防止海管安装时发生的屈曲。缠绕式止屈器在铺管过程中，管道在止屈器位置处的壁厚存在不连续性，从而产生弯曲应力集中点，容易对管道造成不良影响，而若要消除该应力集中点，需要花费很高的成本。因此并不适于深水海底管道使用。
鉴于焊接式止屈器和缠绕式止屈器的诸多缺点，设计一种非焊接、安装方便、屈曲抑制效果优良的新型附加式深水海底管道止屈器十分必要。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种非焊接、安装方便、屈曲抑制效果优良的适用于深水海底管道的止屈器。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：它包括套设在海底管道上的管状止屈器本体，所述止屈器本体的同侧沿轴向间隔开设一粘接剂入口和一粘结剂出口，且在所述粘接剂入口和所述粘结剂出口处各设置一环形管；在所述粘接剂入口和所述粘结剂出口之间的所述止屈器本体内壁上开设有一螺旋状粘接槽，且所述粘接槽的两端分别与所述粘接剂入口和粘结剂出口相连通。
所述粘接槽的圈数至少为4圈，且所述粘接槽绕所述海底管道的轴向螺旋升角为30°～60°。
所述止屈器本体的内径至少大于所述海底管道出厂公称外径的上限1cm。
所述止屈器本体的长度至少为0.5m，厚度至少为所述海底管道壁厚的两倍。
所述粘接槽的横截面呈半圆形结构，半圆直径至少为5cm，且在所述粘接槽的表面涂装防腐层；所述粘接槽与所述止屈器本体内壁相邻的槽边之间采用圆弧角过渡。
所述止屈器本体采用涂装有防腐保护层的高强度碳钢或不锈钢锻造或车制而成。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用在海底管道外套设止屈器本体，并在止屈器本体上间隔开设一粘接剂入口和一粘结剂出口，且在粘接剂入口和粘结剂出口之间的止屈器本体内壁上开设有螺旋状粘接槽，使得粘结剂通过粘接剂入口注入粘接槽，粘结剂顺着粘接槽流动，待粘结剂从粘结剂出口溢出时，表明粘结剂完全注满海底管道和止屈器本体之间的粘接槽，采用此种连接方式不仅安装快速而且避免了海底管道焊接的工艺成本和电腐蚀风险。2、本发明在粘接剂入口和粘结剂出口上端各对应开设一环形管，粘接剂入口的环形管方便粘结剂注入嘴可以牢固对接，有效快速完成注入粘结剂作业。粘结剂出口的环形管便于操作和判断溢出的粘结剂的量是否处于可控的范围之内，并且粘结剂溢出的方式有效的保证了粘接剂提供足够的粘接力，防止止屈器本体与海底管道之间的轴向滑移。另外，粘接剂入口和粘结剂出口上均设置环形管也使得止屈器本体不必区分首端和末端，方便现场操作。3、粘接槽与止屈器本体内壁相邻的槽边之间采用圆弧角过渡，以免安装本发明时划伤海底管道外壁的防腐层。4、本发明的止屈器本体采用涂装有防腐保护层的高强度碳钢、或不锈钢，锻造或车制而成，其结构强度和工艺可靠性高，以达到优异且稳定的止屈效果。5、本发明在粘接槽与海底管道之间的粘接剂可以采用马蹄脂、环氧树脂等聚合物材料，也可以采用流动性和粘接性性能优异的特种水泥。因此，本发明可以广泛用于深水海洋管道工程领域。
附图说明
图1是本发明应用于海底管道的横截面示意图
图2是图1的纵截面示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明包括套设在海底管道1上的止屈器本体2，止屈器本体2为一厚壁钢管，以便为保护段的海底管道1提供更大的截面刚度，并提供海底管道1的局部屈曲的隔离和抑制作用。止屈器本体2的同侧沿轴向间隔开设一粘接剂入口3和一粘结剂出口4，且在粘接剂入口3和粘结剂出口4处各设置一环形管。粘接剂入口3上的环形管可以方便与粘结剂注入嘴牢固对接，有效快速完成注入粘结剂作业。粘结剂出口4上的环形管便于操作和判断溢出的粘结剂的量是否处于可控的范围之内。在粘接剂入口3和粘结剂出口4之间的止屈器本体2内壁上开设有一螺旋状粘接槽5，且粘接槽5的两端分别与粘接剂入口3和粘结剂出口4相连通。
上述实施例中，粘接槽5的圈数至少为4圈，且粘接槽5绕海底管道1的轴向螺旋升角为30°～60°。
上述实施例中，止屈器本体2的内径至少大于海底管道1出厂公称外径的上限1cm，以保证现场操作时可以顺利将止屈器本体2套设在海底管道1外壁。止屈器本体2的长度和厚度根据实际工程的需要而定，为了保证止屈效果，止屈器本体2的长度至少为0.5m，厚度至少为海底管道1壁厚的两倍。止屈器本体2采用涂装有防腐保护层的高强度碳钢或者不锈钢锻造或者车制而成，而防腐层所采用的防腐材料需满足粘接剂的化学和物理要求。
上述实施例中，粘接槽5的横截面呈半圆形结构，半圆直径至少为5cm，以便处于止屈器本体2与海底管道1之间的粘结剂与海底管道1具有足够的接触面，牢牢粘住海底管道1，防止止屈器本体2与海底管道1之间的轴向滑移。同时，粘接槽5与止屈器本体2内壁相邻的槽边之间采用圆弧角过渡，以防止本发明安装时划伤海底管道1外壁的防腐层。在粘接槽5的表面涂装防腐层。
本发明使用时：在海底管道1上间隔套设一本发明，并且粘接剂入口3和粘结剂出口4位于顶部。将粘结剂注入嘴对准粘接剂入口3，将粘接剂快速注入粘接槽5内，粘结剂顺着粘接槽5流动，待粘结剂从粘结剂出口4溢出时，表明粘结剂完全注满海底管道1和止屈器本体2之间的粘接槽5。并且顶部出口溢出的方式有效的保证了粘接剂提供足够的粘接力，防止止屈器本体2与海底管道1之间的轴向滑移。
上述实施例中，粘接剂可以采用马蹄脂、环氧树脂等聚合物材料，也可以采用流动性和粘接性性能优异的特种水泥。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构.连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：它包括套设在海底管道上的管状止屈器本体，所述止屈器本体的同侧沿轴向间隔开设一粘接剂入口和一粘结剂出口，且在所述粘接剂入口和所述粘结剂出口处各设置一环形管；在所述粘接剂入口和所述粘结剂出口之间的所述止屈器本体内壁上开设有一螺旋状粘接槽，且所述粘接槽的两端分别与所述粘接剂入口和粘结剂出口相连通；所述粘接槽的圈数至少为4圈，且所述粘接槽绕所述海底管道的轴向螺旋升角为30°～60°。
2.如权利要求1所述的一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：所述止屈器本体的内径至少大于所述海底管道出厂公称外径的上限1cm。
3.如权利要求1或2所述的一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：所述止屈器本体的长度至少为0.5m，厚度至少为所述海底管道壁厚的两倍。
4.如权利要求1或2所述的一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：所述粘接槽的横截面呈半圆形结构，半圆直径至少为5cm，且在所述粘接槽的表面涂装防腐层；所述粘接槽与所述止屈器本体内壁相邻的槽边之间采用圆弧角过渡。
5.如权利要求3所述的一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：所述粘接槽的横截面呈半圆形结构，半圆直径至少为5cm，且在所述粘接槽的表面涂装防腐层；所述粘接槽与所述止屈器本体内壁相邻的槽边之间采用圆弧角过渡。
6.如权利要求1或2或5所述的一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：所述止屈器本体采用涂装有防腐保护层的高强度碳钢或不锈钢锻造或车制而成。
7.如权利要求3所述的一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：所述止屈器本体采用涂装有防腐保护层的高强度碳钢或不锈钢锻造或车制而成。
8.如权利要求4所述的一种适用于深水海底管道的止屈器，其特征在于：所述止屈器本体采用涂装有防腐保护层的高强度碳钢或不锈钢锻造或车制而成。
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