[发明专利]一种多重固定的扣入式止屈器及其抑制屈曲传播的方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋石油装备技术领域，涉及一种海底管道止屈器。

背景技术

海底管道是海洋石油工程中重要的油气输运方式，它的安全运营是确保海上油气生产顺利进行的关键。深水海底管道由于其铺设海域水深较大，将承受巨大的静水压力。深水管道平铺在海床上可能会遭受锚等重物下落的撞击，这将造成自身的几何缺陷；深水的低温环境与管内输送热油液构成管道内外温差，会管道产生轴向变形；铺管过程中不合理的操作可能会引起垂弯段弯矩过大；特殊海洋环境以及输送液体对管道可能构成的局部腐蚀。以上种种因素都可能引发深水管道的局部屈曲压溃。当管道发生局部屈曲压溃后，若外水压超过一定压力，管道的压溃形态将沿管长方向向两边传播开来，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。

屈曲传播一旦发生，要使其终止，则要具备以下两个条件之一：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。因为管道的屈曲传播压力一般明显小于它的屈曲压溃压力，从前一个条件出发，以屈曲传播压力为稳定性设计准则来设计管道，使管道所受外压总低于其屈曲传播压力，这将使管道的壁厚大大增加，显然是十分不经济的。因此，设置有效的物理障碍，来阻止屈曲传播，成为了应对管道屈曲传播问题的主要手段。这种抑制屈曲传播的结构就是止屈器。

有效的止屈器可以成功防止屈曲沿管道轴向的传播，使管道出现的屈曲压溃仅发生在两个止屈器之间，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、缠绕式和整体式止屈器。

扣入式止屈器是直接扣入到管道指定位置、比管道外径稍大的钢套管（套筒），通常止屈器长度与管道外径比为L/D=0.5~2。其结构比较简单，安装时将其滑过管道接头，然后将止屈器固定到指定位置即可。扣入式止屈器是成本最低的止屈器，而且没有焊缝，避免了焊接引起的缺陷和残余应力；但由于其本身强度的限制，可能不适用于较大水深。

扣入式止屈器按固定形式划分有普通扣入式止屈器、螺栓紧固型扣入式止屈器和灌浆粘结型扣入式止屈器。考虑到安装成本和便利等因素，工程上较常用的形式为螺栓紧固型。这种止屈器只将两个带外伸板的半圆柱壳在管道上扣合，然后用螺栓紧固即可。

但是，扣入式止屈器的止屈穿越试验表明，当扣入式止屈器的长度较长、厚壁较大时，从屈曲变形传播至止屈器前端到穿越止屈器的过程中，止屈器螺栓出现过多次拉断破坏或剪切破坏现象，造成止屈器失效。具体发生拉伸破坏还是剪切破坏，与管道发生屈曲压溃的方向、止屈器扣合的方向有关，但无论出现哪种破坏，都说明螺栓连接强度不足。因此，在中等水深的海底管道工程中，需要使用这种较长较厚的扣入式止屈器来达到要求的止屈效率，而此时使用螺栓连接并不可靠。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种安装方便、固定连接强度好、可用于中等水深的扣入式止屈器。它根据止屈器在穿越前后受力特点设计，针对可能发生的两种代表性固定连接破坏形式，拉伸破坏和剪切破坏，设计了贯通的反对称卡头卡槽、中部高强螺栓和端部工字型插件三重固定模式，使三者有效的结合在一起，形成优良的固定连接强度。同时，相比常用的螺栓紧固型扣入式止屈器，它的安装也十分方便，不需要进行焊接或灌浆等相对复杂的操作。它能够使用在中等水深的海底管道工程中，克服螺栓紧固型扣入式止屈器螺栓连接不可靠的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种多重固定的扣入式止屈器，用于固定海底管道，包括一对瓣壳，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两个瓣壳成对地扣合在海底管道外部的外伸板，在止屈器的两个瓣壳成对地扣合后，位于其两侧的外伸板的中部区域的每一侧各开设有一个贯通的孔，用于布置螺栓连接件；在每对相互扣合的外伸板的扣合面上靠近瓣壳的位置各设置有一对相互配合的方形卡头卡槽，沿止屈器长度方向贯通，两对方形卡头卡槽呈反对称分布，在每个外伸板的两端沿管道方向均设置有细长槽，在止屈器的两个瓣壳成对地扣合后，8道细长槽两两对合，成为4道相重合的细长槽，使用时，在各道相重合的细长槽处插有工字截面插件以对瓣壳进行强化固定。

作为优选实施方式，在工字截面插件的末端的厚度大于细长槽的槽宽，使用时需要施加紧固力，使其与细长槽卡住。

本发明同时提供一种采用上述多重固定的扣入式止屈器实现的抑制海底管道屈曲传播的方法，包括下列步骤：