CN205371937U - 一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器 - Google Patents

Abstract

一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，包括套装在管线外壁上的加强圈，加强圈包括两个相同结构且均为半圆形的上加强圈和下加强圈，上加强圈上设置有上连接板，下加强圈上设置有下连接板，上连接板和下连接板固定在一起，其中，所述上加强圈和下加强圈的长度方向的两端均为坡口形状。由于止裂器加强圈的两端为坡口形状，止裂器的壁厚和对钢管的约束力逐渐增加，使载荷均匀分布在止裂器上，避免发生环切，从而实现裂纹柔性止裂。其主要适用于0.72及以下设计系数，外径1422mm、X80及以上高钢级管线钢管的管线和储气库。通过在管线上安装该止裂器，能有效阻止高钢级管线延性裂纹的长程扩展，实现延性断裂的柔性止裂。

Description

一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器

技术领域

本实用新型涉及一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，属于油气输送管道断裂控制领域，主要用于阻止高钢级管线钢管道延性裂纹的长程扩展。

背景技术

天然气是一种清洁能源，也是一种易燃、易爆的危险介质，通常采用管道运输。管道运输具有运输量大、连续、迅速、经济、安全可靠的特点。但是管道在长期服役过程中，由于受到地层压力、腐蚀、疲劳、外部机械损伤等，易于造成管道开裂、泄漏等事故发生。高压天然气管道一旦长程开裂将造成巨大的灾难和损失，因此必须保证管道的安全运行。未来10至20年，我国对洁净能源天然气的需求将继续保持强劲增长势头，为了提高管道运输的经济性，天然气管道的发展趋势是高钢级、高压、大口径、大壁厚、大输量，以提高输送效率，降低建设成本，满足日益增长的市场需求。我国天然气管道用管线钢管近年来发展非常快，X70级别钢管在西气东输一线成功应用，西气东输二线管道工程大规模采用X80级别的钢管。目前我国正在积极推动X90、X100等高钢级管线钢管的工程应用。

天然气输送管道钢级、管径、设计系数的提高以及高压、富气输送工艺的采用，大大提高了运营效益，同时也给管道安全提出了更高的要求。输气管道一旦开裂，管内高压气体并不能立刻排空，而是由断裂点向两侧各产生一个减压波并向远端传播。由于气体减压波速低于裂纹扩展速度，裂纹尖端就会保持持续的高应力状态，裂纹也会持续的高速扩展，进而导致输气管道延性裂纹的长程扩展。现有的全尺寸气体爆破试验结果表明：对于高钢级管线钢(X80及以上管线钢)其难以依靠自身韧性进行止裂，这已经成为严重威胁管线安全并制约高钢级管线钢应用的瓶颈问题。

当管线钢自身的韧性不能保证阻止延性裂纹扩展时，需采用一些外部机械装置，即止裂器(CrackArrestor)来预防、阻止管道的延性裂纹长程扩展。根据在输气管道上的安装方法不同，止裂器可以分为两类：整体止裂器和非整体止裂器。整体止裂器通常由不同于主管道力学性能和几何尺寸的厚壁或高韧性管段或管环组成，成为管道的一部分。在已有的管线上安装整体止裂器需要对管线进行切割和重新焊接，耗费时间且成本高。此外，生产高韧性厚壁钢管存在工艺技术困难，需考虑不同级别、壁厚钢管的匹配和焊接可行性问题。而非整体止裂器的安装则相对简单，可用于已建管线和新建管线。另外，如果突然止裂会导致裂纹在进入止裂器时产生环切(ringoff)。即钢管被管内高压气流冲出沟槽，钢管沿环向开裂，从而对管线和周围环境造成严重后果，因此止裂器设计时应促进裂纹柔性止裂。

实用新型内容

为克服现有技术中的问题，本实用新型的目的是提供一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，该止裂器能够有效阻止高钢级管线钢管道延性裂纹的长程扩展，实现管线延性断裂的柔性止裂。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，包括套装在管线外壁上的加强圈，加强圈包括两个相同结构且均为半圆形的上加强圈和下加强圈，上加强圈与下加强圈连接在一起，其中，所述上加强圈和下加强圈的长度方向的两端均为坡口形状。

所述加强圈的长度≥管线钢管外径。

所述加强圈的壁厚、外径和管线壁厚、外径相同。

所述上加强圈上设置有上连接板，下加强圈上设置有下连接板，上连接板和下连接板固定在一起。

所述上加强圈与上连接板之间焊接有上加强筋，下加强圈与下连接板之间焊接有下加强筋。

所述上连接板和下连接板通过若干相配合的螺柱和螺母进行固定。

所述上连接板和下连接板的材质为X80管线钢板。

所述加强圈与管线无间隙配合；上加强圈与上连接板焊接在一起，下加强圈与下连接板焊接在一起。

所述上加强圈和下加强圈长度方向两端的形状为内坡口。

所述坡口的角度10°～25°。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：

对于正在建设的管线，本实用新型的加强圈可以在管线建设现场，直接利用主管线钢管切割制造，无需重复进行性能检验。针对已经投产的管线，则可以利用库房保存的低值易耗管材进行制造，无需重新订制，克服了耗时耗材的问题。由于止裂器加强圈的两端为坡口形状，止裂器的壁厚和对钢管的约束力逐渐增加，使载荷均匀分布在止裂器上，避免发生环切(ringoff)，从而实现裂纹柔性止裂。本实用新型所要解决的技术问题是针对大直径、高钢级别管线钢，提供一种钢套筒柔性止裂器装置，其主要适用于0.72及以下设计系数，外径1422mm、X80及以上高钢级管线钢管的管线和储气库。通过在管线上安装该止裂器，能有效阻止高钢级管线延性裂纹的长程扩展，实现延性断裂的柔性止裂。针对新建设的管线，该止裂器可以直接在管线现场进行加工制造。针对已经投产的管线，该止裂器的安装不需要对管线进行焊接，安装简单，安装过程中输气服务不中断。

进一步的，加强圈长度方向两端的形状设计为内坡口，坡口角度10°～25°。通过该设计加强圈的壁厚和对钢管的约束力逐渐增加，使载荷均匀分布在止裂器上，从而实现裂纹柔性止裂，避免主管线环切，钢管沿着径向开裂。

进一步的，管线钢材料X80具有较低的屈强比和较高的均匀延伸率，具有一定的强度和韧性，且自身止裂性能较好，故本实用新型用于紧固的连接板材料选用X80管线钢板。

进一步的，本专利中加强圈材料采用外径1422mm、同主管线钢管同钢级管圈加工制造。

附图说明

图1为套筒柔性止裂器装置的示意图；

图2为图1中钢套筒柔性止裂器装置的A向视图；

图3为图1中钢套筒柔性止裂器装置的B向视图；

图4为图1中钢套筒柔性止裂器装置的I处详图；

图5为图3中钢套筒柔性止裂器装置的II处详图；

图6为钢套筒柔性止裂器的上加强圈与上连接板焊接详图；

图7为钢套筒柔性止裂器的上加强筋焊接详图；

图8为钢套筒柔性止裂器的柔性止裂设计示意图(两端坡口)。

图中，1为上连接板，2为螺柱，3为管线，4为螺母，5为上加强筋，6为上加强圈，7为下加强圈，8为下加强筋，9为下连接板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

本实用新型中的大直径是指直径大于219mm，钢级高于X80钢级的为高钢级管线。

参见图1、图2、图3、图4和图8，本实用新型包括套装在管线3外壁上的加强圈，加强圈包括两个相同结构且均为半圆形的上加强圈6和下加强圈7，上加强圈6和下加强圈7均为半圆形，上加强圈6和下加强圈7组成为整体套装在管线外壁上。参见图6，上加强圈6上焊接有上连接板1，下加强圈7上焊接有下连接板9，上连接板1和下连接板9固定在一起，具体的，上连接板1和下连接板9通过若干相配合的螺柱和螺母进行固定。

其中，参见图5，所述上加强圈6和下加强圈7的长度方向的两端均内坡口形状，并且坡口的角度10°～25°。

参见图6和图7，所述上加强圈6与上连接板1之间焊接有上加强筋5，下加强圈7与下连接板9之间焊接有下加强筋8。

所述上连接板1和下连接板9的材质为X80管线钢板。

所述加强圈的壁厚、外径和管线壁厚、外径相同，加强圈的长度≥管线钢管外径，并且加强圈与管线无间隙配合；

本实用新型中螺柱为等长双头螺柱，并且通过螺母固定时加垫圈。

本实用新型中加强圈的尺寸：加强圈的壁厚、外径和管线3壁厚、外径相同，加强圈的长度≥管线钢管外径。安装时加强圈直径不得产生正偏差，与管线3外壁为无间隙配合，安装给主管线钢管一定的预应力。

本实用新型中加强圈的焊接：加强圈切口处与紧固连接板焊接在一起，并焊接加强筋。切口端部的坡口和焊接工艺严格按照该管线要求的焊接工艺规程进行，焊后需同时进行超声波检测和磁粉检测。

本实用新型的制造过程为：首先利用切割机将管圈切割为上下两个加强圈，切割后对切口和长度方向左右两侧进行处理，加工坡口。将上下两个加强圈安放在管线钢管外表面，焊接紧固端连接板和加强筋。通过螺栓连接固定安放在主管线钢管的加强圈，形成钢套筒柔性止裂器。并且切口端部的坡口和焊接工艺严格按照该管线要求的焊接工艺规程进行，焊后需同时进行超声波检测和磁粉检测。

针对新建设的管线，该止裂器可以直接在管线现场进行加工制造。针对已经投产的管线，该止裂器的安装不需要对管线进行切割，安装简单，安装过程中输气服务不中断。止裂器的两端为坡口形状，止裂器的壁厚和对钢管的约束力逐渐增加，使载荷均匀分布在止裂器上，避免发生环切(ringoff)，从而实现裂纹柔性止裂。

止裂器安装时，首先利用皮尺确定止裂器的安装位置，利用粉笔或油性笔确定位置。将加强圈安放在主管线的外表面，焊接紧固端连接板和加强筋，通过螺栓连接固定，形成钢套筒止裂器装置，对主管线钢管产生局部约束作用。采用螺栓紧固时应双侧对称进行。

对于加强圈的尺寸，根据PRCI的设计准则，加强圈材料推荐采用外径1422mm、同主管线钢管同钢级的管圈加工制造。加强圈的壁厚、外径和主管线壁厚、外径相同，加强圈的长度≥主管线钢管外径。安装时加强圈直径不得产生正偏差，与主管线外壁为无间隙配合。

本实用新型中的加强圈长度方向形状设计为内坡口，坡口角度15°±5°。通过该设计加强圈的壁厚和对钢管的约束力逐渐增加，从而实现裂纹柔性止裂，避免主管线环切，钢管沿着径向开裂。

加强圈采用螺母紧固时应双侧对称进行。

如图1所示，对于外径为1422mm，壁厚为28.5mm的储气库用X80管线钢管(即主管线)，加强圈由外径为1422mm的直缝管沿双侧中心线对切制作，加强圈的壁厚为28.5mm，主体长度为1500mm，总长为1655mm，具体见图1。

针对新建设的管线，该止裂器可以直接在管线现场进行加工制造。针对已经投产的管线，该止裂器的安装不需要对管线进行切割，安装简单，安装过程中输气服务不中断。本实用新型主要适用于0.72及以下设计系数，采用外径1422mm、X80及以上高钢级管线钢管的管线和储气库。通过在管线上安装该止裂器，可有效阻止高钢级管线延性裂纹的长程扩展，实现延性断裂的柔性止裂。

Claims (10)

1.一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，包括套装在管线外壁上的加强圈，加强圈包括两个相同结构且均为半圆形的上加强圈(6)和下加强圈(7)，上加强圈(6)与下加强圈(7)连接在一起，其中，所述上加强圈(6)和下加强圈(7)的长度方向的两端均为坡口形状。

2.根据权利要求1所述的一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述加强圈的长度≥管线钢管外径。

3.根据权利要求1所述的一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述加强圈的壁厚、外径和管线壁厚、外径相同。

4.根据权利要求1所述的一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述上加强圈(6)上设置有上连接板(1)，下加强圈(7)上设置有下连接板(9)，上连接板(1)和下连接板(9)固定在一起。

5.根据权利要求4所述的一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述上加强圈(6)与上连接板(1)之间焊接有上加强筋(5)，下加强圈(7)与下连接板(9)之间焊接有下加强筋(8)。

6.根据权利要求4所述的一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述上连接板(1)和下连接板(9)通过若干相配合的螺柱和螺母进行固定。

7.根据权利要求4所述的一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述上连接板(1)和下连接板(9)的材质为X80管线钢板。

8.根据权利要求4所述的一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述加强圈与管线无间隙配合；上加强圈(6)与上连接板(1)焊接在一起，下加强圈(7)与下连接板(9)焊接在一起。

9.根据权利要求1所述的一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述上加强圈(6)和下加强圈(7)长度方向两端的形状为内坡口。

10.根据权利要求1或9所述的一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，其特征在于，所述坡口的角度10°～25°。