CN107893884A - 一种水下管道连装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下管道连装置，由壳体系统，抱紧系统和密封系统构成，其特征为：壳体由左壳体系统和右壳体系统构成，且左壳体系统和右壳体系统结构对称。左壳体系统和右壳体系统之间安装有密封系统，抱紧系统分别安装于左壳体系统和右壳体系统的内表面。工作原理为：拧动螺母使双头螺栓推动移动法兰轴向移动，移动法兰轴向移动进而使抱紧环径向收缩、密封圈和金属密封圈受压变形；抱紧环径向收缩进而使抱紧环抱紧管道；密封圈和金属受压变形进而密封管道内的油气。与现有技术相比，本发明可实现海底管的快速连接与修复，进而短海底管道修复周期、减轻劳动强度，并降低海洋油气输送的综合成本。

Description

一种水下管道连装置

技术领域

本发明涉及石油天然气海底管道抢修装备技术领域，特别涉及一种水下管道连装置。

背景技术

随着陆地油气资源的短缺，世界沿海国家陆续对海洋油气资源进行了勘探与开采，且对海洋油气资源的勘探与开采已逐步成为国内外油气工业发展的主要趋势。此外，随着我国经济持续高速增长，油气资源供应不足将成为阻碍经济发展的主要矛盾，为提高油气资源的占有量，海洋油气的勘探和开采已经成为我国实现能源可持续发展的战略重点。

海底管道承担着水下油气井出液、海底原油、天然气和伴生气介质输运等重要任务，因而海底管道的安全稳定的运营对海洋油气资源的开发利用具有重要意义。由于海底运行工况和周围海水的特殊环境，海底管道存在疲劳破坏、地质灾害破坏、腐蚀破坏、船舶抛锚破坏和海洋勘探开发第三方破坏等风险，而海底管道一旦发生泄露，不仅会对下游及终端用户的正常生产和生活造成不利影响，而且还会造成海洋环境污染、油气资源浪费和油田生产中断。

海底管道在运行时若遇到损伤或破坏，需对其进行修复或补强。目前海底管道修复或补强的技术有：管卡堵漏、复合材料补强和水下管段更换三种主要的海底管道修复技术。其中，复合材料补强技术，如注环氧树脂等材料，该修复技术易对海底管道的管体产生冲击破坏，而且注入机设备复杂和庞大，现场材料自作和水下操作工艺复杂，这些都不利于海底管道的快速修复。管卡堵漏修复技术是采用机械式封堵，其优点在于实施简单、作业周期短，可用于渤海海域由于腐蚀、母材缺陷、裂纹等原因引起的管道泄漏，但一旦海底管道出现严重破坏或有较大变形以及海底管道处于较深或深水海域时，该技术就难以实现有效的封堵修复。海底管段更换修复技术其特点是应用范围广，可完成腐蚀或断裂等各种形式的海底管道破坏修复；海底管段更换分为：海底管道焊接更换技术和海底管道连接器连接技术。而海底管道焊接更换技术存在工序多、对环境要求高、结构复杂，不能实现快速更换，因此管段更换效率不高，连接的可靠度不理想；海底管道连接器技术能解决上述问题，但缺点是修复用机械连接器这一关键备件的生产及其修复作业装置和作业流程一直掌握在国外专业公司手中，国内相应的装备和技术较少。此外，目前国内外的海底管段更换的装备主要以连接器为主，如专利号CN201620156196.8公布了一种新型海底管道连接器，专利号CN201510054118.7公布了一种海底管道卡箍修复连接器，专利号CN201621328659.0公布了一种海底管道堵漏装置及分体式海底管道堵漏夹具，专利号CN201610319504.9一种可调偏式海底管道快速修复连接装置，而上述装置结构复杂，加工制造成本较为昂贵。

发明内容

为了克服现有海底管段更换装备的上述缺点，本发明的目的在于提供一种水下管道连装置，该装置可实现海底管的快速连接与修复，进而短海底管道修复周期、减轻劳动强度，并降低海洋油气输送的综合成本。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种水下管道5连装置，由壳体系统1，抱紧系统2和密封系统3构成，其特征为：壳体由左壳体系统1和右壳体系统4构成，且左壳体系统1和右壳体系统4结构对称；左壳体系统1和右壳体系统4之间安装有密封系统3，抱紧系统2分别安装于左壳体系统1和右壳体系统4的内表面；

所述左壳体系统1包括移动法兰11和安装筒12；移动法兰11呈阶梯轴状，移动法兰11的左端设计有法兰盘15，法兰盘15端面设计有均布的通孔，双头螺栓13穿过通孔使移动法兰11与右壳体系统4形成螺栓紧固连接；法兰盘15内表面设计有密封沟槽，密封沟槽内安装有密封圈，密封圈内安装有管道5；法兰盘15的右端设计有空心阶梯轴，空心阶梯轴内表面设计有1~5级锥形孔，每级锥形孔之间有圆角过渡，锥形孔内表面与抱紧环21外表面紧密接触，抱紧环21内表面与管道5外表面紧密接触；法兰盘15的右端面与安装筒12接触；安装筒12的左端面设计有环向密封沟槽，环向密封沟槽内安装有密封圈，密封圈与法兰盘15右端面接触；安装筒12的右端面与密封系统3接触；安装筒12的右侧内表面设计有内伸台阶14，内伸台阶14的左端面与抱紧环21的右端面接触，内伸台阶14的右端面内侧设计有半H形环向沟槽，半H形环形沟槽内安装有金属密封圈34；

所述抱紧系统2包括抱紧环21；抱紧环21内表面设计有环向的三角形卡牙24，三角形卡牙24与管道5接触；抱紧环21的外表面设计有有1~5级空心圆锥轴，每级锥形轴之间有圆角过渡，空心圆锥轴的右侧外表面设计有贯穿圆孔22，贯穿圆孔22左侧连接有矩形缺口23；空心圆锥轴的外表面与移动法兰11的锥形孔接触；

所述密封系统3包括左移动环31，中间环32，右移动环33和金属密封圈34；中间环32安装于左移动环31与右移动环33之间，左移动环31与右移动环33的结构对称；左移动环31和中间移动环的左端面外侧均设计有密封沟槽，密封沟槽内安装有密封圈；左移动环31和中间移动环的左端面中部均设计有凸缘，左移动环31的凸缘与安装筒12的右侧内表面相配合，中间环32的凸缘与左移动环31的右侧凹缘相配合；左移动环31和中间移动环的左端面内侧、右端面内侧均设计有半H形环向沟槽，半H形环向沟槽内均按有金属密封圈34，金属密封圈34呈H形；左移动环31右端面中部设计有凹缘，中间移动环右端面设计有凸缘，左移动环31的凹缘与中间移动环的凸缘相互配合；中间环32的外表面中部设计有螺纹孔，螺纹孔通过螺纹连接有测压螺栓36，测压螺栓36的底端设计有测压孔35，测压孔35与左移动环31和中间移动环的内表面相通。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：（1）从而实现更换段管道的快速连接于修复；（2）本装置的抱紧抱紧系统简单，易于加工制造，进而可降低本装置的生产、制造成本。

附图说明

图1为本发明的平面剖视图。

图2为本发明的三维示意图。

图3为本发明的三维剖视图。

图4为本发明的三维平面剖视图。

图5为壳体系统三维剖视图。

图6为壳体系统三维平面剖视图。

图7为移动法兰与双头螺栓连接示意图。

图8为移动法兰三维剖视图。

图9为安装筒三维剖视图。

图10为抱紧环主视图。

图11为抱紧环三维视图。

图12为抱紧环三维剖视图。

图13为密封系统三维示意图。

图14为密封系统三维剖视图。

图15为左移动环三维示意图。

图16为中间环三维示意图。

图17为金属密封圈三维示意图。

1.左壳体系统，11.移动法兰，12.安装筒，13.双头螺栓，14.内伸台阶，15.法兰盘；

2.抱紧系统，21.抱紧环，22.贯穿圆孔，23.矩形缺口、24.三角形卡牙；

3.密封系统，31.左移动环，32.中间环，33.右移动环，34.金属密封圈，35.测压孔，36.测压螺栓；

4.右壳体系统；5.管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细叙述。

参照图1~图4，一种水下管道连装置，由壳体系统1，抱紧系统2和密封系统3构成，其特征为：壳体由左壳体系统1和右壳体系统4构成，且左壳体系统1和右壳体系统4结构对称。左壳体系统1和右壳体系统4之间安装有密封系统3，抱紧系统2分别安装于左壳体系统1和右壳体系统4的内表面。其工作原理为：拧动螺母使双头螺栓13推动移动法兰11轴向移动，移动法兰11轴向移动进而推动抱紧环21径向收缩，抱紧环21径向收缩进而使抱紧环21抱紧管道5；此外，移动法兰11轴向移动还推动左移动环31轴向移动，左移动环31轴向移动进而使橡胶密封圈与金属密封圈34受压发生变形，橡胶密封圈和金属密封圈34发生变形后进而实现密封管道5的功能。

参照图5~图8，左壳体系统1包括移动法兰11和安装筒12；左壳体系统1用安装抱紧系统2和密封系统3，并使整个装置连接成一体。移动法兰11呈阶梯轴状，移动法兰11用于安装抱紧系统2，并为抱紧系统2提供轴向移动的驱动力。移动法兰11的左端设计有法兰盘15，法兰盘15左端面设计有均布的12个通孔，双头螺栓13穿过通孔使移动法兰11与右壳体系统4形成螺栓紧固连接，从而使整个装置连接成一体。法兰盘15内表面设计有密封沟槽，密封沟槽内安装有密封圈，密封圈内安装有管道5，进而防止海水由管道5与法兰盘15之间的间隙进入抱紧系统2。法兰盘15的右端面设计有空心阶梯轴，空心阶梯轴内表面设计有2级锥形孔，2级锥形孔之间有圆角过渡，锥形孔内表面与抱紧环21外表面紧密接触，抱紧环21内表面与管道5外表面紧密接触；当法兰盘15在双头螺栓13拉紧作用下发生轴向移动时，由于锥形孔的作用，抱紧环21会轴向移动且发生径向收缩，抱紧环21的径向收缩从而实现抱紧管道5的目的。法兰盘15的右端面与安装筒12接触。

参照图9，安装筒12呈空心的阶梯孔状；安装筒12用于安装移动法兰11，并起到压紧密封系统3的目的。安装筒12的左端面设计有环向密封沟槽，环向密封沟槽内安装有密封圈，密封圈与法兰盘15右端面接触，进而防止海水由法兰盘15与安装筒12之间的间隙进入抱紧系统2。安装筒12的右端面外侧压紧有密封圈，进而防止海水进入密封系统3。安装筒12的右侧内表面设计有内伸台阶14，内伸台阶14的左端面与抱紧环21的右端面接触，进而限制抱紧环21的轴向移动。内伸台阶14的右端面内侧设计有半H形环向沟槽，半H形环形沟槽内安装有金属密封圈34，进而起到密封管道5内部油气，防止内部油气泄露的作用。

参照图10~图12，抱紧系统2包括抱紧环21，抱紧环21呈空心圆锥轴状；抱紧系统2用抱紧管道5，进而防止装置任意位置移动。抱紧环21的外表面设计有有2级空心圆锥轴，2级锥形轴之间有圆角过渡；空心圆锥轴的右侧外表面设计有30个贯穿圆孔22，贯穿圆孔22左侧连接有矩形缺口23；空心圆锥轴的外表面与移动法兰11的锥形孔接触。当移动法兰11推动抱紧筒轴向移动时，由于锥形孔的作用，会使抱紧环21形抱紧管道5。抱紧环21内表面设计有环向的三角形卡牙24，三角形卡牙24与管道5接触，进而增加抱紧环21对管道5的抱紧力。

参照图13~图17，密封系统3包括左移动环31，中间环32，右移动环33和金属密封圈34，密封系统3用于防止海水进入密封系统3，并防止管道5内的油气泄露。中间环32安装于左移动环31与右移动环33之间，左移动环31与右移动环33的结构对称，中间移动环的结构左右对称。左移动环31和中间移动环的左端面外侧均设计有密封沟槽，密封沟槽内安装有密封圈，密封圈用于防止海水进入密封系统3。左移动环31和中间移动环的左端面中部均设计有凸缘，左移动环31的凸缘与安装筒12的右侧内表面相配合，中间环32的凸缘与左移动环31的右侧凹缘相配合，进而使装置承载管道5的弯曲载荷。左移动环31和中间移动环的左端面内侧与右端面内侧均设计有半H形环向沟槽，半H形环向沟槽内均按有金属密封圈34，金属密封圈34呈H形；金属密封圈34变形后可以密封管道5，进而防止管道5内的油气泄露；且H形金属密封圈34的密封唇与左移动环31和中间环32多处接触，因而可对管道5内的油气形成多道密封。左移动环31右端面中部设计有凹缘，中间移动环右端面设计有凸缘，左移动环31的凹缘与中间移动环的凸缘相互配合，进而使装置承载管道5的弯曲载荷。

参照图15，中间环32的外表面中部设计有两个螺纹孔，一个螺纹孔用于侧压时连接高压管汇，一个螺纹孔用于侧压时连接压力表。螺纹孔通过螺纹连接有测压螺栓36，测压螺栓36的底端设计有测压孔35，测压孔35与左移动环31和中间移动环的内表面相通。当装置连接好后，需对装置的密封性能进行测试；测试时拧开测压螺栓36，使液压管汇的接头和压力表分别与螺纹孔连接，再由接头向密封系统3内通入高压流体，并观察压力表是否发生压降变化，从而检测密封装置的密封可靠性与安全性。测试结束后，使压力表与管汇接头与螺纹孔分离，并使压测螺栓拧入螺纹孔，进而防止海水进入密封系统3。

Claims (1)

1.一种水下管道连装置，由壳体系统（1），抱紧系统（2）和密封系统（3）构成，其特征为：壳体由左壳体系统（1）和右壳体系统（4）构成，且左壳体系统（1）和右壳体系统（4）结构对称；左壳体系统（1）和右壳体系统（4）之间安装有密封系统（3），抱紧系统（2）分别安装于左壳体系统（1）和右壳体系统（4）的内表面；

所述左壳体系统（1）包括移动法兰（11）和安装筒（12）；移动法兰（11）呈阶梯轴状，移动法兰（11）的左端设计有法兰盘（15），法兰盘（15）端面设计有均布的通孔，双头螺栓（13）穿过通孔使移动法兰（11）与右壳体系统（4）形成螺栓紧固连接；法兰盘（15）内表面设计有密封沟槽，密封沟槽内安装有密封圈，密封圈内安装有管道（5）；法兰盘（15）的右端设计有空心阶梯轴，空心阶梯轴内表面设计有1~5级锥形孔，每级锥形孔之间有圆角过渡，锥形孔内表面与抱紧环（21）外表面紧密接触，抱紧环（21）内表面与管道（5）外表面紧密接触；法兰盘（15）的右端面与安装筒（12）接触；安装筒（12）的左端面设计有环向密封沟槽，环向密封沟槽内安装有密封圈，密封圈与法兰盘（15）右端面接触；安装筒（12）的右端面与密封系统（3）接触；安装筒（12）的右侧内表面设计有内伸台阶（14），内伸台阶（14）的左端面与抱紧环（21）的右端面接触，内伸台阶（14）的右端面内侧设计有半H形环向沟槽，半H形环形沟槽内安装有金属密封圈（34）；

所述抱紧系统（2）包括抱紧环（21）；抱紧环（21）内表面设计有环向的三角形卡牙（24），三角形卡牙（24）与管道（5）接触；抱紧环（21）的外表面设计有有1~5级空心圆锥轴，每级锥形轴之间有圆角过渡，空心圆锥轴的右侧外表面设计有贯穿圆孔（22），贯穿圆孔（22）左侧连接有矩形缺口（23）；空心圆锥轴的外表面与移动法兰（11）的锥形孔接触；

所述密封系统（3）包括左移动环（31），中间环（32），右移动环（33）和金属密封圈（34）；中间环（32）安装于左移动环（31）与右移动环（33）之间，左移动环（31）与右移动环（33）的结构对称；左移动环（31）和中间移动环的左端面外侧均设计有密封沟槽，密封沟槽内安装有密封圈；左移动环（31）和中间移动环的左端面中部均设计有凸缘，左移动环（31）的凸缘与安装筒（12）的右侧内表面相配合，中间环（32）的凸缘与左移动环（31）的右侧凹缘相配合；左移动环（31）和中间移动环的左端面内侧、右端面内侧均设计有半H形环向沟槽，半H形环向沟槽内均按有金属密封圈（34），金属密封圈（34）呈H形；左移动环（31）右端面中部设计有凹缘，中间移动环右端面设计有凸缘，左移动环（31）的凹缘与中间移动环的凸缘相互配合；中间环（32）的外表面中部设计有螺纹孔，螺纹孔通过螺纹连接有测压螺栓（36），测压螺栓（36）的底端设计有测压孔（35），测压孔（35）与左移动环（31）和中间移动环的内表面相通。