[实用新型]FRP-超轻质高延性水泥基材料-钢组合三明治立管

说明书

本实用新型公开了一种FRP‑超轻质高延性水泥基材料‑钢组合三明治立管，用于深海油气运输立管，包括：钢内管、FRP外管、加劲肋、超轻质高延性水泥基纤维混凝土层，所述FRP外管外套于所述钢内管之外，且所述FRP外管与所述钢内管之间形成一沿长度方向延伸的空间，所述加劲肋的数量为多个且均匀地布设于所述空间内，所述超轻质高延性水泥基纤维混凝土层填充于所述空间内并将所述加劲肋进行包覆。本实用新型是一种防腐性能好、自重轻、刚度大、延性好的高性能FRP‑混凝土‑钢组合三明治立管。

技术领域

本实用新型涉及深海油气开采及运输管道技术领域，尤其涉及一种防腐性能好、自重轻、刚度大、延性好的高性能FRP-超轻质高延性水泥基材料-钢组合三明治立管。

背景技术

现有技术的深海油气开采及输送工程中，通常用到钢结构管道。然而，锈蚀问题一直是钢结构管道服役过程中存在且无法避免的问题，尤其是钢结构管道沉浸于海水之中时，锈蚀问题非常严重。当钢结构管道用于海底油气立管时，由于遭受海底低温环境，而钢材的物理性质是低温易脆，因此如果受到冲击荷载时，钢结构管道容易遭受局部形变或整体形变从而造成油气的渗漏，特别是对于耐高压耐低温要求高的油气管道，钢结构管道能够承受的冲击荷载是相当有限的。另外，深海立管在铺设过程中要承受很高的夹持力、张力和弯矩，如果抗弯能力不足，管道可能在弯曲荷载作用下发生屈曲导致失效。传统钢材管中管结构中，层间粘接紧靠摩擦而没有完全粘接，研究表明层间粘接行为对三明治管的抗压能力和变形能力有非常大的影响。层间完全粘接时，管道系统表现出最佳抗压性能和变形能力，而非粘接状态则恰恰相反。

常规改善方式是在钢管外围加混凝土层作为保护层，其虽对防止钢管锈蚀有一定保护作用，但在冲击作用下混凝土层容易破损，且保护层施工复杂，由于深海立管运输长度在海底可达数千米，受到洋流、海洋等疲劳荷载，钢筋混凝土保护层时刻受到拉力而容易开裂脱落，另外使用钢筋混凝土保护层增大了海底油气立管结构的自重。

FRP(Fiber Reinforced Polymer，纤维增强复合材料)的强度高，经合理缠绕成型后防水防腐性能优越、耐压强度高，近年来在修复工程上被广泛应用。其中，中国实用新型专利CN 201943186U采用FRP-活性粉末混凝土-钢管组合受压构件，但FRP管和钢管之间无相互连接，故无法保证三种材料协同工作。填充的混凝土层为活性粉末混凝土层，其养护条件较高，对使用截面有限制，若截面过厚则对无法对混凝土进行有效的养护。混凝土虽强度高但自重较大，对于长距离海底油气管道结构，增加了结构自重，增加了安装成本，并且活性混凝土用量大，直接增加了工程的造价。

中国专利CN 202831378U提出一种FRP管轻质混凝土组合构件，主要用于降低构件自重，提高被FRP约束轻质混凝土的抗压强度，FRP管外喷涂的水泥砂浆层改善了FRP材质的抗火性能，抗震性能好；主要用于房屋、桥梁大跨度结构。

中国专利CN 104453092A提出一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，FRP管对轻质混凝土提供换向约束，主要目的用来降低组合结构自重，提高结构静力、抗震性能；主要用于工民建工程。

为克服以上技术的缺点，并拓展到深海油气开采输送及运维应用工程，本实用新型提出一种FRP-超轻质高延性水泥基材料-钢组合三明治立管，防腐性能好、自重轻、刚度大、延性好、抗弯抗冲击力学性能优异，且所开发填充的轻质水泥基纤维混凝土无需特殊养护，天然养护即可成型，物理致密、孔隙率小、热传率低，从而能保证组合立管结构的耐久性优越。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种防腐性能好、自重轻、刚度大、延性好的FRP-超轻质高延性水泥基材料-钢组合三明治立管。