CN117588616A - 一种具有防松螺栓的管路系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于管道连接技术领域，具体提供了一种具有防松螺栓的管路系统及方法，包括多段管道、防松螺栓、监测设备和控制器；多段管道通过法兰盘首尾依次对接，法兰盘具有沿管道周向的多个螺孔；防松螺栓沿管道周向均布，防松螺栓用于穿过相邻法兰盘中的螺孔，以固定相邻管道；防松螺栓具有贯穿自身的通孔，通孔平行于防松螺栓的轴向且相对于防松螺栓的轴向偏置；通孔中固定有光纤光栅传感器；监测设备与光纤光栅传感器信号连接，以监测光纤光栅传感器的应变；管道沿周向的其中一侧为待破坏区域，待破坏区域的防松螺栓处安装有旋转动力件，旋转动力件能够驱动与其连接的防松螺栓旋转；待破坏区域外的防松螺栓的通孔处于靠近管道中心的一侧。

Description

一种具有防松螺栓的管路系统及方法

技术领域

本申请属于管道连接技术领域，具体提供了一种具有防松螺栓的管路系统及方法。

背景技术

石油天然气等燃料的输送依赖于输送管道的铺设。以石油输送管道为例，其具有多节管道，多节相邻管道之间通过端面的法兰盘对接，并利用螺栓和螺母实现相邻法兰盘的锁止。为了实现管道连接处的密封，一般需要在相邻法兰盘之间放置密封垫，并且利用螺栓的锁紧力将密封垫压紧，以避免石油泄露。

发明人了解到，管道安装过程中，容易因为尺寸误差造成螺栓与法兰盘的垂直度误差较大。当管道内部输送的液体或者气体为高压状态时，高压流体会对管壁以及管道连接处施加较大的压力，该高压压力的分力会使得螺栓承受弯矩。另外管道容易同样因为地表沉降不均匀而造成相邻管道轴线不重合，也使得螺栓承受弯矩。

发明人试图采用光线光栅螺栓来时刻监测螺栓的应变，在螺栓变形过大时，即使通知维护人员进行处理。但对于部分埋设于地下或者管廊中的管道来说，从光线光栅传感器信号的异常到管道连接结构破坏并大量泄漏的窗口期较短，维护人员难以在短时间完成对于管道的维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有防松螺栓的管路系统及方法，以至少解决上述技术问题之一。

为了解决现有技术中的上述问题，第一方面，本发明提供一种具有防松螺栓的管路系统，包括多段管道、多个防松螺栓、监测设备和控制器。多段管道通过法兰盘首尾依次对接，所述法兰盘具有沿管道周向的多个螺孔；所述防松螺栓沿管道的周向均布，所述防松螺栓用于穿过相邻法兰盘中的螺孔，以固定相邻管道；所述防松螺栓具有贯穿自身的通孔，所述通孔平行于防松螺栓的轴向且相对于防松螺栓的轴向偏置；所述通孔中固定有光纤光栅传感器。

监测设备与光纤光栅传感器信号连接，以监测光纤光栅传感器的应变；所述管道沿周向的其中一侧为待破坏区域，所述待破坏区域的防松螺栓处安装有旋转动力件，所述旋转动力件能够驱动与其连接的防松螺栓旋转，以使得待破坏区域的防松螺栓在处于靠近管道中心一侧与远离管道中心一侧之间切换；待破坏区域外的防松螺栓的通孔处于靠近管道中心的一侧；控制器用于接收监测设备的信号，并控制旋转动力件动作。

第二方面，本发明还提供一种管路系统的使用方法，用于实现第一方面中管路系统使用；该管路系统的使用方法包括以下步骤：

步骤1，选取管道安装位置，沿相邻管道端面处的周向选取待破坏区域；

步骤2，将相邻管道通过防松螺栓固定，使得所有防松螺栓的通孔处于靠近管道中心一侧；并将所述管路系统的其余结构安装完毕；

步骤3，利用监测设备监测光纤光栅传感器的应变，控制器根据光纤光栅传感器的应变信息获得防松螺栓的变形；

步骤4，当控制器发现任一防松螺栓变形大于设定阈值时，控制旋转驱动件旋转，将待破坏区域的防松螺栓旋转至通孔朝向远离管道中心的一侧；且控制器发出管道即将破坏的信号；

步骤5，待破坏区域防松螺栓的外侧结构强度小于内侧结构强度，进而使得待破坏区域的防松螺栓向管道外侧拱起并破坏。

以上一个或多个技术方案的有益效果：

本方案中，利用沿管道周向的多个防松螺栓来连接相邻管道；防松螺栓具有贯穿自身的通孔，该通孔平行于防松螺栓的轴向且相对于防松螺栓的轴向偏置，通孔中固定有光纤光栅传感器。这种设置方式中，防松螺栓设置有通孔一侧的结构强度较低，进而设置有通孔的一侧容易受到弯矩而发生变形，并引导整个防松螺栓变形毁损。当防松螺栓的主体结构发生拉伸以及弯曲变形时，该光纤光栅传感器能够同步产生应变，监测设备能够监测因为光线光栅传感器应变产生的信号变化，进而控制器根据光纤光栅的信号变化来监测防松螺栓的形变。

本方案中，待破坏区域的防松螺栓能够受旋转动力件驱动而在处于靠近管道中心一侧与远离管道中心一侧之间切换；待破坏区域外的防松螺栓的通孔处于靠近管道中心的一侧；这种设置方式能够在初始阶段使得所有防松螺栓的通孔均处于靠近管道中心的一侧，降低防松螺栓在通孔所在位置承受的弯矩，降低放松螺栓弯曲变形的概率。当任一螺栓变形程度大于预设阈值时，本方案能够控制旋转动力件驱动待破坏区域的螺栓旋转，进而使得该待破坏区域防松螺栓处于远离管道中心的外侧，其防松螺栓在通孔区域承受更大的弯矩，更容易拉伸破坏，使得管道能够定向破坏并将泄漏油液等流体引导至预先设定的方向进行排放。

附图说明

下面参照附图来描述本申请的部分实施例，附图中：

图1是本发明实施例中整体结构的连接示意图；

图2是本发明实施例中防松螺栓的剖视图；

图3是本发明实施例防松螺栓去除光纤光栅传感器后的示意图；

图4是本发明实施例中管道从靠近储液坑一侧发生防松螺栓变形以形成泄漏口的示意图；

图5是本发明实施例中靠近储液坑一侧的防松螺栓断裂的示意图。

图中，1、支撑架；2、第一管道；3、法兰盘；4、螺母；5、防松螺栓；6、第二管道；51、螺纹段；52、光轴段；53、光纤光栅传感器；541、第一孔部；542、第二孔部；544、通孔；7、底座；8、驱动电机；9、储液坑。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，下文所描述的实施例仅仅是本申请的优选实施例，并不表示本申请仅能通过该优选实施例实现，该优选实施例仅仅是用于解释本申请的技术原理，并非用于限制本申请的保护范围。基于本申请提供的优选实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所获得的其它所有实施例，仍应落入到本申请的保护范围之内。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“顶部”“底部”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图5所示，本申请的一种典型实施例提供一种具有防松螺栓5的管路系统，包括多段管道、多个防松螺栓5、监测设备和控制器。多段管道通过法兰盘3首尾依次对接，所述法兰盘3具有沿管道周向的多个螺孔；所述防松螺栓5沿管道的周向均布，所述防松螺栓5用于穿过相邻法兰盘3中的螺孔，以固定相邻管道；所述防松螺栓5具有贯穿自身的通孔544，所述通孔544平行于防松螺栓5的轴向且相对于防松螺栓5的轴向偏置；所述通孔544中固定有光纤光栅传感器53。

具体地，参见图1，相邻的两个管道分别为第一管道和第二管道，该第一管道和第二管道分别通过支撑架支撑，该支撑架的下端通过底座支撑。

此处的法兰盘分别为第一法兰盘和第二法兰盘，该第一管道的端面设置第一法兰盘，第二管道的端面设置第二法兰盘，第一法兰盘和第二法兰盘的端面对接。在第一法兰盘和第二法兰盘处分别设置沿相应管道周向布置的螺孔。当第一法兰盘和第二法兰盘对接之后，两个法兰盘的螺孔相互对接，然后插入相应的防松螺栓即可。

监测设备与光纤光栅传感器53信号连接，以监测光纤光栅传感器53的应变；所述管道沿周向的其中一侧为待破坏区域，所述待破坏区域的防松螺栓5处安装有旋转动力件，所述旋转动力件能够驱动与其连接的防松螺栓5旋转，以使得待破坏区域的防松螺栓5在处于靠近管道中心一侧与远离管道中心一侧之间切换；待破坏区域外的防松螺栓5的通孔544处于靠近管道中心的一侧；控制器用于接收监测设备的信号，并控制旋转动力件动作。

具体的，本实施例在的旋转动力件可以采用驱动电机，也可以采用液压马达或者启动马达等。

以驱动电机为例，该驱动电机的输出轴与相适配的防松螺栓的端头通过联轴器连接。

本实施例中，还包括储液坑9，其设于相邻管道连接处的待破坏区域，以接收从待破坏区域流出的液体。

本实施例中，所述通孔544轴线与防松螺栓5轴线所在的平面穿过管道的中轴线。

本实施例中，所述防松螺栓5为双头螺栓，所述双头螺栓的两端为螺纹段51，双头螺栓的中部为光轴段52，所述通孔544在螺纹段51与光线光栅传感器固定，所述通孔544在光轴段52与光线光栅传感器不固定。

参见图2和图3，本实施例中防松螺栓为双头螺栓的基础上，在防松螺栓的两端都需要套设螺栓，利用螺栓从防松螺栓两端锁紧第一法兰盘和第二法兰盘即可。

本实施例中，所述通孔544为阶梯孔，所述阶梯孔包括设于防松螺栓5两端的第一孔部541以及设于防松螺栓5中部的第二孔部542，所述第一孔部541的直径小于第二孔部542的直径。

本实施例中，还包括沿管道周向均布设置的平衡螺栓(图中未示出)，每个所述防松螺栓5位置设有一个所述平衡螺栓，所述平衡螺栓具有贯穿自身的第二通孔，所述第二通孔平行于平衡螺栓的轴向且相对于平衡螺栓的轴向偏置；平衡螺栓的第二通孔处于远离管道中心的一侧。这种设置方式将防松螺栓和平衡螺栓配套使用，在正常使用状态下，防松螺栓和平衡螺栓中的通孔分别朝向靠近管道中心以及远离管道中心的一侧，这种设置方式使得沿管道的径向，防松螺栓和平衡螺栓的结构强度能够有效互补，提高整个管道连接的强度。

本实施例中，所述第二通孔轴线与平衡螺栓轴线所在的平面穿过管道的中轴线。

本实施例中，所述平衡螺栓与相邻的防松螺栓5组成螺栓组件，相邻螺栓组件的间距大于同一螺栓组件中防松螺栓5和平衡螺栓的间距。

工作原理：在初始状态下，所有防松螺栓中通孔处于靠近管道中心的一侧，即防松螺栓因设置通孔而造成结构削弱的部分靠近管道的中心。当第一管道和第二管道的连接处受内部液体压力或者管道沉降外力而有变形的趋势时，防松螺栓在管道外侧部分承受的弯矩会大于其在管道内侧部分承受的弯矩；将防松螺栓的通孔设置于靠近管道的内侧，能够降低其受弯矩破坏的概率。

本方案中，在任一防松螺栓弯曲变形较大时，能够定向降低待破坏区域的连接强度：即将待破坏区域的防松螺栓旋转至通孔朝向远离管道中心的一侧，使其承担更大的弯矩，进而发生弯曲变形，甚至发生断裂。

当待破坏区域的防松螺栓变形破坏后，会实现管道内部的泄压，并能够定向将泄漏出额定流体排出至储液坑。当待破坏区域的防松螺栓发生破坏时，控制器通知远程控制终端，提醒维护人员采用人工或者维护系统自动将管路的阀门切断。

本实施例还提供一种管路系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，选取管道安装位置，沿相邻管道端面处的周向选取待破坏区域。

步骤2，将相邻管道通过防松螺栓5固定，使得所有防松螺栓5的通孔544处于靠近管道中心一侧；并将所述管路系统的其余结构安装完毕；

步骤3，利用监测设备监测光纤光栅传感器53的应变，控制器根据光纤光栅传感器53的应变信息获得防松螺栓5的变形。

步骤4，当控制器发现任一防松螺栓5变形大于设定阈值时，控制旋转驱动件旋转，将待破坏区域的防松螺栓5旋转至通孔544朝向远离管道中心的一侧；且控制器发出管道即将破坏的信号。

步骤5，待破坏区域防松螺栓5的外侧结构强度小于内侧结构强度，进而使得待破坏区域的防松螺栓5向管道外侧拱起并破坏。

步骤2中，待破坏区域的一侧设置储液坑9，以接收从待破坏区域流出的液体。

至此，已经结合前文的优选实施例描述了本申请的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请的保护范围并不仅限于上述优选实施例。在不偏离本申请技术原理的前提下，本领域技术人员可以对上述优选实施例中的技术方案进行拆分和组合，也可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，凡在本申请的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有防松螺栓的管路系统，其特征在于，包括：

多段管道，多段管道通过法兰盘首尾依次对接，所述法兰盘具有沿管道周向的多个螺孔；

多个防松螺栓，所述防松螺栓沿管道的周向均布，所述防松螺栓用于穿过相邻法兰盘中的螺孔，以固定相邻管道；

所述防松螺栓具有贯穿自身的通孔，所述通孔平行于防松螺栓的轴向且相对于防松螺栓的轴向偏置；所述通孔中固定有光纤光栅传感器；

监测设备，其与光纤光栅传感器信号连接，以监测光纤光栅传感器的应变；

所述管道沿周向的其中一侧为待破坏区域，所述待破坏区域的防松螺栓处安装有旋转动力件，所述旋转动力件能够驱动与其连接的防松螺栓旋转，以使得待破坏区域外的防松螺栓的通孔处于靠近管道中心的一侧；

控制器，其用于接收监测设备的信号，并控制旋转动力件动作。

2.根据权利要求1所述的具有防松螺栓的管路系统，其特征在于，还包括储液坑，其设于相邻管道连接处的待破坏区域，以接收从待破坏区域流出的液体。

3.根据权利要求1所述的具有防松螺栓的管路系统，其特征在于，所述通孔轴线与防松螺栓轴线所在的平面穿过管道的中轴线。

4.根据权利要求1所述的具有防松螺栓的管路系统，其特征在于，所述防松螺栓为双头螺栓，所述双头螺栓的两端为螺纹段，双头螺栓的中部为光轴段，所述通孔在螺纹段与光线光栅传感器固定，所述通孔在光轴段与光线光栅传感器不固定。

5.根据权利要求1所述的具有防松螺栓的管路系统，其特征在于，所述通孔为阶梯孔，所述阶梯孔包括设于防松螺栓两端的第一孔部以及设于防松螺栓中部的第二孔部，所述第一孔部的直径小于第二孔部的直径。

6.根据权利要求1所述的具有防松螺栓的管路系统，其特征在于，还包括沿管道周向均布设置的平衡螺栓，每个所述防松螺栓位置设有一个所述平衡螺栓，所述平衡螺栓具有贯穿自身的第二通孔，所述第二通孔平行于平衡螺栓的轴向且相对于平衡螺栓的轴向偏置；平衡螺栓的第二通孔处于远离管道中心的一侧。

7.根据权利要求6所述的具有防松螺栓的管路系统，其特征在于，所述第二通孔轴线与平衡螺栓轴线所在的平面穿过管道的中轴线。

8.根据权利要求6所述的具有防松螺栓的管路系统，其特征在于，所述平衡螺栓与相邻的防松螺栓组成螺栓组件，相邻螺栓组件的间距大于同一螺栓组件中防松螺栓和平衡螺栓的间距。

9.一种如权利要求1-8中任意一项所述的具有防松螺栓的管路系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，选取管道安装位置，沿相邻管道端面处的周向选取待破坏区域；

步骤2，将相邻管道通过防松螺栓固定，使得所有防松螺栓的通孔处于靠近管道中心一侧；并将所述管路系统的其余结构安装完毕；

步骤3，利用监测设备监测光纤光栅传感器的应变，控制器根据光纤光栅传感器的应变信息获得防松螺栓的变形；

步骤4，当控制器发现任一防松螺栓变形大于设定阈值时，控制旋转驱动件旋转，将待破坏区域的防松螺栓旋转至通孔朝向远离管道中心的一侧；且控制器发出管道即将破坏的信号；

步骤5，待破坏区域防松螺栓的外侧结构强度小于内侧结构强度，进而使得待破坏区域的防松螺栓向管道外侧拱起并破坏。

10.根据权利要求9所述的管路系统的使用方法，其特征在于，步骤2中，待破坏区域的一侧设置储液坑，以接收从待破坏区域流出的液体。