[发明专利]一种深水管道止屈器加固方法

说明书

技术领域

本发明属于海底管道铺设技术领域，具体涉及一种止屈器加固方法。

背景技术

我国海洋资源丰富、工业基础雄厚，海洋开发产业化潜力巨大。对于我国来说，海洋油气是我国能源产业发展的战略重点，开发海洋的任务愈发重要与紧迫。油气输送的媒介是海底管道，它保证了整个系统的正常运行，其稳定性和安全性对于海洋油气开发极为重要。

海底管道在外部水压的作用下，有可能发生屈曲压溃。管道是一种圆柱壳结构，其屈曲强度主要取决于结构的径厚比、材料强度等因素，在管道的设计制造阶段可以采用一定的手段来控制这些变量，以保证管道的强度，但海水腐蚀、落物撞击等外界因素会对管道造成局部损伤，会使管道的屈曲强度发生显著地降低，使其局部屈曲进而压溃。如果外部水压足够高，压溃变形会沿着管道轴向传播，发生屈曲传播现象，从而使整条管道失效破坏。这种屈曲传播只有遇到障碍或压力低于一定值时才会停止。能使管道维持屈曲传播所需要的最小压力是屈曲传播压力，管道在屈曲传播压力下可以保持稳定的准静态传播。管道的压溃压力指的是完好的管道发生压溃破坏所需要的最小压力。通常，海底管道的屈曲传播压力只有其压溃压力的18～25％，这意味着管道压溃压力远大于其传播压力，只需比管道压溃压力小得多的外部压力，就会产生屈曲传播。对于深水海底管道，屈曲传播的速度可达到每秒数百米，大范围的屈曲传播所造成的损失无法估量。

增加管道的壁厚可以在一定程度上解决海底管道的屈曲传播问题。不过增加管道壁厚会增加材料的用量，还会增加铺设过程中悬跨段的重量，也需要对铺设过程中的相关设备进行升级，直接或间接地增加了成本。对于解决屈曲传播问题而言，增加管道壁厚的方法过于保守，而且会增加大量成本，不具有很好的经济性。解决海底管道屈曲传播问题一个较经济的方法，就是沿着管道的长度方向相隔一定间距设置止屈器。止屈器是一种能提高管道局部环向刚度的厚壁圆环，其工作原理就是通过加强管道局部的环向强度阻碍屈曲传播，使屈曲传播不能跨越止屈器，能够将局部屈曲限制于两个止屈器之间。

扣入式止屈器的结构比较简单，它由一根比内径稍大于管道外径的钢套管，在管道指定位置直接安装而成。止屈器长度与管道外径比通常取为0.5～2.0。其结构简单，安装方便，成本较低。而且由于没有焊缝，避免了焊接过程中产生的残余应力。

缠绕式止屈器是将一根钢条紧密地缠绕在管道外壁数圈，然后在两端与管壁焊接以保持其固定的止屈器。缠绕式止屈器安装过程简单，适应面广泛，能够在管道绕卷筒前安装，也能在管道铺设的其他阶段安装。如果选择采用传统的管道分段焊接铺管法，可以将缠绕式止屈器提前按规定的止屈器布置间距安装在相应的管道分段上。

扣入式止屈器和缠绕式止屈器在工程实际中都得到了广泛的应用，但在开发海洋石油过程中，海洋工程作业、船舶起抛锚作业、海底土壤和洋流的影响等，都会造成海底管道的屈曲变形。破损变形的管道需要尽快的进行加固和维护，避免造成管道屈曲压溃或屈曲传播等更大的危害。但由于管道产生了变形，扣入式止屈器难以进行更换和安装，给加固带来了一定的困难。而缠绕式止屈器虽更加灵活，但止屈效果较扣入式止屈器较差。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在设计一种具有较高止屈效率的同时，还能便于对管道及止屈器进行加固的方法。本发明的技术方案如下：

一种深水管道止屈器加固方法，首先采用扣入式止屈器，作为实现管道止屈的初始止屈器，固定在海底管道的外部，其特征在于，对较大概率发生变形或已经发生变形的海底管道及扣入式止屈器进行加固和维护，方法为：在扣入式止屈器的外部再固定缠绕式止屈器，其截面最大直径约为扣入式止屈器壁厚的1～2倍，对于缠绕式止屈器所用钢条，其截面直径应保持一致。

优选地，使得缠绕式止屈器匝数与截面直径的乘积为扣入式止屈器沿管道轴向方向长度的1/2。

本发明的扣入式止屈器和缠绕式止屈器联合作用维修方法，是基于止屈器的工作原理和管道的实际维修情况而设计。具有以下的优点：

(1)在安装便捷度方面：管道及扣入式止屈器在海洋环境中发生变形，难以对扣入式止屈器进行拆卸和更换工作。缠绕式止屈器能够在具有各种不同截面形状的管道上进行安装，对于变形后具有一定椭圆度的管道及扣入式止屈器结构，也可容易地实现缠绕式止屈器的安装。