CN208750272U - 用于管线修复的固定夹具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种用于修复管线的部段的夹具以及用于制备管线的方法。该夹具包含多个夹具部分(12)；以及设置在多个夹具部分(12)的至少一个的内表面(42)上的密封件(30)。所述夹具部分能够彼此紧固，使得随着所述密封件(30)靠在管线(20)的部段的表面，所述夹具部分和密封件配合而将所述管线(20)的部段包围进夹具部分之间的通道。所述夹具部分(12)包含聚合物基复合材料。

Description

用于管线修复的固定夹具

技术领域

本实用新型涉及一种夹具，其用于修复泄露以及加强管线(例如石油或天然气管线)中的管道。

背景技术

在石油和天然气行业，原材料和加工材料通过沿着管线的流动而运输，上述管线包含位于水下和地上的经连接的油管部段。由于侵蚀、腐蚀或机械损伤，油管部段间发性地产生泄露或薄弱点。

为了在无需停止管线工作的情况下修复泄露或薄弱点，一种以前提出的解决方法是用钢夹包住损坏的部段。然而，不管是在储存中还是在实地，金属夹具都易腐蚀。它们还增加修复结构的重量。根据尺寸的不同，它们还需要花费更多时间去制造和安装。于是，使用金属夹具修复会涉及很大的成本、复杂性和延长工期。

现在期望于能够提供一种用于修复管线部段的夹具，其能克服或缓解以上缺点，或至少提供一种有用的替代。

实用新型内容

在第一方面，本实用新型提供一种用于修复管线的部段的夹具，所述夹具包含：

多个夹具部分；以及

设置在多个夹具部分中的至少一个的内表面上的密封件；

其中，夹具部分彼此可紧固，随着密封件靠在管线的部段的表面，夹具部分和密封件配合而将管线的部段包围进夹具部分之间的通道；并且，

其中，夹具部分包含聚合物基复合材料。

在某些实施方案中，夹具部分的两个或更多个各自包含至少一个凸缘，通过紧固各个夹具部分的各自的凸缘，能够在管线部段上将夹具固定就位。所述凸缘可以各自具有在其中形成的至少一个孔，紧固件能够容纳在所述孔中以将各个凸缘紧固在一起。所述夹具部分可以是彼此相同的。优选有两个夹具部分。

所述夹具可以包含设置在每个夹具部分的内表面的密封构件。所述密封构件可以配置为相配合以共同形成围绕管线部段的圆周密封。每个密封构件可以包含：相对的第一端部部分和第二端部部分，以及在第一端部部分和第二端部部分之间延伸的相对的第一侧部分和第二侧部分。在某些实施方案中，至少一个封闭构件覆盖它所在的夹具部分的内表面。

密封构件的相邻对的各自的端部部分可以配置为彼此紧邻，使得端部部分共同形成围绕管道的圆周的连续的密封。

夹具的至少一对夹具部分可以通过铰链连接。

在本实用新型的实施方案中，夹具部分的至少一个是由围绕芯部材料的聚合物基复合壳体形成的。所述芯部材料可以选自：闭孔聚合物泡沫，复合泡沫塑料，或金属蜂窝材料，复合蜂窝材料或石墨蜂窝材料。

优选地，聚合物基复合材料包含纤维增强聚合物。

至少一个夹具部分可以在内部和/或外部填充有或涂覆有耐化学品材料和/或耐火材料和/或低渗透性材料。

在第二方面，本实用新型提供一种修复管线的部段的方法，所述方法包括：

提供根据任何上述实施方案的夹具；

将夹具部分布置在管线的部段的周围，并且

将夹具部分彼此紧固；

在密封件靠在管线部段的表面上的情况下，通过多个夹具部分和密封件配合而将管线的部段包围进夹具部分之间的通道。

所述方法可以进一步包括将浆液涂覆至夹具部分中的至少一个的内表面。例如，可以通过注入至通道中来涂覆浆液。所述浆液可以涂覆于由管道和夹具围住的环形区域。

所述方法可以进一步包括：在将夹具部分彼此紧固之前，将至少一层纤维材料或胶带材料应用至管线的部段的变弱或损坏的区域。

在进一步的方面，本实用新型提供制造用于修复管线的部段的夹具的方法，其包括：

形成多个夹具部分，所述夹具部分分别包括聚合物基复合材料；以及

在所述夹具部分的至少一个的内表面上设置密封件；

其中，所述夹具部分能够彼此紧固，使得在密封件靠在管线的部段的表面的情况下，所述夹具部分和密封件配合而将所述管线的部段包围进夹具部分之间的通道。

所述方法可以包含测量所述管线，并且基于上述测量的结果，形成上述夹具部分。

所述夹具部分可以由以下工艺中的一个或多个形成：真空树脂注塑，纤维缠绕，预浸工艺，湿态贴层工艺，或树脂传递模塑。

优选地，所述聚合物基复合材料包含纤维增强聚合物。

附图说明

结合示出了本实用新型可能的布置的附图，将更方便进一步描述本实用新型。本实用新型的其他布置也是可能的，从而附图的特殊性不该被认为可代替本实用新型的前面描述的一般性。

图1显示了根据实施方案的一种夹具，该夹具位于管线部段；

图2显示了夹具的一部分，该夹具正要进入与管线部段的接合；

图3显示了夹具的第一部分的等距视图；

图4显示了第一夹具部分的上投影视图；

图5显示了可替换的夹具部分的等距视图；

图6显示了在管线的弯曲处使用的夹具的可替换的实施方案；

图7显示了夹具的进一步可替换的实施方案，该夹具为部分开口配置；

图8显示了图7的夹具处于闭合配置；

图9是图7的夹具的截面图；

图10是夹具的另一种实施方案的截面图；

图11是夹具的另外实施方案的分解图；以及

图12是安装在管道部段上的图11的夹具的截面图。

具体实施方式

本实用新型的实施方案涉及一种夹具，该夹具包括具有弹性(例如橡胶、或其它的弹性材料或聚合材料)密封件的复合式半圆筒，所述半圆筒能够在管道的部段上组合成一体。夹具部分可以通过紧固件接合在一起，所述紧固件沿着夹具部分的长度在其凸缘处优选是等间距地设置的。实施方案也涉及制造夹具的方法，和利用夹具修复管线的方法。

以下描述的实施方案主要涉及一种夹具，其包括两个夹具部分，优选地是两个具有半圆筒形内截面的组件。然而，应该意识到，可替换的实施方案可以使用三个或更多个夹具部分，这些夹具部分可以大体上彼此相似(也不是必须如此)。例如，如果夹具包含四个夹具部分，则每个夹具部分可以具有四分之一圆筒截面。在某些实施方案中，夹具部分可以具有不同尺寸。例如，如果有三个夹具部分，则夹具的其中一个可以是半圆筒而其它两个是四分之一圆筒。许多其他将夹具划分成两个或多个组件的方法均是可能的。下文描述的实施方案的特征可以同样应用到使用三个或更多个夹具部分的配置中。

首先参考图1和图2，其显示了夹具10包括第一夹具部分12和第二夹具部分14。所述夹具部分12、14的每个大体上是半圆筒形的，并且每个夹具部分的内表面的尺寸和形状形成为能够容纳要被修复的直管线部段20。夹具10可以定位在管道20的泄露位置或薄弱部段的周围，形成沿着管道纵向延伸的套筒。正如后面将更详细的描述，两个夹具部分12、14分别具有设置在它们内表面的密封构件，使得当被固定在管道20周围时，各自的密封构件在泄露处或薄弱部段周围配合形成紧密的密封。夹具部分12、14大体上在结构方面相同(但也不是必须的)，将他们设置为围绕管道20的合适的密封。

所述第一夹具部分12和第二夹具部分14被例如螺栓16(为了清晰表示，只标记了其中的两个)的紧固件紧固在一起，所述紧固件容纳在第一夹具部分12和第二夹具部分14的孔44中。在所示的实施方案中，孔44沿着各自的夹具部分等距离地间隔开来，但应该认识到并不是必须如此。例如，螺栓16可以由金属材料或复合材料形成。根据被期望的特定应用和载荷传递特性，其他类型的紧固件也是可能的。紧固件不是必须(只)容纳在孔44中。例如，在夹具部分12和14外表面周围可以紧固支架或其他类似构件，以使所述夹具部分12和14 紧固在一起，如果是这样的话，则省略凸缘26、28。其他可能的紧固构件包括棘齿带、扎线带、捆索等等，其形成在夹具部分12、14周围并且绷紧以使所述夹具部分12、14紧固在一起。

每个夹具部分12、14由聚合物基复合材料形成。在某些实施案例中，复合材料包含：具有纤维材料(例如玻璃纤维或碳纤维)作为增强材料的树脂基质(例如乙烯基酯或环氧(树脂)基质)。在一些实施方案中，增强材料可以是至少部分为金属(可设置为在其中嵌入任何金属成分)，使得夹具部分12、14保持抗腐蚀。复合材料优选为轻重量复合材料。

有利地，通过从聚合物基复合材料形成夹具部分，本实用新型的实施方案提供一个可定制的修复装置，该装置能够容易且快捷地进行设计并组装，以在不中断管线操作的情况下在损坏或磨损的管线部段上实施修复。特别地，夹具部分能够使用多种工艺制造，每一种制造工艺均比制造金属夹具实现的快。这降低了修复的成本和复杂性，并且也减少了损伤/破损的确认与实施修复之间的延迟。

纤维加强聚合物基复合物的使用是特别有利的，因为夹具组件可以被制作得在提供同等长度的同时比金属夹具轻相当多。因此，结构能够在不增加额外负载的情况下被可靠地修复，而金属组件则不能实现。

另外，提供了更大的设计灵活性。聚合物基复合物和/或夹具组件几何形状可以容易地根据要求制造，以适应多种管道几何形状(直的或弯曲的)、压力要求以及环境状况。纤维类型和密度/布置也能够被定制，使得在重量、力度和/或成本方面优化设计。加强纤维可以是2D 或3D纤维，并且可以是编织或针织织物和/或缝合或一体地编织的预成型件。

另外，不像金属夹具，聚合物基复合材料(包括纤维加强的复合材料)的夹具组件是防腐蚀的，因此例如不仅可以很好地适合于地上应用，也可以埋入严酷的海洋环境中。

所述第一夹具部分12的进一步结构细节显示在图3和4中。在图 1至4中显示的实施方案中，第二夹具部分14的结构和第一夹具部分 12相同(但是如上所述，这也并不是必须的)

第一夹具部分12具有一对在其端部22和24之间纵向延伸的凸缘 26和28。凸缘26、28位于半圆筒形通道46的两侧。用于容纳紧固件16的孔44形成在凸缘26、28中。

密封构件30抵着夹具部分12的内表面42并在可选的唇部27、29 的下方设置于一连串的凹槽中，所述可选的唇部27、29突出到通道46 中。将密封件30附接到内表面42的其它方法也是可能的。例如，密封构件30可以粘贴或直接融合到内表面42，而不是设置在一连串的凹槽中。作为进一步的选择，所述密封构件30可以设置在至少一个凹槽中，并且又粘贴或融合到内表面42。

所述凹槽可以在形成夹具部分12和14时，以同一制造工艺同时形成。或者，它们可以在夹具部分形成以后被机器制造成上述的夹具部分12、14。

密封构件30置于内表面42的凹槽中能够协助抵抗由管道20内压累积所产生的力。这样的抵抗通过唇部27、29而加强，密封构件30 的边缘34抵着所述唇部27、29而紧邻。

密封构件30具有一对相对的端部部分32，在相对的端部部分32 之间延伸一对相对的侧部分34。所述端部部分32位于靠近夹具部分 12的端部22、24的凹槽内。所述侧部分34位于唇部27、29下面的凹槽内。

在与管道20安装期间，夹具部分12放置在管道下面，并且类似的第二夹具部分14放置在管道上面。所述夹具部分12、14进行接合，使得夹具部分12的凸缘26和28与第二夹具部分14的相应的凸缘配合，然后使用前面所描述的紧固件16而将两个夹具部分12、14紧固在一起。如图1所示，当夹具部分12和14被组装并紧固在管道20周围时，密封构件30的端部32和侧部34被牢固地抵着管道20的表面而保持，因此在通过夹具封闭的区域提供防漏的以及受压不漏气的密封。

现在参考图5，其显示了根据本实用新型的另一个实施方案的用于夹具中的可替换的夹具部分50。与夹具部分12相似，夹具部分50具有一对在它的端部52和54之间纵向延伸的凸缘56和58。所述凸缘 56、58位于半圆筒形通道76的两侧。当夹具部分50和另一个相似夹具组装在一起时，因此在用于容纳和封闭管道的夹具部分之间形成圆筒形通道。在凸缘56、58中形成有用于容纳紧固件16的孔74。

密封构件60位于夹具部分50内，该密封构件60在邻近夹具部分 50的各个端部52和54的位置处具有一对相对的端部部分62，所述端部部分62位于内表面76内的凹槽中。一对相对的侧部分64在端部部分62之间延伸。所述侧部分64分别位于凸缘56和58的凹槽78和80 中。所述密封构件60可以形成为单一的组件。

可选择地，材料的条带62能够融合/结合/接触至条带64，从而形成密封构件60。

每个端部部分62的相对的端部部段68、70(位于与侧部分64的连接处)在凸缘56和58上突出。因此，在夹具部分50的凸缘56和 58与围绕着管道20的类似的第二夹具部分的凸缘对齐时，第一夹具部分50的侧部分64将接触第二夹具部分的相应的侧部分，同时端部部分62将抵着管道进行密封。夹具部分50的突出部68和70将紧邻第二夹具部分上的相应的突出部，使得围绕管道20的圆周形成连续的密封。

密封构件30、60分别由弹性材料形成，例如橡胶或其它的弹性材料或聚合材料。

如图3到图5所示，密封构件30、60仅覆盖夹具部分12或50的各自内表面42、72的一部分。在其它可选的实施案例中，密封构件30、 60的一个或两个可以为基本上覆盖一个或两个表面42、72的全部的片状构件。

在其他实施方案中，密封构件30、60可以包含一个或多个弹性补片，或可以通过一个或多个弹性补片进行增补。每个补片可以被安置在表面42或表面72上，其所在的位置使得其能够在泄露位置紧邻抵着管道。这样一种实施方案在图11和图12中进行了展示，所述图11 和图12显示了管道部段20中的孔22的修复。具有下夹具部分412和上夹具部分414的夹具400设置在管道20周围，其中上夹具部分414 的表面上的弹性补片420设置于孔22上方，如图12所示。为清晰显示，夹具部分412和414的凸缘中的紧固件孔被省略。弹性补片420可以放置在夹具部分414的表面内的凹槽中，或者可以粘贴至该表面或融合至该表面。弹性补片420可以独立地进行设置，以在管道20的损伤部分上形成密封，或者可以与一个或多个其它类似的补片一起进行设置，以在夹具部分412、414紧固到一起时密封其它的损伤部段或薄弱部段。任何这样的补片都可以与密封构件30、60一起设置，以额外地提供如上所述的围绕管道20的圆周密封。

在进一步的实施方案中，侧部分34和/或64可以向外延伸，以覆盖凸缘26、28和/或凸缘56、58的部分或全部。在这样的实施方案中，在侧部分的覆盖凸缘的那一部分中可以形成有与孔44和/或74的位置相匹配的孔。所述孔可以在形成密封构件30、60的时候形成，或者可以在紧临安装之前或安装期间形成，例如通过在第一夹具部分12和第二夹具部分14于管道20上就位时穿透密封构件(通过钻孔或通过任何其他合适的方式)来形成。

虽然在上述实施方案中，两个夹具部分的每一个上都设置有密封构件30或60，但是在其他实施方案中，也可以仅在夹具部分的一个上设置密封构件，并且仍能获得期望的泄露/压力密封。例如，在图1至图4中显示的实施方案可以被修改，使得密封构件30设置在第一夹具部分12或第二夹具部分14的任一个上，而不是设置在两个上。这样的好处在于：可以使用更少的材料，夹具更易于组装，并且由于密封相关特征仅需要呈现在夹具的一个部分，因此使得夹具更易于制造。

在进一步的实施方案中，表面42和/或表面72可以携带有与管道 20的表面接触的浆液(grout)(例如有粘结性的浆液，或无粘结性的浆液，例如环氧树脂或聚氨酯)。所述浆液可以在安装之前涂覆，或者可以在原地注入至通道46、76。浆液可以被固化或者允许固化，从而在管道20上形成增强层。因此，这些实施方案中的夹具提供泄露/压力密闭壳以及管道的增强，这尤其对于由于侵蚀/腐蚀而变薄的管道有优势。夹具部分12和/或夹具部分14可以具有一个或多个进入孔，从而在夹具10安装后便于浆液的注入并且允许进行密封的测试。夹具部分的一个或两个也可以具有一个或多个通气孔，从而使得在浆液注入时将空气从通道46、76排出。

虽然没显示在图中，但在安装过程中有用的是位于夹具部分12和 /或夹具部分14的表面上的可选的吊环。所述吊环优选地在夹具部分制造期间与各个夹具部分整体成型。

现在转向图6，显示的是夹具110的选择性的实施方案。所述夹具 110包括第一夹具部分112和第二夹具部分114，所述第一夹具部分112 和第二夹具部分114紧固在两个直的管道部段120和122之间的弯曲处的管线周围。每个夹具部分112、114形成为单个的组件，具有与管线的弯曲相匹配的弯曲。每个夹具部分112，114的内部配置和夹具部分12、14的内部配置相似。所述夹具部分112和114可以以任何合适的方式紧固在一起，例如通过在每个夹具部分的凸缘中设置通孔(未显示)以容纳紧固件。

在更进一步的实施方案中，如图7到图9所示，安装并紧固在管道20(图8)上的夹具200包括第一夹具部分212和第二夹具部分214。例如，所述夹具部分212和214的内部配置可以与夹具部分12和14 或夹具部分50的内部配置相同。图7到图9的夹具200包括沿着一侧边缘连接夹具部分212和214的铰链216，使得在夹具200就位之后，仅需要通过紧固件而沿着另一侧边缘将夹具部分212和214紧固在一起，所述紧固件容纳在通孔244中(为了清晰表示，在每个夹具部分上仅对一个通孔进行了标示)。如果需要，夹具部分212、214也可以沿着夹具的铰链侧进行紧固，使得铰链216主要用于确定夹具在管道 20上的定位而不是作为承载结构。所述铰链216可以采用与夹具部分 212和214相同的聚合物基复合材料来制造。有利地是，由于夹具部分 212和214的相对纵向位置被固定并且在安装之前通孔244已经对齐，所以铰链的使用使夹具200更易于安装。

在图7到图9的实施方案的变化方案中，所述夹具可以包括三个或更多个夹具部分，其邻近的对通过各自的铰链连接。在这样实施方案中，夹具部分中的两个可以各自具有带有孔的凸缘，以容纳紧固件，从而使得所述夹具部分可以紧固在一起，同时剩下的夹具部分通过铰链连接至它们的两个邻近的夹具部分，铰链的数量比夹具部分的数量少一个。由于多铰链式的夹具具有更大的移动范围(更多自由度)并且可以更易于围绕待修复的管道定位，所以用这样的方式使用三个或更多个夹具部分的优势在于可以易于组装。

在更进一步的实施方案中，如图10的截面图所示，夹具300包括两个夹具部分312、314，其每一个形成为聚合物基复合壳体320围绕着芯部材料322。在其它方面，夹具部分312、314的构造细节可以与例如夹具部分12或50的构造基本上相同。壳体320可以由与用于形成夹具部分12、14或50的相同类型的聚合物基复合材料形成。芯部 322可以使用多种材料形成，包括但不限于：闭孔聚合物泡沫；复合泡沫塑料；或者金属蜂窝材料，复合蜂窝材料或石墨蜂窝材料。

复合的夹具部分12、14、50、212、214、312、314、412、414能够通过若干不同方法来制造。示例性方法包括(不限于此)：树脂真空输注，纤维缠绕，预浸工艺(通常随后加热以完全聚合)，湿法叠涂工艺，以及树脂传递模塑。

本实用新型的实施方案能够提供如下优势中的一个或多个：

·允许管线/竖管的快速线上修复；

·快速且成本效益好地制造的用于直管道和弯曲管道均可的定制修复；

·防腐蚀且不给修复结构增加过度负荷；

·重量轻；

·对于各种形状能够快速制造与安装；

·在安装时间方面节省成本；

·快速的水下、水上和埋入的应用；

·可定制几何形状以用于直管道和弯曲/凸缘。

尽管本实用新型的具体实施方案已详细描述，但本领域技术人员应清楚本实用新型的范围内的很多改变和变化都是可能的。

应当理解的是，已描述的实施方案的各种特征可以以各种方式进行结合，以产生多种额外的实施方案。此外，尽管在所公开的的实施方案中描述了不同的材料、尺寸、形状、配置和位置，但是除了公开的那些内容以外的可以使用的其他特征仍然落入本实用新型的范围之内。

Claims (13)

1.一种用于管线修复的固定夹具，其特征在于，该夹具包括：

多个夹具部分；以及

设置在多个夹具部分的至少一个的内表面上的密封件，所述密封件包括密封构件，所述密封构件进一步包含：相对的第一端部部分和第二端部部分，以及在第一端部部分和第二端部部分之间延伸的相对的第一侧部分和第二侧部分；

其中，所述夹具部分能够彼此紧固，随着所述密封件靠在管线的部段的表面，所述夹具部分和密封件配合而将所述管线的部段包围进夹具部分之间的通道。

2.根据权利要求1所述的用于管线修复的固定夹具，其特征在于，夹具部分的两个或更多个各自包含至少一个凸缘，通过紧固各个夹具部分的各自的凸缘，能够在管线部段上将夹具固定就位。

3.根据权利要求2所述的用于管线修复的固定夹具，其特征在于，所述凸缘各自具有在其中形成的至少一个孔，紧固件能够容纳在所述孔中以将各个凸缘紧固在一起。

4.根据权利要求1所述的用于管线修复的固定夹具，其中，所述密封构件设置在每个夹具部分的内表面上。

5.根据权利要求1所述的用于管线修复的固定夹具，其特征在于，所述密封构件配置为相配合以共同形成围绕管线部段的圆周密封。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的用于管线修复的固定夹具，其中，相对的第一端部部分和第二端部部分，以及相对的第一侧部分和第二侧部分相结合而形成片状密封件，所述片状密封件覆盖它所在的夹具部分的内表面。

7.根据权利要求1至4中的任意一项所述的用于管线修复的固定夹具，其特征在于，密封构件的相邻对的各自的端部部分能够配置为彼此紧邻的，使得端部部分共同形成围绕管道的圆周的连续的密封。

8.根据权利要求1至4中的任意一项所述的用于管线修复的固定夹具，其特征在于，所述夹具部分彼此相同。

9.根据权利要求1至4中的任意一项所述的用于管线修复的固定夹具，其特征在于，至少一对夹具部分是通过铰链连接的。

10.根据权利要求1至4中的任意一项所述的用于管线修复的固定夹具，其特征在于，至少一个夹具部分是通过围绕芯部材料的聚合物基复合壳体形成的。

11.根据权利要求10所述的用于管线修复的固定夹具，其特征在于，所述芯部材料选自：闭孔聚合物泡沫，复合泡沫塑料，或者金属蜂窝材料、复合蜂窝材料或石墨蜂窝材料。

12.根据权利要求1至4中的任意一项所述的用于管线修复的固定夹具，其特征在于，包括两个夹具部分。

13.根据权利要求1至5中的任意一项所述的用于管线修复的固定夹具，其中，所述多个夹具部分的至少一个的内表面进一步包括至少一个凹槽，所述密封件布置为至少部分地设置在所述凹槽中。