CN105402606B - 一种钢套筒柔性止裂器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢套筒柔性止裂器，属于油气输送管道断裂控制领域，通过在管线上安装该止裂器，可有效阻止高钢级管线延性裂纹的长程扩展，实现延性断裂的柔性止裂。本发明一种钢套筒柔性止裂器主要包含加强圈、紧固端连接板、加强筋和连接螺栓。首先利用切割机将管圈切割为上下两个加强圈，切割后对切口和长度方向左右两侧加工坡口。将上下两个加强圈安放在高钢级管线钢管外表面，焊接紧固端连接板和加强筋。通过螺栓连接固定安放在主管线钢管的加强圈，形成钢套筒柔性止裂器装置。针对新建设的管线，该止裂器可以直接在管线现场进行加工制造。针对已经投产的管线，该止裂器的安装不需要对管线进行切割，安装简单，安装过程中输气服务不中断。

Description

一种钢套筒柔性止裂器

【技术领域】

本发明属于油气输送管道断裂控制领域，涉及一种钢套筒柔性止裂器。

【背景技术】

天然气是一种清洁能源，也是一种易燃、易爆的危险介质，通常采用管道运输。管道运输具有运输量大、连续、迅速、经济、安全可靠的特点。但是管道在长期服役过程中，由于受到地层压力、腐蚀、疲劳、外部机械损伤等，易于造成管道开裂、泄漏等事故发生。高压天然气管道一旦长程开裂将造成巨大的灾难和损失，因此必须保证管道的安全运行。未来10至20年，我国对洁净能源天然气的需求将继续保持强劲增长势头，为了提高管道运输的经济性，天然气管道的发展趋势是高钢级、高压、大口径、大壁厚、大输量，以提高输送效率，降低建设成本，满足日益增长的市场需求。我国天然气管道用管线钢管近年来发展非常快，X70级别钢管在西气东输一线成功应用，西气东输二线管道工程大规模采用X80级别的钢管。目前我国正在积极推动X90、X100等高钢级管线钢管的工程应用。

天然气输送管道钢级、管径、设计系数的提高以及高压、富气输送工艺的采用，大大提高了运营效益，同时也给管道安全提出了更高的要求。输气管道一旦开裂，管内高压气体并不能立刻排空，而是由断裂点向两侧各产生一个减压波并向远端传播。由于气体减压波速低于裂纹扩展速度，裂纹尖端就会保持持续的高应力状态，裂纹也会持续的高速扩展，进而导致输气管道延性裂纹的长程扩展。现有的全尺寸气体爆破试验结果表明：对于高钢级管线钢(X80及以上管线钢)其难以依靠自身韧性进行止裂，这已经成为严重威胁管线安全并制约高钢级管线钢应用的瓶颈问题。

当管线钢自身的韧性不能保证阻止延性裂纹扩展时，需采用一些外部机械装置，即止裂器(Crack Arrestor)来预防、阻止管道的延性裂纹长程扩展。根据在输气管道上的安装方法不同，止裂器可以分为两类：整体止裂器和非整体止裂器。整体止裂器通常由不同于主管道力学性能和几何尺寸的厚壁或高韧性管段或管环组成，成为管道的一部分。在已有的管线上安装整体止裂器需要对管线进行切割和重新焊接，耗费时间且成本高。此外，生产高韧性厚壁钢管存在工艺技术困难，需考虑不同级别、壁厚钢管的匹配和焊接可行性问题。而非整体止裂器的安装则相对简单，可用于已建管线和新建管线。另外，如果突然止裂会导致裂纹在进入止裂器时产生环切(ring off)。即钢管被管内高压气流冲出沟槽，钢管沿环向开裂，从而对管线和周围环境造成严重后果，因此止裂器设计时应促进裂纹柔性止裂。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钢套筒柔性止裂器，该止裂器用于有效阻止高钢级管线钢管道延性裂纹的长程扩展，实现管线延性断裂的柔性止裂。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种钢套筒柔性止裂器，包括安装在管线钢管外表面的两个半圆形加强圈；两个半圆形加强圈相对设置，且两个加强圈的紧固端均焊接连接板，两个加强圈的连接板的内侧相对，并通过螺栓固定连接。

本发明进一步的改进在于：

所述连接板的外侧焊接加强筋，加强筋的另一端焊接在加强圈的外侧。

所述螺栓采用等长双头螺栓，等长双头螺栓通过与垫圈和螺母的配合，将相对设置的两个连接板固定连接。

所述连接板采用X80管线钢板。

所述加强圈的两侧端口加工有内坡口，实现裂纹柔性止裂，避免主管线环切、钢管沿着径向开裂。

所述内坡口角度为15°±5°。

所述加强圈材料采用外径1219mm、同主管线钢管同钢级的管圈加工制造；加强圈的壁厚、外径和主管线壁厚、外径相同，加强圈的长度大于等于主管线钢管外径。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明首先利用切割机将管圈切割为上下两个加强圈，切割后对切口和长度方向左右两侧进行处理，加工坡口。将上下两个加强圈安放在高钢级管线钢管外表面，焊接紧固端连接板和加强筋。通过螺栓连接固定安放在主管线钢管的加强圈，形成钢套筒柔性止裂器。针对新建设的管线，该止裂器可以直接在管线现场进行加工制造。针对已经投产的管线，该止裂器的安装不需要对管线进行切割，安装简单，安装过程中输气服务不中断。本发明主要适用于0.72及以下设计系数，外径1219mm、X80及以上高钢级管线钢管的管线和储气库。通过在管线上安装该止裂器，能有效阻止高钢级管线延性裂纹的长程扩展，实现延性断裂的柔性止裂。

【附图说明】

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的B向视图；

图4为图1中I处的局部放大图；

图5为徒3中II处的局部放大图；

图6为本发明加强圈与连接板的焊接结构示意图；

图7为本发明加强筋的焊接结构示意图；

图8为本发明加强圈两端内坡口的结构示意图。

其中：1为连接板；2为等长双头螺栓；3为垫圈；4为螺母；5为加强筋；6为加强圈。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1至图8，本发明包括安装在管线钢管外表面的两个半圆形加强圈6；两个半圆形加强圈6相对设置，且两个加强圈6的紧固端均焊接连接板1，两个加强圈6的连接板1的内侧相对，并通过螺栓固定连接。连接板1的外侧焊接加强筋5，加强筋5的另一端焊接在加强圈6的外侧。螺栓采用等长双头螺栓2，等长双头螺栓2通过与垫圈3和螺母4的配合，将相对设置的两个连接板1固定连接。连接板采用X80管线钢板。加强圈6的两侧端口加工有内坡口，实现裂纹柔性止裂，避免主管线环切、钢管沿着径向开裂。内坡口角度为15°±5°。加强圈材料采用外径1219mm、同主管线钢管同钢级的管圈加工制造；加强圈的壁厚、外径和主管线壁厚、外径相同，加强圈的长度大于等于主管线钢管外径。其主要的设计内容如下：

(1)加强圈的材料。根据PRCI的设计准则，加强圈材料的抗拉强度和厚度必须满足BTC曲线。本专利加强圈材料推荐采用外径1219mm、同主管线钢管同钢级管圈加工制造。对于正在建设的管线，加强圈可以在管线建设现场，直接利用主管线钢管切割制造，无需重复进行性能检验。针对已经投产的管线，则可以利用库房保存的低值易耗管材进行制造，无需重新订制，耗时耗材。

(2)加强圈的尺寸。加强圈的壁厚、外径和主管线壁厚、外径相同，加强圈的长度≥主管线钢管外径。安装时加强圈直径不得产生正偏差，与主管线外壁为无间隙配合，安装给主管线钢管一定的预应力。对于外径为1219mm，壁厚为30.6mm的主管线，加强圈由外径为1219mm的直缝管沿双侧中心线对切制作，加强圈的壁厚为30.6mm，主体长度为1300mm，总长为1468mm，具体见图1。

(3)加强圈的形状。加强圈长度方向形状设计为内坡口，具体见图8，坡口角度15°±5°。通过该设计加强圈的壁厚和对钢管的约束力逐渐增加，从而实现裂纹柔性止裂，避免主管线环切，钢管沿着径向开裂。

(4)紧固连接板的材料。管线钢材料X80具有较低的屈强比和较高的均匀延伸率，具有一定的强度和韧性，且自身止裂性能较好，故本发明紧固连接板材料选用X80管线钢板。

(5)加强圈的焊接。加强圈切口处与紧固连接板焊接在一起，并焊接加强筋。切口端部的坡口和焊接工艺严格按照该管线要求的焊接工艺规程进行，焊后需同时进行超声波检测和磁粉检测。

(6)螺栓的连接。采用螺栓紧固时应双侧对称进行。

(7)止裂器的安装。首先利用皮尺确定止裂器的安装位置，利用粉笔或油性笔确定位置。将加强圈安放在主管线的外表面，焊接紧固段连接板和加强筋，通过螺栓连接固定，形成钢套筒止裂器装置，对主管线钢管产生局部约束作用。

对于外径为1219mm，壁厚为30.6mm的储气库用X80管线钢管，根据本发明专利设计的一种钢套筒柔性止裂器装置，加强圈由外径为1219mm的X80直缝管沿双侧中心线对切制作，加强圈的壁厚为30.6mm，主体长度为1300mm，总长为1468mm，具体见图1。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种钢套筒柔性止裂器，其特征在于，包括安装在管线钢管外表面的两个半圆形加强圈(6)；两个半圆形加强圈(6)相对设置，且两个加强圈(6)的紧固端均焊接连接板(1)，两个加强圈(6)的连接板(1)的内侧相对，并通过螺栓固定连接；所述加强圈(6)的两侧端口加工有内坡口，实现裂纹柔性止裂，避免主管线环切、钢管沿着径向开裂；所述连接板采用X80管线钢板。

2.根据权利要求1所述的钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述连接板(1)的外侧焊接加强筋(5)，加强筋(5)的一端焊接在加强圈(6)的外侧。

3.根据权利要求1或2所述的钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述螺栓采用等长双头螺栓(2)，等长双头螺栓(2)通过与垫圈(3)和螺母(4)的配合，将相对设置的两个连接板(1)固定连接。

4.根据权利要求1所述的钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述内坡口角度为15°±5°。

5.根据权利要求1所述的钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述加强圈材料采用外径1219mm、同主管线钢管同钢级的管圈加工制造；加强圈的壁厚、外径和主管线壁厚、外径相同，加强圈的长度大于等于主管线钢管外径。