一种带螺旋眼板的海底管道止屈器及其固定方法技术

本发明专利技术属于海底管道设施铺设过程中的技术领域，涉及一种带螺旋眼板的海底管道止屈器，用于保护海底管道，包括两个均设置外伸的眼板的壳体，两个壳体的尺寸和结构相同，每个眼板均为螺旋状侧翼眼板，在两个壳体上还设置有与眼板同角度螺旋的凹槽或列板，两个壳体连接成一个环形柱体后，两个壳体上的螺旋状侧翼眼板、凹槽或列板各自相互吻合，形成同角度的螺旋结构。本发明专利技术结构简单，易于加工和安装，降低成本的同时能有效防止螺栓破坏造成的止屈器失效，控制海底管道的屈曲传播并抑制管道涡激振动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于海底管道设施铺设过程中的
，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涡激振动的装置。
技术介绍
海底管道是一种重要的海洋油气生产输运方式。由于深水海洋环境复杂，海底管道承受巨大的静水压力。此外，铺管过程中不合理的操作、锚等重物下落的撞击、深水低温环境与管内输送热油液构成的温差以及输送液体对管道可能构成的局部腐蚀等因素都有可能引发海底管道的局部屈曲压溃。管道发生局部屈曲压溃后，在一定外水压作用下，管道的压溃形态将沿管长方向传播，造成整条管道的破坏，这种现象就是屈曲传播现象，维持管 道屈曲传播所需要的最小外压力就是屈曲传播压力。要控制屈曲传播的发生发展，需使外压降至屈曲传播压力以下，或者屈曲传播遭到它无法穿越的物理障碍。理论上可以通过增加管道壁厚的方式有效增加管道的屈曲传播临界压力，但管道壁厚的增加会大量增加材料用量及管道重量，增加了大量的成本，在经济上不可行。因此目前较为常用的控制屈曲传播的方法是设置物理障碍——止屈器。止屈器的工作原理是当管道发生屈曲压溃和传播时，将传播控制在两个止屈器之间，从而避免整条管道遭受破坏。止屈器的基本形式是一个厚壁圆环，当前常用的止屈器根据安装形式的不同，可分为有扣入式、缠绕式、整体式和焊接式止屈器。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两道焊缝就形成了焊接式止屈器。虽然整体式止屈器止屈性能最优，但对焊接工艺要求较高，安装复杂，且重量较重。扣入式止屈器结构简单，制造方便，但止屈效率较低，且在管道屈曲传播至止屈器位置时，由于管道压扁变形将对止屈器连接螺栓施加较大的拉伸力，可能造成止屈器螺栓崩开、断裂等事故，造成止屈器失效影响管道整体安全。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，悬空段容易发生上浮或侧向屈曲以及涡激振动而失效。海底管道的屈曲传播和涡激振动，给海上石油及天然气的开发带来巨大的经济损失，预防和控制屈曲传播和涡激振动，并能够防止螺栓崩断事故对于海底管道工程具有重要的意义。专利技术专利CN200910309743.6 (带螺旋侧板的海底管道止屈器及其固定方法)提供的海底管道止屈器，通过螺旋侧板实现预防和控制屈曲传播和涡激振动，但此种止屈器不能有效地防止螺栓崩开、断裂等事故的发生，而且此种止屈器的加工工艺较为复杂
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够有效控制海底管道屈曲传播并解决螺栓崩断事故、抑制管道涡激振动的海底管道。本专利技术提出的装置结构简单，易于加工和安装，降低成本的同时能有效防止螺栓破坏造成的止屈器失效，控制海底管道的屈曲传播并抑制管道涡激振动，实现经济性和安全性的统一。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种带螺旋眼板的海底管道止屈器，用于保护海底管道，包括两个均设置外伸的眼板的壳体，两个壳体的尺寸和结构相同，其特征在于，每个眼板均为螺旋状侧翼眼板，在两个壳体上还设置有与眼板同角度螺旋的凹槽或列板，两个壳体连接成一个环形柱体后，两个壳体上的螺旋状侧翼眼板、凹槽或列板各自相互吻合，形成同角度的螺旋结构。本专利技术同时提供一种上述止屈器的固定方法，包括下列步骤将一个壳体紧贴在管道表面上，按照眼板位置吻合和螺旋结构旋转方向一致的方式将其与另一个壳体对接，然后通过螺栓穿过眼板将两个壳体固定在管道上。 本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点本专利技术提供了一种有效防止螺栓破坏造成的止屈器失效、控制海底管道的屈曲传播并抑制管道涡激振动的装置，相比现有的技术具有以下优点(I)本专利技术包括尺寸和结构相同的两个壳体，每个壳体均设置外伸的螺旋状眼板，使用螺栓进行上下壳体的紧固。由于螺栓与止屈器周向呈一定角度，在海底管道屈曲传播至止屈器并继续变形的过程中，不同于以往止屈器螺栓仅受轴向拉力的情况，本专利技术将施加在螺栓上的力正交分解为较小的拉伸力和剪切力，有效预防了螺栓受拉力较大产生的断裂及破坏，确保了止屈器的完整性和有效性，从而更加有效的防止屈曲传播，确保海底管道整体的完整性，大大降低海底管道由局部屈曲引起整体结构破坏而造成的经济损失。(2)本专利技术每个壳体上设置与眼板同角度的螺旋凹槽或列板，当海底管道出现悬空或上浮屈曲的情况时能够给来流施加一定扰动而改变雷诺数，使得流动状态提前进入湍流状态，达到抑制涡激振动的效果。(3)该装置集控制屈曲传播与防止涡激振动的功能于一体，可以实现两种功能模块的一体制造与安装。若采用螺旋列板结构，列板的设置不仅可以防止涡激振动，而且也起到了不均匀加强环向刚度的作用，提高整个装置的止屈效果。(4)止屈器的两个壳体相同，可以通过模具进行浇铸批量生产，简化制造工艺，降低制造成本。(5)止屈器安装工艺简单，可以通过流水线安装，提高工作效率，降低施工成本。(6)该止屈装置可以应用于裸置海底的管道，大大降低了管道挖沟、埋设的成本。附图说明图I是配有本专利技术止屈装置的某段海底管道的侧视2是图I中所示A A截面图(带凹槽)图3是图I中所示A A截面图(带列板)图中标号说明I止屈装置壳体；2侧翼螺旋眼板；3连接紧固螺栓；4螺旋凹槽或列板；5海底管道。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术的进行详细的描述。如图I所示，本专利技术包括两瓣紧贴在海底管道外壁上的厚壁壳体1，每瓣壳体分别带有螺旋状侧翼眼板2和与眼板同角度螺旋的凹槽或列板4，上下瓣壳体完全对称。壳体和眼板材料宜采用与深水海底管道相同材质的API 5L X65型或更高等级的X70、X80等级钢材，主要目的是防止海底管道在复杂环境和载荷下屈曲的传播，保证整条管线的安全。与壳体一体的侧翼眼板采用螺栓进行固定，与通常的螺栓夹紧型扣入式止屈器不同，由于眼板沿止屈器壳体呈螺旋状，因此连接紧固螺栓并非垂直于管道及止屈器轴向，而是与管道和止屈器周向呈一定角度。当海底管道发生屈曲并传播至止屈器时，压扁的管道对止屈器施以径向拉伸力，传递到有一定倾斜角度的螺栓上时，拉伸力被正交分解为较小的沿螺栓轴向的拉伸力和剪切力，确保螺栓的安全，从而保证止屈装置的完整性和有效性。同时螺旋的 眼板与凹槽或列板共同作用，在海底管道出现悬空或上浮屈曲的情况时给来流施加一定扰动而改变雷诺数，防止涡激振动发生。两部分厚壁壳体侧翼延伸出的螺旋眼板，同时还方便螺栓穿入眼板相连接，使得止屈装置的加工和安装都非常简便。下面结合附图说明该控制海底管道屈曲传播和抑制涡激振动的方法实施过程(I)进行该止屈装置的生产时，首先分别制造图中所示的连接边缘呈螺旋状的环形厚壁壳体I。壳体的内径的大小与海底管道的外径相等，壳体两侧翼延伸出螺旋状眼板2，眼板带有均匀分布的螺栓孔，且壳体剖面半圆的1/2位置设有与眼板呈同角度的沿止屈器轴向螺旋的凹槽或列板4。由于两瓣壳体完全相同，可以使用统一的模具进行批量浇铸生产，也可根据实际情况将眼板或列板与壳体焊接连接。( 2 )止屈装置的安装应在壳体制造完成后、铺管作业前进行。海底管道一般采取分段预制，利用铺管船本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带螺旋眼板的海底管道止屈器，用于保护海底管道，包括两个均设置外伸的眼板的壳体，两个壳体的尺寸和结构相同，其特征在于，每个眼板均为螺旋状侧翼眼板，在两个壳体上还设置有与眼板同角度螺旋的凹槽或列板，两个壳体连接成一个环形柱体后，两个壳体上的螺旋状侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁静，余建星，卞雪航，杨源，李妍，张兴旺，孙震洲，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：