CN109184583A - 一种用于海底采矿的高耐磨立管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于海底采矿的高耐磨立管及其制作方法，该种高耐磨立管属于海洋工程领域中采矿的关键构件，在其管道内部衬有高耐磨聚氨酯内衬，聚氨酯内衬先挤压成型为管状，然后通过缩径处理安装在立管内，并采用特殊的紧凑式法兰，采用凹凸面的方式设计接头，保证法兰接头处的耐磨性及安装方便，聚氨酯内衬具有回弹性，待冷却后可实现内衬管与立管内壁紧密贴合张紧，可靠的连接在一起，聚氨酯内衬采用纳米技术改良，具有无机纳米网络结构，由高强度纳米管状结构形成三维网络，有效的提高了材料的耐热性，材料的微观结构为层状硅酸盐，可有效的降低摩擦系数，并具有非常好的耐磨性能，其寿命可达耐磨橡胶衬里的4倍以上，无内衬钢质立管的10倍以上。

Description

一种用于海底采矿的高耐磨立管及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种海洋工程领域的生产立管，特别是关于一种用于海底采矿的高耐磨立管及其制作方法。

背景技术

海洋蕴含着丰富的矿藏资源，随着陆上资源的日趋枯竭，海底矿藏的开采逐步兴起，从石油、天然气到可燃冰及各种固体矿石，立管是将矿藏资源从海底输送到海面以上的海洋平台或船舶上的设施，近些年随着海洋开发的逐渐深入，立管已经是深海矿藏资源开发的最关键设施。

深海中蕴藏的石油和天然气在开采和输送的过程中，会携带固体颗粒，对管道内壁造成严重的冲蚀，在采集海底固体矿石时，将矿石利用水力输送或气力输送至海面的过程中，对立管的内壁也会造成严重的冲蚀，现有立管在设计过程中只考虑了不同介质对立管的腐蚀作用，并未考虑固体介质对管道内壁的冲蚀作用，因而可能导致管道在长期使用过程中由于冲蚀作用而失效，给生产带来巨大风险。

由于深海立管的工作压力随着水深的增加而不断增大，及海底矿藏的不确定性，深海立管对密封压力及耐磨性的要求均较高，传统带有内衬的耐磨管道使用压力都较低，其接头均采用非金属材料密封，密封能力不能满足深海耐磨立管的要求，目前也没有作为深海立管使用的先例。

发明内容

本发明旨在提供一种用于海底采矿的高耐磨立管及其制作方法。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案，一种用于海底采矿的高耐磨立管，所述立管包括输送流体的钢质管道、法兰接头和高分子材料内衬管，钢质管道和法兰接头的内表面衬有高分子材料挤压成型的内衬管，内衬管由高分子耐磨材料制成，所述立管的法兰接头为钢质锻件，法兰形式采用紧凑式法兰，法兰压紧后，端面贴合较好，法兰接头的端面采用凹凸面设计，所述法兰内侧设置凹凸面，带有凸面的凸面法兰内侧衬有耐磨层，带有凹面的凹面法兰在接近法兰端面处耐磨层加厚并设置一斜坡过度，内侧设置一凹槽与凸面法兰相配合，斜坡过度迎着来流方向使得接缝处不受冲刷，法兰内壁与输送介质接触的部分和管道内均衬有相同的高分子耐磨材料，所述钢质管道与凸面法兰和凹面法兰分别焊接连接成立管管段，立管管段之间连接时，不同立管管段的凸面法兰和凹面法兰连接，利用双头螺柱和螺母对凸面法兰和凹面法兰施加预紧力，凸面法兰与凹面法兰的法兰端面之间设有密封环形成密封面。

作为优选，所述高分子耐磨材料采用纳米聚氨酯材料制成，由高强度纳米管状结构形成三维网络，材料的微观结构为层状硅酸盐。

作为优选，内衬管采用的高分子耐磨材料为热塑性高分子材料。

一种用于海底采用的高耐磨立管的制作方法，包括以下步骤：

S1、将钢质管道与凸面法兰和凹面法兰进行焊接连接成立管管段；

S2、对立管管段的内表面进行抛丸除锈处理，处理等级不小于Sa2.5；

S3、将内衬材料通过挤压成型的方式预制成管状，其外径略大于钢质管道、凸面法兰和凹面法兰的内径，并在与凹面法兰相贴合的部分加厚，并采用机加工在凹面法兰上制作斜坡过渡段和凹槽；

S4、内衬管采用热塑性高分子材料，预成型的内衬管通过外力或加热变形后将其穿插入焊有法兰的钢质管道内部，内衬管和钢质管道间的间隙通过加热或压缩空气吹胀由热塑性高分子的记忆效应膨胀填充；

S5、立管管段之间连接时，不同立管管段的凸面法兰和凹面法兰连接，利用双头螺柱和螺母对凸面法兰和凹面法兰施加预紧力，凸面法兰与凹面法兰的法兰端面之间设有密封环形成密封面，保证两个法兰表面与密封环之间的表面一直处于压紧状态，并使得密封面处有足够的预紧力，保证密封效果。

本发明内衬管采用的高分子耐磨材料采用纳米技术改良的聚氨酯材料制成，由高强度纳米管状结构形成三维网络，有效的提高了材料的耐热性；材料的微观结构为层状硅酸盐，可有效的降低摩擦系数；高分子材料采用高耐磨聚氨酯材料制成，其耐磨性能达到传统耐磨橡胶内衬的4倍以上，达到无内衬钢管的10倍以上，高分子材料的使用温度范围为-50℃～100℃，带有凹面的法兰在接近法兰端面处耐磨层加厚并设置一斜坡过度，内侧设置一凹槽与凸面法兰测相配合，斜坡过度迎着来流方向使得接缝处不受冲刷，避免了接头处损坏过快，并且在接头处加厚，有效提高使用寿命。

本发明具有优异的耐磨性、低摩擦阻力，能够输送夹带有固体的流体，内衬层采用无机纳米材料改良的聚氨酯，材料密度小，重量轻，同时本发明可在3000m水深的深海使用并可用于开采海底含砂量较高的石油、天然气资源和采用水力输送的固体矿藏，采用内侧凹凸面设计，法兰安装对中较为容易，内侧耐磨层也采用凹凸面配合，并在接头处加厚，能有效的减少接缝处的磨损，并延长接头处耐磨层的寿命；本发明施工简单方便，其连接方式较易实现，相比于橡胶内衬和金属耐磨钢管还具有运行维护费用低、安全性高等特点。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中：1、钢质管道；2、螺母；3、密封环；4、内衬管；5、双头螺柱；6、凸面法兰；7、凹面法兰。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，一种用于海底采矿的高耐磨立管，所述立管包括输送流体的钢质管道1、法兰接头和高分子材料内衬管4，钢质管道1和法兰接头的内表面衬有高分子材料挤压成型的内衬管4，内衬管4由高分子耐磨材料制成，所述立管的法兰接头为钢质锻件，法兰形式采用紧凑式法兰，法兰压紧后，端面贴合较好，法兰接头的端面采用凹凸面设计，所述法兰内侧设置凹凸面，带有凸面的凸面法兰6内侧衬有耐磨层，带有凹面的凹面法兰7在接近法兰端面处耐磨层加厚并设置一斜坡过度，内侧设置一凹槽与凸面法兰6相配合，斜坡过度迎着来流方向使得接缝处不受冲刷，法兰内壁与输送介质接触的部分和管道内均衬有相同的高分子耐磨材料，所述钢质管道1与凸面法兰6和凹面法兰7分别焊接连接成立管管段，立管管段之间连接时，不同立管管段的凸面法兰6和凹面法兰7连接，利用双头螺柱5和螺母2对凸面法兰6和凹面法兰7施加预紧力，凸面法兰6与凹面法兰7的法兰端面之间设有密封环3形成密封面。

作为优选，所述高分子耐磨材料采用纳米聚氨酯材料制成，由高强度纳米管状结构形成三维网络，材料的微观结构为层状硅酸盐。

作为优选，内衬管4采用的高分子耐磨材料为热塑性高分子材料。

一种用于海底采用的高耐磨立管的制作方法，包括以下步骤：

S1、将钢质管道与凸面法兰和凹面法兰进行焊接连接成立管管段；

S2、对立管管段的内表面进行抛丸除锈处理，处理等级不小于Sa2.5；

S3、将内衬材料通过挤压成型的方式预制成管状，其外径略大于钢质管道、凸面法兰和凹面法兰的内径，并在与凹面法兰相贴合的部分加厚，并采用机加工在凹面法兰上制作斜坡过渡段和凹槽；

S4、内衬管采用热塑性高分子材料，预成型的内衬管通过外力或加热变形后将其穿插入焊有法兰的钢质管道内部，内衬管和钢质管道间的间隙通过加热或压缩空气吹胀由热塑性高分子的记忆效应膨胀填充；

S5、立管管段之间连接时，不同立管管段的凸面法兰和凹面法兰连接，利用双头螺柱和螺母对凸面法兰和凹面法兰施加预紧力，凸面法兰与凹面法兰的法兰端面之间设有密封环形成密封面，保证两个法兰表面与密封环之间的表面一直处于压紧状态，并使得密封面处有足够的预紧力，保证密封效果。

本发明内衬管采用的高分子耐磨材料采用纳米技术改良的聚氨酯材料制成，由高强度纳米管状结构形成三维网络，有效的提高了材料的耐热性；材料的微观结构为层状硅酸盐，可有效的降低摩擦系数；高分子材料采用高耐磨聚氨酯材料制成，其耐磨性能达到传统耐磨橡胶内衬的4倍以上，达到无内衬钢管的10倍以上，高分子材料的使用温度范围为-50℃～100℃，带有凹面的法兰在接近法兰端面处耐磨层加厚并设置一斜坡过度，内侧设置一凹槽与凸面法兰测相配合，斜坡过度迎着来流方向使得接缝处不受冲刷，避免了接头处损坏过快，并且在接头处加厚，有效提高使用寿命。

本发明具有优异的耐磨性、低摩擦阻力，能够输送夹带有固体的流体，内衬层采用无机纳米材料改良的聚氨酯，材料密度小，重量轻，同时本发明可在3000m水深的深海使用并可用于开采海底含砂量较高的石油、天然气资源和采用水力输送的固体矿藏，采用内侧凹凸面设计，法兰安装对中较为容易，内侧耐磨层也采用凹凸面配合，并在接头处加厚，能有效的减少接缝处的磨损，并延长接头处耐磨层的寿命；本发明施工简单方便，其连接方式较易实现，相比于橡胶内衬和金属耐磨钢管还具有运行维护费用低、安全性高等特点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于海底采矿的高耐磨立管，其特征在于，所述立管包括输送流体的钢质管道、法兰接头和高分子材料内衬管，钢质管道和法兰接头的内表面衬有高分子材料挤压成型的内衬管，内衬管由高分子耐磨材料制成，所述立管的法兰接头为钢质锻件，法兰形式采用紧凑式法兰，法兰压紧后，端面贴合较好，法兰接头的端面采用凹凸面设计，所述法兰内侧设置凹凸面，带有凸面的凸面法兰内侧衬有耐磨层，带有凹面的凹面法兰在接近法兰端面处耐磨层加厚并设置一斜坡过度，内侧设置一凹槽与凸面法兰相配合，斜坡过度迎着来流方向使得接缝处不受冲刷，法兰内壁与输送介质接触的部分和管道内均衬有相同的高分子耐磨材料，所述钢质管道与凸面法兰和凹面法兰分别焊接连接成立管管段，立管管段之间连接时，不同立管管段的凸面法兰和凹面法兰连接，利用双头螺柱和螺母对凸面法兰和凹面法兰施加预紧力，凸面法兰与凹面法兰的法兰端面之间设有密封环形成密封面。

2.根据权利要求2所述的高耐磨立管，其特征在于，所述高分子耐磨材料采用纳米聚氨酯材料制成，由高强度纳米管状结构形成三维网络，材料的微观结构为层状硅酸盐。

3.根据权利要求3所述的高耐磨立管，其特征在于，内衬管采用的高分子耐磨材料为热塑性高分子材料。

4.一种用于海底采用的高耐磨立管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将钢质管道与凸面法兰和凹面法兰进行焊接连接成立管管段；

S2、对立管管段的内表面进行抛丸除锈处理，处理等级不小于Sa2.5；

S3、将内衬材料通过挤压成型的方式预制成管状，其外径略大于钢质管道、凸面法兰和凹面法兰的内径，并在与凹面法兰相贴合的部分加厚，并采用机加工在凹面法兰上制作斜坡过渡段和凹槽；

S4、内衬管采用热塑性高分子材料，预成型的内衬管通过外力或加热变形后将其穿插入焊有法兰的钢质管道内部，内衬管和钢质管道间的间隙通过加热或压缩空气吹胀由热塑性高分子的记忆效应膨胀填充；

S5、立管管段之间连接时，不同立管管段的凸面法兰和凹面法兰连接，利用双头螺柱和螺母对凸面法兰和凹面法兰施加预紧力，凸面法兰与凹面法兰的法兰端面之间设有密封环形成密封面，保证两个法兰表面与密封环之间的表面一直处于压紧状态，并使得密封面处有足够的预紧力，保证密封效果。