CN112377114A - 一种柔性立管抗拉铠装层交织型连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性立管抗拉铠装层交织型连接方法，所述的柔性立管包括骨架层，密封内衬套，抗压铠装层和两层抗拉铠装层，其特征在于，两层抗拉铠装层包括第一抗拉铠装层和第二抗拉铠装层，两个抗拉铠装层之间直接正交交织连接，内外交织缠绕，内层与外层缠绕方向相反，连接方法为：相邻两根钢条，一根从内侧开始以一定方向扭转，并扭转到外侧，再从外侧扭转到内侧；另一根从外侧开始以相反方向扭转，并扭转到内侧，再扭转到外侧，以此类推，两根钢条内外交织缠绕。
Description
技术领域
本发明属于柔性立管抗拉铠装层技术领域，具体一种非粘性柔性立管抗拉铠装层的连接方法
背景技术
立管系统作为连接水下油气生产系统和浮式生产储卸油装置的关键结构。立管系统分为钢性立管和柔性立管，其中，钢性立管的生产建造、安装、维修和维护周期长且费用高，难以回收，且容易受到复杂海况影响。柔性立管具有强抗腐蚀能力，相对钢性立管，更加轻便，易于安装、维修、维护和回收利用，在深海油气开发领域得到了广泛的使用，目前80％油田的立管系统采用的是柔性立管。
柔性立管又分为粘性柔性立管和非粘性柔性立管，二者均具有多层不同形状和材料的复合结构组成。粘性柔性立管通过物理挤压或者化学工艺将各层进行粘合处理，相邻层间不能发生相互分离和滑移。非粘性柔性立管各层按照一定顺序进行惊喜装配，相邻层之间无粘性允许相互分离和滑移，具有更好的灵活性能够承受更大的轴向力和弯矩，适用范围更广，造价更低。
常规的非粘性柔性立管的组成包括：骨架层、抗压铠装层、抗拉铠装层、防摩擦层、防腐蚀层、内外部护套层等共同构成。其中，抗拉铠装层一般为两层正交的条带式钢索沿圆柱螺旋线缠绕形成，其缠绕角度在30～40度之间，主要用于抵御柔性立管由于浮体运动产生的张力，保护立管系统安全运营。
发明内容
本发明提供一种新型的抗拉铠装层正交交织型连接方法，提高抗拉铠装层的连接性，降低由于环境和浮体运动导致柔性立管的层间摩擦和滑移，使层与层之间发生错位问题。技术方案如下:
一种柔性立管抗拉铠装层交织型连接方法，所述的柔性立管包括骨架层，密封内衬套，抗压铠装层和两层抗拉铠装层，其特征在于，两层抗拉铠装层包括第一抗拉铠装层和第二抗拉铠装层，两个抗拉铠装层之间直接正交交织连接，内外交织缠绕，内层与外层缠绕方向相反，连接方法为：相邻两根钢条，一根从内侧开始以一定方向扭转，并扭转到外侧，再从外侧扭转到内侧；另一根从外侧开始以相反方向扭转，并扭转到内侧，再扭转到外侧，以此类推，两根钢条内外交织缠绕。
本发明针对柔性立管的抗拉铠装层由于复杂的环境荷载和浮体运动导致其铠装层发生错位而使柔性立管整体抗性降低的问题，提出了一种设计合理、结构简单、易于实现、能耗低、耗材少的柔性立管抗拉铠装层双层交织型的新型连接方法。本发明的有益效果为：
1.本发明的新型抗压铠装层形状结构简单，设计合理，能耗低、耗材少、易于实现，有效减少了顺时针抗拉铠装层与逆时针抗压铠装层之间的层间摩擦和滑移，同时也减少了抗拉铠装层与内外护套之间的接触间隙，能够提高了柔性立管的使用寿命。
2.本发明的新型抗拉铠装层自缠绕连接方法设计科学合理，使两层正交的抗拉铠装层紧密连接，不会因为复杂环境荷载或浮体剧烈运动而发生错位的现象，提高抗拉铠装层的抵御台风等极端海况的能力，进而提高整个柔性立管的安全性能，保证油气生产的正常运营。
附图说明
图1柔性立管整体结构示意图
图2拉伸铠装层缠绕路径示意图
图3拉伸铠装层缠绕路径模拟图
图4常规抗拉铠装层示意图
图5新型交织型抗拉铠装层正视图
图6新型交织型抗拉铠装层三维示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例子对本发明做进一步详细说明，以便清楚理解本发明技术方法。
柔性立管是连接海底水下生产系统和水上浮式生产系统的关键结构。水上浮式生产系统包括FPSO(浮式生产储卸油装置)、浮式平台、半潜式平台或张力腿平台等。柔性立管可以在水平和垂直方向移动，灵活性较强，能够很好地抵御浮体运动和复杂环境引起的外部荷载。
图1所示为常规多层柔性立管1的示意图，由内向外分别为：以承受内部荷载及自重的骨架层1-1，防止内部流体泄露的密封内衬套1-2，以及承受外部荷载的铠装层，包括抗压铠装层1-3和抗拉铠装层1-5和外层抗拉铠装层1-7，正交缠绕的两层抗拉铠装层，即内抗拉铠装层1-5和外抗拉铠装层1-7配合使用可以起到抗扭抗拉的作用，抗压耐摩擦层1-4和抗拉耐摩擦层1-6减少层间摩擦影响，外层护套1-8防止外部环境导致腐蚀或破坏。内抗拉铠装层1-5和外抗拉铠装层1-7位于柔性立管的抗压耐摩擦层1-4和外层护套1-8之间，中间夹有抗拉耐摩擦层1-6，通常由正交缠绕的条形不锈钢制成。抗拉压铠装层1-5和1-7承担着抵御柔性立管1外部拉力和扭转荷载的功效，是柔性立管1最主要的功能性结构之一。抗拉铠装层1-5和1-7的抗拉伸和抗扭转强度直接关系着柔性立管的整体的结构强度，是保证海洋油气安全生产和运营的关键。
图2所示为抗拉铠装层1-5和1-7缠绕路径示意图。内抗拉铠装层1-5的抗拉钢带C-1按照A-2的缠绕路径，外抗拉铠装层1-7的外层抗拉钢带C-2按照A-1的缠绕路径，进行缠绕，图3(a)所示为常规内外抗拉铠装层1-5/1-7其中某一抗拉钢带C-1/C-2的缠绕示意图。新型正交交织型铠装层无内外之分，根据缠绕路径的顺逆时针方向定义正交交织型铠装层的内外层。新型交织型抗拉铠装层内层1-5的抗拉钢带C-1按照顺时针路径B-2的缠绕路径，抗拉铠装层外层1-7的抗拉钢带C-2按照逆时针路径B-1的缠绕路径，进行缠绕，如图3(b)所示为新型交织型抗拉铠装层1-5/1-7其中某一抗拉钢带C-1/C-2的缠绕示意图。常规抗拉铠装层的缠绕路径A-1和A-2是底面和顶面半径相同的螺旋线，螺旋线缠绕角度可根据管道的尺度设置，一般缠绕角度为80°。新型正交交织型抗拉铠装层的缠绕路径B-1和B-2是常规的螺旋线和正弦曲线的结合，如图2(a)俯视图所示，在原来螺旋线的基础上加入正弦变化，使内外两层抗拉铠装层能够交织在一起。内外层抗拉钢带C-1和C-2的截面为矩形，当所有钢带按照设定的缠绕路径(A-1，A-2，B-1，B-2)进行缠绕，形成常规抗拉铠装层和新型抗拉铠装层的三维示意图如图4和图5所示。
图4所示为常规正交型抗拉铠装层1-5和1-7的缠绕形式示意图，内抗拉铠装层1-5和外抗拉铠装层1-7均为条形不锈钢材料，矩形截面，内外两层以80°正交缠绕，中间夹有抗拉耐摩擦层1-6。
图5所示为新型正交交织型第一抗拉铠装层2-5和第二抗拉铠装层2-7的结构正视图，新型抗拉铠装层连接方法简单，整体以70°螺旋角度，内外交织缠绕，内层一般为顺时针缠绕B-2，外层一般为逆时针缠绕B-1，中间无抗拉耐摩擦层1-6，其三维连接效果图如图6所示。
第一抗拉压铠装层2-5与第二抗拉铠装层2-7直接交织连接，省去了原本用于防止内外抗拉铠装层之间相互摩擦的抗拉耐摩擦层1-6，间接减少了柔性立管抗拉铠装层之间不必要的摩擦。新型双层正交交织型抗拉铠装层利用交织对称缠绕的形式进行互锁连接，互锁形式如图5所示，第一抗拉铠装层2-5逆时针旋转，第二抗拉铠装层2-7顺时针旋转，去掉中间抗拉耐摩擦层1-6，两者相互交织缠绕，互相连接。
柔性立管的整体抗拉性能主要由抗拉铠装层决定，抗拉铠装层的错位降低了其原本的抗拉能力，容易导致柔性立管因为张力多大而发生断裂破坏。其次，新的正交交织型抗拉铠装层连接方法简单，减少了层与层之间不必要的摩擦，从而减少材料使用，降低制造成本，通过交织型抗拉铠装层的连接方法，使原本两个正交叠加的抗拉铠装层以新的自锁形式相互咬合，减少了抗拉铠装层之间抗摩擦层和内外层保护套之间的摩擦和滑移的损耗，提高了抗拉铠装层整体的连接性，有效提高了柔性立管整体的抵御张力/拉力荷载的能力。
新型正交交织型抗拉铠装层2-5和2-6的连接方法采用相互互锁交织形式进行连接，比常规抗拉铠装层具有以下优势：
1)新型正交交织型抗拉铠装层比起常规抗拉铠装层减少了抗拉耐摩擦层，具有更少的层数，减少了不必要的层间接触和滑移问题，抗拉铠装层之间交织互锁更紧密，同时避免了柔性立管由于大位移运动响应导致两层抗拉铠装层发生错位，而导致柔性立管整体抗性下降的问题，在一定程度上提高了柔性立管的结构强度。
2)新型正交交织型连接形式更加牢固，不仅没有限制了抗拉铠装层在水平和垂直方向上的运动，还很好地提高了柔性立管的灵活性。
3)新型正交交织型连接形式耗材更少，结构简单，不需要借助其他材料的前提下实现了自身结构强度的提高，具有较好的实用性和经济性。
Claims (1)
1.一种柔性立管抗拉铠装层交织型连接方法，所述的柔性立管包括骨架层，密封内衬套，抗压铠装层和两层抗拉铠装层，其特征在于，两层抗拉铠装层包括第一抗拉铠装层和第二抗拉铠装层，两个抗拉铠装层之间直接正交交织连接，内外交织缠绕，内层与外层缠绕方向相反。连接方法为：相邻两根钢条，一根从内侧开始以一定方向扭转，并扭转到外侧，再从外侧扭转到内侧；另一根从外侧开始以相反方向扭转，并扭转到内侧，再扭转到外侧，以此类推，两根钢条内外交织缠绕。
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