CN108918285B - 一种管段压溃装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管段压溃装置及其试验方法，涉及管道试验技术领域，包括底座和与其配合的压盖，该底座上端面布置有下容纳槽，该压盖下端面布置有上容纳槽，所述底座和所述压盖配合后，所述下容纳槽和所述上容纳槽围成一容纳腔，该容纳腔包括用于放置管段的第一腔和位于该第一腔旁的压溃密闭腔，所述底座安装有用于固定管段的固定组件，所述底座安装有用于检测管段管壁变形量的位移传感组件。本发明结构简单，只需截取小节管段即可进行试验，管段压溃试验成本低，且可在多场合进行操作，无须按照传统压溃试验方式进行全管段试验。

Description

一种管段压溃装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及管道试验技术领域，特别涉及一种管段压溃装置，还涉及一种管段压溃试验方法。

背景技术

目前，由于海洋环境的特殊性以及海上油气生产的复杂性，在低温、高压以及强腐蚀的海洋环境中的海底管道，不仅承受着内外压力、轴向力、弯矩等静载荷和温度荷载的联合作用，而且还要承受交变的外压、腐蚀、波浪、海流等动载荷的作用，使管道承受着多种载荷的联合作用并引发多局部的屈曲失稳破坏，即管道的压溃。

现有钢管抗压溃试验，通常是利用压力容器和千斤顶等装置，多以全管段试验为主。这种测试方法试验成本高，装置特殊，现场测试不方便，难以满足制管现场多次试验的测试要求。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种管段压溃装置，减少管段压溃试验成本，还基于该装置提供一种管段压溃试验方法，易于现场操作。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

一种管段压溃装置，包括底座和与其配合的压盖，该底座上端面布置有下容纳槽，该压盖下端面布置有上容纳槽，所述底座和所述压盖配合后，所述下容纳槽和所述上容纳槽围成一容纳腔，该容纳腔包括用于放置管段的第一腔和位于该第一腔旁的压溃密闭腔，所述底座安装有用于固定管段的固定组件，所述底座安装有用于检测管段管壁变形量的位移传感组件。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括连通所述压溃密闭腔的注水孔和排气孔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述固定组件包括呈圆周均匀分布的多个锁紧组件，各所述锁紧组件包括固定在所述底座的螺栓座以及尾部可抵压在管段内壁的锁紧螺栓，各所述螺栓座布置有供相应所述锁紧螺栓穿过的螺纹孔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述位移传感组件包括呈圆周均匀分布的多个位移传感器，各位移传感器均通过夹紧座固定在所述底座上，各所述位移传感器均具有可抵靠在管段的检测端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述底座和所述压盖相向面之间设置有第一密封圈，所述底座上端面布置有抵压管段的第二密封圈，所述压盖下端面布置有抵压管段的第三密封圈。

作为上述技术方案的进一步改进，所述底座具有一朝向所述压盖的环形凸起，所述压盖具有与该环形凸起相配合的环形凹槽。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括用于支撑所述底座的支撑座，该支撑座下部布置有多个调平组件，各所述调平组件包括固定在所述支撑座下部的螺母以及穿过该螺母的调平螺栓，各所述调平螺栓竖直布置。

本发明还公开了一种管段压溃试验方法，包括以下步骤：

S1，将管段放置于所述底座的下容纳槽并进行定位，用所述固定组件将管段固定，安装所述位移传感组件并使其检测单元抵靠在管段内壁；

S2，合上所述压盖，并用多个螺栓紧固件将所述压盖与所述底座连接，形成位于管段外壁的压溃密闭腔；

S3，通过所述注水孔往压溃密闭腔注水，排出所述压溃密闭腔内的空气；

S4，向所述压溃密闭腔加压并逐渐增大，分段测得管段的管壁变形位移量，直至管段发生压溃。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括在步骤S4之后的人工测量步骤：测量压溃后的管段圆度，测量压溃后的管段不同位置的管壁厚度。

本发明的有益效果是：本发明是将压盖和底座配合后形成容纳腔，试验时，将管段放置于第一腔，通过往压溃密闭腔注水加压，模拟海底压力对管段进行压溃试验，并通过位移传感组件记录管段管壁的变形情况，本发明结构简单，只需截取小节管段即可进行试验，管段压溃试验成本低，且可在多场合进行操作，无须按照传统压溃试验方式进行全管段试验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明的透视图；

图2是本发明的剖视图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是本发明的俯视图，其中未图示压盖。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1，一种管段压溃装置，包括底座1和与其配合的压盖2，还包括用于支撑底座1的支撑座7，支撑座7下部布置有多个调平组件71，本实施例优选四个，各调平组件71包括固定在支撑座7下部的螺母以及穿过螺母的调平螺栓，各调平螺栓竖直布置。使用本装置时，可根据地面的平整度，调整对应调平组件71的调平螺栓进给长度确保底座1稳固。

结合图2和图3，底座1上端面布置有下容纳槽，压盖2下端面布置有上容纳槽，底座1和压盖2配合后，下容纳槽和上容纳槽围成管段3的容纳腔，该容纳腔包括用于放置管段3的第一腔和位于该第一腔旁的压溃密闭腔4。进一步的，底座1具有一朝向压盖的环形凸起，压盖2具有与环形凸起相配合的环形凹槽，在装配时，可快速将压盖2上的环形凹槽扣到环形凸起，实现快速定位。使用本装置时，需要将管段3放置于第一腔中，此时，管段3外壁、上容纳槽以及下容纳槽围成所述压溃密闭腔4，通过压溃密闭腔4模拟深海压力来进行管段的压溃试验，为此，本装置包括连通压溃密闭腔4的注水孔41、排气孔42以及测压孔43，排气孔42安装有排气阀，注水孔41连接有注水加压设备，测压孔43安装压力表。进一步的，底座1和压盖2相向面之间设置有第一密封圈81，底座1上端面布置有抵压管段3的第二密封圈82，压盖2下端面布置有抵压管段3的第三密封圈83。第一密封圈、第二密封圈以及第三密封圈均采用J型滑环式组合密封，均包括J型密封圈和尼龙O型圈。其中，压盖2和底座1装配后，第二密封圈82支撑管段3，管段3下端与底座1留有间隙，第三密封圈83抵压管段3上端，管段3上端与压盖2留有间隙，在压溃密闭腔4不断加压过程中，管段3管壁会发生变形，布置第二密封圈82和第三密封圈83不仅使压溃密闭腔4密封，还在管壁变形过程，避免管段3与底座1之间产生摩擦力，以及避免管段3与压盖2之间产生摩擦力，使管段3压溃环境尽可能接近深海环境，第二密封圈和第三密封圈的尼龙O型布置在远离管段3的一侧，这种布置方式在管段3的变形过程中，利于管段3管壁在容纳腔内移动。

结合图4，底座1安装有用于固定管段3的固定组件，固定组件位于容纳腔内，固定组件包括呈圆周均匀分布的多个锁紧组件5，锁紧组件5的数量可根据管段管径大小进行选择，各锁紧组件5包括固定在底座1的螺栓座51以及尾部可抵压在管段3内壁的锁紧螺栓52，各螺栓座51布置有供相应锁紧螺栓52穿过的螺纹孔。将管段3放置底座1的下容纳槽并进行定位，后通过调节各锁紧螺栓52在对应的螺栓座的进给量使各锁紧螺栓52尾部抵压在管段3内壁。

同时，底座1安装有用于检测管段3管壁变形量的位移传感组件，位移传感组件包括呈圆周均匀分布的多个位移传感器61，各位移传感器61均通过夹紧座62固定在底座上，各位移传感器61均具有可抵靠在管段3的检测端，各检测端组成位移传感组件的检测单元。

本发明还公开了一种管段压溃试验方法，具体是使用上述的管段压溃装置，包括以下步骤：

S1，将管段3放置于底座1的下容纳槽并进行定位，同时需将管段3轴向焊缝应对准其中一个位移传感器61，保证在管段3的压溃试验中能检测到焊缝位置管壁的变形情况；

完成管段3的定位后，用固定组件将管段3固定，具体是安装螺栓座51，旋进相应锁紧螺栓52，固定管段3；

安装位移传感组件并使其检测单元抵靠在管段3内壁，具体是安装位移传感器61，各所述位移传感器61的检测端抵靠在管段3内壁，各位移传感器61的检测端组成位移传感组件的检测单元。

S2，合上压盖2，并用多个螺栓紧固件将压盖2与底座1连接，形成位于管段3外壁的压溃密闭腔4；

装配好压盖2和底座1后，对管段3进行电不连续性检测，具体是使用万用表检测底座1与管段3之间的电阻值，以及压盖2与管段3之间的电阻值，为了避免管段3与底座1之间产生摩擦力以及避免管段3与压盖2之间产生摩擦力，为此，所检测的电阻值应无穷大。

S3，往注水孔41注入水，打开排气阀，排出压溃密闭腔4内的空气，排气完成后关闭排气阀，并通过注水加压设备对压溃密闭腔4加压，压溃密闭腔4通过压力表反应其内的压力值。

S4，本领域的技术人员可以通过有限元分析模拟出或者是通过公式计算出无缺陷管段的理论压溃压力值；

向压溃密闭腔4加压并逐渐增大，具体是分三个阶段，第一阶段的压力值不高于理论压溃压力值的60%，通过十次均匀递增，即按照理论压溃压力值的6%、12%、18%、24%、30%、36%、42%、48%、54%以及60%，共十次加压；第二阶段的压力值是高于理论压溃压力值的60%且不高于理论压溃压力值的90%，通过十次均匀递增，即按照理论压溃压力值的63%、66%、69%、72%、75%、78%、81%、84%、87%、90%，共十次加压；第三阶段的压力值是高于90%，按照理论压溃压力值1%逐次递增，即按照理论压溃压力值的91%、92%……直至管段3发生压溃，每次加压的间隔时间应相同，采取定时分段加压方式；

通过多个位移传感器61可实时测得管段3管壁在各压力下的变形位移量。

S5，压溃试验完成后，打开排气阀确保卸压完成，拆除排气阀和注水加压设备，拆卸各螺栓紧固件后开启压盖2；

测量管段3压溃后的圆度，多次测量压溃后的管段3不同位置的管壁厚度；压溃后的管段3圆度可通过用千分表或卡尺或激光测量工具进行测量，至少选取八处位置进行测量；压溃后的管段3管壁厚度可通过千分尺进行测量，至少选取十六处位置进行测量。

完成上述试验步骤后，本领域技术人员可绘制管段每个测量位置的承压压力值和管壁变形量的关系图形，另可将管段试验过程中的管壁变形量与理论压溃变形量进行比较，以压力损失点的形式给出畸变测量结果，对比两者曲线的重合度。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种管段压溃装置，其特征在于：包括底座（1）和与其配合的压盖（2），该底座（1）上端面布置有下容纳槽，该压盖（2）下端面布置有上容纳槽，所述底座（1）和所述压盖（2）配合后，所述下容纳槽和所述上容纳槽围成一容纳腔，该容纳腔包括用于放置管段（3）的第一腔和位于该第一腔旁的压溃密闭腔（4），所述底座（1）具有一朝向所述压盖的环形凸起，所述压盖（2）具有与该环形凸起相配合的环形凹槽，所述底座（1）安装有用于固定管段（3）的固定组件，所述底座（1）安装有用于检测管段（3）管壁变形量的位移传感组件，所述管段压溃装置还包括连通所述压溃密闭腔（4）的注水孔（41）和排气孔（42），所述固定组件包括呈圆周均匀分布的多个锁紧组件（5），各所述锁紧组件（5）包括固定在所述底座（1）的螺栓座（51）以及尾部可抵压在管段（3）内壁的锁紧螺栓（52），各所述螺栓座（51）布置有供相应所述锁紧螺栓（52）穿过的螺纹孔，将所述管段（3）放置所述底座（1）的下容纳槽并进行定位，后通过调节各所述锁紧螺栓（52）在对应的所述螺栓座（51）的进给量使各所述锁紧螺栓（52）尾部抵压在所述管段（3）内壁，所述位移传感组件包括呈圆周均匀分布的多个位移传感器（61），各位移传感器（61）均通过夹紧座（62）固定在所述底座（1）上，各所述位移传感器（61）均具有可抵靠在管段（3）的检测端，所述底座（1）和所述压盖（2）相向面之间设置有第一密封圈（81），所述底座（1）上端面布置有抵压管段（3）的第二密封圈（82），所述压盖（2）下端面布置有抵压管段（3）的第三密封圈（83）。

2.根据权利要求1所述的管段压溃装置，其特征在于：还包括用于支撑所述底座（1）的支撑座（7），该支撑座（7）下部布置有多个调平组件（71），各所述调平组件（71）包括固定在所述支撑座（7）下部的螺母以及穿过该螺母的调平螺栓，各所述调平螺栓竖直布置。

3.一种管段压溃试验方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述的管段压溃装置，包括以下步骤：

S1，将管段（3）放置于所述底座（1）的下容纳槽并进行定位，用所述固定组件将管段（3）固定，将所述位移传感组件的检测单元抵靠在管段（3）内壁；

S2，合上所述压盖（2），并用多个螺栓紧固件将所述压盖（2）与所述底座（1）连接，形成位于管段（3）外壁的压溃密闭腔（4）；

S3，通过所述注水孔（41）往压溃密闭腔（4）注水，排出所述压溃密闭腔（4）内的空气；

S4，向所述压溃密闭腔（4）加压并逐渐增大，分段测得管段（3）的管壁变形位移量，直至管段（3）发生压溃，通过多个所述位移传感器（61）可实时测得所述管段（3）管壁在各压力下的变形位移量。

4.根据权利要求3所述的管段压溃试验方法，其特征在于，还包括在步骤S4之后的人工测量步骤：测量压溃后的管段（3）圆度，测量压溃后的管段（3）不同位置的管壁厚度。