[实用新型]基于T型截面变形元件的深水管中管止屈器

说明书

技术领域

本实用新型属于海底管道铺设技术领域，具体涉及基于T型截面变形元件的深水管中管止屈器。

背景技术

伴随着世界各国对油气资源需求的日益增加，海底管道的发展成为不可阻挡的趋势，同时海底管道设计施工运行过程中存在着诸多急需解决的问题。其中较为突出的问题是管道屈曲问题，产生屈曲的主要原因有：弯头和外部静水压力的共同作用，其他物体碰撞产生局部凹陷，安装和使用过程中产生的过度弯曲。由于屈曲传播压力小于局部屈曲压力，管道一旦发生局部屈曲失稳，屈曲就会沿其长度方向以数百米每秒的速度传播，即产生屈曲传播，从而使整个管道结构发生失效破坏，造成巨大经济损失和生态环境破坏，并且这种屈曲传播一旦产生就很难被阻止。

屈曲传播的临界压力：即能维持管道屈曲传播所需的最小压力。屈曲破坏(压溃)的临界压力：即管道完全无损的情况下受到压力发生屈曲破坏所需的最小压力。研究发现，屈曲传播压力只有屈曲破坏压力的1/8--1/4左右，换言之，比屈曲破坏压力小得多的压力已经达到屈曲传播压力，能使管道缺陷沿管道长度方向快速传播，这样的屈曲传播特性对于海底管道的安全运行极其不利。

解决屈曲传播有两种方法：一是使外部压力低于屈曲传播压力，二是设置局部加强装置(止屈器)。第一种方法可以通过增大管道壁厚使管道的总体强度提升，从而保证外部压力低于传播压力，防止发生屈曲破坏或者屈曲破坏传播。但是增加管道壁厚，使得材料用量大大增加的同时，还增加了铺设过程中悬跨段的重量，这样保守的解决方式虽然理论上能够解决屈曲传播的发生，但直接或间接的增大了成本投资，在经济角度考虑是不可取的。而第二种方法，其工作原理是通过沿管线长度方向上，每相隔一段距离安装一个加强装置-止屈器(一种对管道进行局部刚度加强，并能防止局部屈曲沿管道长度方向继续传播的装置)，允许局部屈曲的发生，但是限制屈曲范围只能发生在两个止屈器之间，不能跨越止屈器，从而防止了管道发生大规模的屈曲传播造成巨大经济损失，较好的保持了管道的完整性，同时能够兼顾安全性和经济性的要求。

现在发展的止屈器形式主要有四种，即扣入式，焊接式，缠绕式和整体式。

扣入式：为一比管道外径稍大的扣在管道指定位置的厚壁圆环。

焊接式：与扣入式相似，增加了两道位于管道与止屈器之间的焊缝。

缠绕式：采用数圈钢筋紧密缠绕在管道周围，为了固定其在管道上的位置、防 止滑动，钢筋两端焊接在管道上。

整体式：也是一与管道同轴排列的厚壁圆环，圆环内径与管道内径相等，圆环壁厚大于管道壁厚，链接处经行焊接。

对于扣入式和缠绕式止屈器而言，虽然不需要焊接，结构较为简单，安装方便且成本低，但是止屈效率低，容易发生“U型”穿越，不适用于较大水深的海底管道；此外，缠绕式的止屈器会增加管道的外径。对单层管道而言，强度加强部分管道的直径增加是可接受的。然而，当管道是管中管时，由于运输和存储的因素影响，外管上的直径增加是不可接受的。

焊接式的止屈器通过焊接之后虽然具有比扣入式更好的止屈效果，但同时也由于焊缝的存在，容易产生焊接缺陷和应力集中。具有较好止屈效果的整体式止屈器，虽然适用于深水管道，但焊接工艺比较复杂，存在焊接造成的焊缝应力集中和焊接缺陷的问题，同时经济成本也高于扣入式止屈器。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高深水管中管弯曲性能的基于T型截面变形元件的管中管止屈器，可以防止深水管中管在卷曲储存、安装、运行过程中承受弯曲而发生的屈曲和屈曲传播。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

在垂直于管道长度方向上装配至少一个具有核型止屈装置的止屈器，其核型止屈装置由变形元件、塑性壳和隔圈构成，其长度可调，调整范围为0.5m-5m；核型止屈装置两端的隔圈，在止屈器整体加工后直接装配到环形区域(6)内。T型截面钢丝构成的变形元件呈90度缠绕在外管内表面，其外表面与外管内壁至少有两点接触，内表面与内管外壁隔开不接触。塑性壳贴在变形元件的内表面上；为保证隔热效果，塑性壳是密封的，同时选用保温材料构成塑性壳提高其保温性能。用于核型止屈装置两端分隔的隔圈，其外表面和外管内表面之间存在一个间隙使内管可以套入外管中。T型钢丝构成的变形元件，其相邻线圈相扣后在两个线圈之间需要留有一定的间隙。