[发明专利]一种带导流板的海底管道止屈器

说明书

技术领域

本发明属于海底管道设施铺设技术领域，具体涉及一种能够有效防止海底管道屈曲的传播和抑制管道的涡激振动的装置。

背景技术

在实际工程中，海底管道所处的环境极其复杂。首先，海底管道特别是深水海底管道，将承受着相当大的静水压力，这种压力随深水而逐渐增大，这需要设计人员根据有关规范计算出为确保在制造椭圆度偏差(小于0.5％)下完好管道不发生局部屈曲的最小壁厚，在壁厚确定中予以考虑。其次，在管道铺设过程中由于操作不当等原因可能使管道垂弯段产生过大的弯曲变形或者使管道承受过大的轴向力，而管道运营过程中输送的热油形成了管道内外温差，将引发管道的热膨胀和显著的轴向应变，以及管道在内、外环境下可能遭到的腐蚀和坠落物的撞击，这些原因都可能使管道在低于规范预计的压溃压力下发生局部屈曲，这些不确定的因素在设计上很难全面而有效地进行防范。管道局部屈曲一旦发生，将在一定的外压作用下，沿着管道轴向发生传播，进而使得整条管道被压瘪，造成严重的破坏。其中，在局部屈曲发生的条件下，促使管道屈曲变形沿管长传播所需的最小压力为屈曲传播压力，这个压力与管道的径厚比及管道材质有关。

理论上讲，只要管道的壁厚增加到一定值，使管道的屈曲传播压力小于外部水压，管道即使发生局部屈曲，也不会发生任何屈曲传播。但增加管道的壁厚大量增加了材料的用量，而且增加了铺设过程中悬跨段的重量，迫使对铺管船的张紧器进行升级，直接或间接增加了大量的成本，因此，单凭增加管道壁厚去解决屈曲传递问题在经济上不具可行性。

目前，工程上多采用加装止屈器(buckle arrestor)的方法来防止屈曲沿管道长度方向的传播。其工作原理就是允许管道发生局部屈曲，但是屈曲传递并不能跨越屈曲器，这样就能使屈曲仅发生于两个止屈器之间。

止屈器是一种局部加强管道刚度的装置，它能够在屈曲传播的过程中起到障碍物地作用，而有效的止屈器应能够在设计最大水深内成功阻止屈曲传递。其目前止屈器主要有扣入式、缠绕式和整体式止屈器三种形式。扣入式止屈器先旋入到管道指定位置然后直接夹紧，缠绕式止屈器在管道的指定位置进行缠绕，整体式止屈器的内径和管道的内径一样，而壁厚比管道更厚，两者同轴排好之后再连接处焊接。在扣入式止屈器的基础上，在其与管道之间的连接增加了两道焊缝，可形成焊接式止屈器。

此外，海底管道铺设于不平坦的海床表面，在海流、潮汐等因素的共同作用下，沿着管道的铺设路由上的某些区域，容易发生管道暴露在海底土壤上形成悬空段。在环境荷载的长期作用下，悬空段容易发生涡激振动而失效。

目前，集防止屈曲传播和抑制涡激振动于一体的管道防护装置还很少。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效防止海底管道屈曲传播以及抑制管道涡激振动的止屈器。本发明提供的止屈器，采取两位一体的设计，从而简化施工工艺，降低成本，有效控制海底管道的屈曲传播和涡激振动，实现经济性和安全性的统一。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种带导流板的海底管道止屈器，用于固定海底管道，包括一对上、下瓣壳和用于支撑止屈器和海底管道的至少两组支架，两个瓣壳的内径与海底管道的外径相同，每个瓣壳的两侧均设置有用于使上、下瓣壳固定于海底管道外部的侧翼眼板，还包括布置在止屈器外侧的4块导流板，每块导流板，一端固定在上瓣壳或下瓣壳上，另一端固定在一个侧翼眼板上。

作为优选实施方式，上、下瓣壳的中部60度弧段壁厚取3～4倍管道壁厚，两侧弧段的壁厚取管道壁厚的2～3倍；每块导流板，一端固定在一个侧翼眼板的端部，另一端固定在上瓣壳或下瓣壳的壁厚变化处；止屈器沿管道方向全长4～6倍管道外径；眼板宽度应取0.5～1.25倍的管道外径，眼板板厚取1～2.5倍管道壁厚；所述的一组支架包括一个横撑杆和分别固定在其上的一个外撑杆和一个内撑杆，内撑杆的长度小于外撑杆的长度。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本发明的止屈器采用一组用螺栓夹紧的上、下瓣壳实现止屈功能。考虑到实际工况下，管道的顶部侧面有遭受坠落物撞击，从而发生局部屈曲，形成沿水平方向压瘪的传播形态的可能，这种情况是其它侧面不易发生的。因此，对止屈器顶部和底部的60度弧长范围内进行壁厚加强，以有效针对这一方向压溃变形的传播。

(2)该装置将导流板焊接在瓣壳上，焊接在不同瓣壳上的两个相邻的导流板共同作用可分别起到对水平方向来流引发涡激振动的抑制效果。