CN210978877U - 一种高温高压管道柔性接头和管道连接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温高压管道柔性接头和管道连接系统，柔性接头包括法兰、圆柱体、管道延伸件。法兰与上一节管道连接，管道延伸件与下一节管道连接，法兰与圆柱体通过防松螺栓进行连接，管道延伸件与圆柱体之间安装有弹性轴承，粘结连接，波纹管分别与法兰和管道延伸件连接，法兰延伸管与管道延伸件相接触，形成管道通路。本实用新型可以实现高温高压介质的输送；柔性接头中的弹性轴承能够减小管道弯曲挠度，延长管道在海洋动态环境中的使用寿命；也可以降低浮式平台与立管连接处的弯曲刚度，保证浮式平台运行的稳定性。

Description

一种高温高压管道柔性接头和管道连接系统

技术领域

本实用新型涉及管道柔性接头技术领域，具体涉及一种高温高压管道柔性接头和管道连接系统。

背景技术

我国南海油气资源丰富，石油储量约有230-300亿吨，天然气储量338万亿立方米，并且70％在深海区域。向深海进军是我国海洋油气勘探与开发的发展趋势。在深海油气田开发中，通常使用海洋立管与海底管道将油气从井口输送至浮式生产平台上。例如钢悬链线立管，其集海洋立管与海底管道于一身，一端与浮式生产平台连接，一端与水下生产设施连接。为解决管道与平台连接处刚性连接时产生较大的应力，也为减少管道内部弯曲变形，采用柔性接头连接管道与平台以及各段管道，增加管道柔性。同时可通过调整浮式生产平台的位置来改变管道姿态，避免在海风、波浪、海流等海洋环境作用下发生重大事故，并延长管道使用寿命。

传统柔性接头(专利ZL200820211641.1)包括与上、下管道连接的内体与外体，内体与外体安装弹性轴承。未能考虑到爆炸性减压对弹性轴承中橡胶材料的破坏。并且由于未对弹性轴承进行隔热保护，在输送高温介质(80℃以上)时橡胶加速老化，导致柔性接头服役时间明显下降。

实用新型内容

因此，本实用新型实施例的目的在于提供一种用于海洋立管与海底管道连接的高温高压柔性接头，解决了现有技术中存在爆炸性减压对弹性轴承的损伤以及输送高温介质时弹性轴承橡胶加速老化的技术问题。

为此，本实用新型实施例的一种高温高压管道柔性接头，包括：

法兰，包括通孔和法兰延伸管，通孔沿法兰的轴线开设，法兰延伸管沿轴线设于法兰的下部；

圆柱体，套接在法兰延伸管外，圆柱体柱壁的上部与法兰连接；以及

管道延伸件，与法兰共轴线设置，管道延伸件的上部内壁与法兰延伸管接触，管道延伸件的上部外壁通过弹性轴承与圆柱体柱壁的下部连接，可以旋转一定角度；通孔、法兰延伸管和管道延伸件形成生产介质流动通道。

优选地，所述圆柱体柱壁的上部与法兰通过防松螺栓连接，二者的连接端面采用金属密封圈进行密封。

优选地，所述圆柱体包括：

波纹管，包围连接在法兰延伸管外，波纹管的上端通过第一金属环连接组件连接至法兰上，下端通过第二金属环连接组件连接至管道延伸件上。第一金属环连接组件和第二金属环连接组件均包括金属环、防松螺栓和橡胶密封圈。波纹管的上端用金属环通过防松螺栓连接至法兰上，下端用金属环通过防松螺栓连接至管道延伸件上，连接处采用橡胶密封圈密封。所述波纹管、金属环、防松螺栓均采用低热导率金属材料制成，所述橡胶密封圈采用耐热性好的氢化丁晴橡胶材料制作。

优选地，所述法兰延伸管的管壁上开设有压力孔，压力孔连通通孔和波纹管内部。压力孔用来保持通孔与波纹管内部压力一致。

优选地，所述波纹管与圆柱体柱壁的内壁之间的空腔内填充不可压缩液体，以保持所述波纹管内外压力平衡。

优选地，所述波纹管采用低热导率金属制作而成。

优选地，所述圆柱体还包括：

内部底座，由圆柱体柱壁下部的内弯弧形内壁构成，弹性轴承连接位于内部底座上。

优选地，所述管道延伸件包括：

半圆球体，设于管道延伸件的上部，呈漏斗形；

防热罩，与半圆球体内壁形状匹配，连接在半圆球体内壁上，法兰延伸管与防热罩接触；

锁环，嵌入半圆球体内；以及

销，锁环通过销与防热罩连接，半圆球体分别与防热罩和锁环间采用环氧树脂粘结。

优选地，所述防热罩、锁环和销采用加入短切玻璃纤维的高分子材料聚醚醚酮制成。

所述弹性轴承主要由一层橡胶一层钢交替连接构成，内侧橡胶层的厚度大于其他橡胶层或模量高于其他橡胶层，通过增加内侧橡胶层的厚度或采用模量高的橡胶材料来实现弹性轴承内部橡胶层剪切变形一致。橡胶层采用耐热性好的氢化丁晴橡胶材料制作。所述弹性轴承内侧粘结在管道延伸件的半圆球体上，弹性轴承外侧粘结在圆柱体内的内部底座上。柔性接头安装时，法兰延伸管通过压在管道延伸件，使得弹性轴承处于压缩状态。使得柔性接头在使用时，管道延伸件旋转时具有一定刚度。

本实用新型实施例的一种管道连接系统，包括上一节管道、下一节管道和上述的高温高压管道柔性接头；

上一节管道通过双头螺柱与高温高压管道柔性接头的法兰上端连接，高温高压管道柔性接头的管道延伸件与下一节管道焊接连接。

本实用新型实施例的技术方案，具有如下优点：

本实用新型实施例提供的一种高温高压管道柔性接头和管道连接系统，实现海洋立管与海底管道连接，可用于立管与浮式平台连接以及管道之间连接。可以实现高温高压介质的输送；柔性接头中的弹性轴承能够减小管道弯曲挠度，延长管道在海洋动态环境中的使用寿命；也可以降低浮式平台与立管连接处的弯曲刚度，保证浮式平台运行的稳定性。解决了现有技术中的存在爆炸性减压对弹性轴承的损伤以及输送高温介质时弹性轴承橡胶加速老化的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1中柔性接头整体外观图；

图2为本实用新型实施例1中柔性接头剖视图；

图3是图2中波纹管上部密封区域局部放大图；

图4是图2中波纹管下部密封区域局部放大图；

图5是本实用新型实施例1中管道延伸件爆炸图；

图6是本实用新型实施例1中弹性轴承截面图。

附图标记：1-法兰，11-通孔，12-金属密封圈，13-法兰延伸管，14-压力孔，2-圆柱体，21-弹性轴承，211、213、215、217-橡胶层，212、214、216、218-钢筋层，22-内部底座，23-不可压缩液体，24-波纹管，241-金属环，242-防松螺栓，243-橡胶密封圈，244-金属环，246-防松螺栓，247-橡胶密封圈，3-管道延伸件，31-防热罩，32-半圆球体，33-锁环，34-销，35-环氧树脂，4-防松螺栓，5-轴线，6-波纹管上部密封区域，7-波纹管下部密封区域。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本实用新型。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

参见图1，本实施例提供了一种用于海洋立管与海底管道高温高压柔性接头，包括法兰1、圆柱体2、管道延伸件3。法兰1上端通过双头螺柱连接至上一节管道法兰处，下端采用防松螺栓4与圆柱体2连接。管道延伸件3可旋转一定角度，与下一节管道通过焊接连接在一起，承担下部管道的浮重。

作为本实施例可选地实施方式，参见图2。柔性接头整体结构关于轴线5径向对称，法兰1中间有通孔11，与管道延伸件3中的防热罩31接触，形成介质流动通道。在安装过程中，法兰延伸管13下端压住防热罩31，使得弹性轴承21在柔性接头使用前保持压缩状态。弹性轴承21插入管道延伸件3与圆柱体2中的内部底座22之间。金属密封圈12，例如API BX型密封圈，保证法兰1与圆柱体2之间的密封压力。

柔性接头服役时，流过管道延伸件3与通孔11的生产介质与圆柱体2空腔内的不可压缩液体23之间达到压力平衡。不可压缩液体23的沸点高于生产介质最大温度。不可压缩液体23可采用聚乙二醇溶液。为防止生产介质与不可压缩液体23发生混合，波纹管24一端安装在法兰1上，另一端安装在管道延伸件3上。波纹管24将法兰延伸管13围住。压力孔14用来保持生产介质与波纹管24内部压力相同。波纹管24不仅能够保护弹性轴承21因生产介质爆发性减压而产生的损伤，并且能减少生产介质到弹性轴承21的热量传输。

为减少生产介质到弹性轴承21的热量流动，半圆球体32与波纹管24采用低导热系数金属材料制作而成，如镍铬合金。

作为本实施例可选地实施方式，参见图3。图3为图2中波纹管24上部密封区域6的局部放大图。金属环241与波纹管24上端焊接在一起，金属环241采用防松螺栓242连接至法兰1。橡胶密封圈243放置在金属环241凹槽内，由耐热性好的橡胶材料制成，如氢化丁晴橡胶。

作为本实施例可选地实施方式，参见图4。图4为图2中波纹管24下部密封区域7的局部放大图。金属环244与波纹管24下端焊接在一起，金属环245采用防松螺栓246连接至管道延伸件3中半圆球体32。橡胶密封圈247放置在金属环244凹槽内，由耐热性好的橡胶材料制成，如氢化丁晴橡胶。金属环244采用低导热系数金属材料制作而成，如镍铬合金。

作为本实施例可选地实施方式，参见图5。管道延伸件3由防热罩31、半圆球体32、锁环33，销34构成。锁环33共有4块，每个锁环33分别有两个销34将其连接至防热罩31，销34与锁环33、防热罩31采用过盈配合的方式连接。除此之外，防热罩31、半圆球体32、锁环33由一层耐高温的环氧树脂35粘结在一起，参见图4。防热罩31由带有短切玻璃纤维加强的聚醚醚酮材料制作而成，加入短切玻璃纤维可减少聚醚醚酮材料处在高温环境中蠕变行为。锁环33、销34也采用与防热罩31相同的材料制作而成。

作为本实施例可选地实施方式，参见图6。弹性轴承21是由橡胶层211、213、215、217与钢筋层212、214、216、218等交替构成。橡胶层211与管道延伸件3中的半圆球体32粘结在一起，橡胶层217与圆柱体2中的内部底座22粘结在一起。当输送高温生产介质时，在弹性轴承21内部会形成温度梯度。内侧橡胶层211、213温度最高，外侧橡胶层215、217温度最低。温度梯度并非线性变化，高温度只集中在内侧橡胶层内，例如橡胶层211、213。

为保证弹性轴承21内各橡胶层剪应变保持一致，也为使橡胶层剪应变控制的设计极限内，比如200％。通过增大内侧橡胶层厚度可减少弹性轴承21内的剪应变。同时由于橡胶材料的低导热性，可作为外侧橡胶层的防热罩。内侧橡胶层采用高模量橡胶材料也可达到同样的目的，橡胶材料模量可通过炭黑或二氧化硅的添加量进行调整。

上述高温高压管道柔性接头，实现海洋立管与海底管道连接，可用于立管与浮式平台连接以及管道之间连接。可以实现高温高压介质的输送；柔性接头中的弹性轴承能够减小管道弯曲挠度，延长管道在海洋动态环境中的使用寿命；也可以降低浮式平台与立管连接处的弯曲刚度，保证浮式平台运行的稳定性。解决了现有技术中的存在爆炸性减压对弹性轴承的损伤以及输送高温介质时弹性轴承橡胶加速老化的技术问题。

实施例2

本实施例的一种管道连接系统，包括上一节管道、下一节管道和上述实施例1的高温高压管道柔性接头；

上一节管道通过双头螺柱与高温高压管道柔性接头的法兰上端连接，高温高压管道柔性接头的管道延伸件与下一节管道焊接连接。

上述管道连接系统，实现海洋立管与海底管道连接，可用于立管与浮式平台连接以及管道之间连接。可以实现高温高压介质的输送；柔性接头中的弹性轴承能够减小管道弯曲挠度，延长管道在海洋动态环境中的使用寿命；也可以降低浮式平台与立管连接处的弯曲刚度，保证浮式平台运行的稳定性。解决了现有技术中的存在爆炸性减压对弹性轴承的损伤以及输送高温介质时弹性轴承橡胶加速老化的技术问题。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高温高压管道柔性接头，其特征在于，包括：

法兰(1)，包括通孔(11)和法兰延伸管(13)，通孔(11)沿法兰(1)的轴线(5)开设，法兰延伸管(13)沿轴线(5)设于法兰(1)的下部；

圆柱体(2)，套接在法兰延伸管(13)外，圆柱体(2)柱壁的上部与法兰(1)连接；以及

管道延伸件(3)，与法兰(1)共轴线设置，管道延伸件(3)的上部内壁与法兰延伸管(13)接触，管道延伸件(3)的上部外壁通过弹性轴承(21)与圆柱体(2)柱壁的下部连接，可以旋转一定角度；通孔(11)、法兰延伸管(13)和管道延伸件(3)形成生产介质流动通道。

2.根据权利要求1所述的高温高压管道柔性接头，其特征在于，所述圆柱体(2)柱壁的上部与法兰(1)通过防松螺栓连接，二者的连接端面采用金属密封圈进行密封。

3.根据权利要求1所述的高温高压管道柔性接头，其特征在于，所述圆柱体(2)包括：

波纹管(24)，包围连接在法兰延伸管(13)外，波纹管(24)的上端通过第一金属环连接组件连接至法兰(1)上，下端通过第二金属环连接组件连接至管道延伸件(3)上。

4.根据权利要求3所述的高温高压管道柔性接头，其特征在于，所述法兰延伸管(13)的管壁上开设有压力孔(14)，压力孔(14)连通通孔(11)和波纹管(24)内部。

5.根据权利要求3所述的高温高压管道柔性接头，其特征在于，所述波纹管(24)与圆柱体(2)柱壁的内壁之间的空腔内填充不可压缩液体(23)。

6.根据权利要求3所述的高温高压管道柔性接头，其特征在于，所述波纹管(24)采用低热导率金属制作而成。

7.根据权利要求1所述的高温高压管道柔性接头，其特征在于，所述圆柱体(2)还包括：

内部底座(22)，由圆柱体(2)柱壁下部的内弯弧形内壁构成，弹性轴承(21)连接位于内部底座(22)上。

8.根据权利要求1所述的高温高压管道柔性接头，其特征在于，所述管道延伸件(3)包括：

半圆球体(32)，设于管道延伸件(3)的上部，呈漏斗形；

防热罩(31)，与半圆球体(32)内壁形状匹配，连接在半圆球体(32)内壁上，法兰延伸管(13)与防热罩(31)接触；

锁环(33)，嵌入半圆球体(32)内；以及

销(34)，锁环(33)通过销(34)与防热罩(31)连接，半圆球体(32)分别与防热罩(31)和锁环(33)间采用环氧树脂粘结。

9.根据权利要求8所述的高温高压管道柔性接头，其特征在于，所述防热罩(31)、锁环(33)和销(34)采用加入短切玻璃纤维的高分子材料聚醚醚酮制成。

10.一种管道连接系统，其特征在于，包括上一节管道、下一节管道和如权利要求1-9任一项所述的高温高压管道柔性接头；

上一节管道通过双头螺柱与高温高压管道柔性接头的法兰(1)上端连接，高温高压管道柔性接头的管道延伸件(3)与下一节管道焊接连接。

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