[发明专利]一种深水海底管道止屈器

说明书

技术领域

本发明涉及一种止屈器，特别是关于一种与深水海底管道相连接的止屈器。

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，会使管道产生轴向变形；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，可分为扣入式、缠绕式和整体式止屈器。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，两者同轴排好之后在连接处焊接。在扣入式止屈器的基础上，在其与管道之间的连接增加了两道焊缝，可形成焊接式止屈器。从止屈性能上看，整体式止屈器的止屈效果最好，但对焊接工艺要求较高，安装复杂，且重量较重。扣入式和焊接式止屈器结构简单，制造方便，但止屈效率较低，不适用于深水管道。缠绕式止屈器的情况与扣入式止屈器大体相似，也不适于深水管道使用。

虽然工程上有上述三种常用的海底管道止屈器，但缠绕式、扣入式（包括延伸出的焊接式）止屈器大都用于浅水海底管道的防护，不适用于深水工程。目前常用深水工程的海底管道止屈器形式比较单一，仅整体式止屈器一种，而整体式止屈器虽然结构简单，但需要对位焊接，这一点对焊接工艺要求很高。当屈曲变形传播到止屈器前端，由于深水止屈器壁厚较大，在屈曲传播穿越前后不会发生显著的变形，这将对止屈器前端焊缝产生很强的弯曲和轴向力，这种复杂的受力环境比一般的中高压压力容器的焊缝质量要求更高。相应地，焊缝出现破坏的可能性也就很大，轻度破坏仅仅是焊缝沙眼连通，在外水压和内压的共同作用下发生小型渗漏；严重破坏时焊缝处会出现裂缝甚至裂口，这将引起严重的泄漏事故。因此设计一种对焊接质量要求较低的深水管道止屈器十分必要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种既有利于提高管道焊接质量，又具有较高止屈能力的深水海底管道止屈器。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种深水海底管道止屈器，其特征在于：它包括止屈器本体，所述止屈器本体为圆柱壳体，所述止屈器本体的内径小于海底管道的内径，所述止屈器本体的外径按照从小到大的顺序依次划分为第一级阶梯、第二级阶梯和第三级阶梯；所述第三级阶梯位于所述止屈器本体的中部，所述第三级阶梯的两侧均为所述第二级阶梯，两个所述第二级阶梯的另一侧均为第一级阶梯；所述第一级阶梯的外径小于所述海底管道的内径，所述第二级阶梯的外径与所述海底管道的外径相同，所述第三级阶梯的外径大于所述海底管道的外径。

所述止屈器本体的第一级阶梯的长度为0.25倍的所述海底管道的外径；所述第一级阶梯的壁厚为1～2倍的所述海底管道的壁厚；所述第一级阶梯的外径比所述海底管道的内径小0.5～2mm，所述第一级阶梯插入所述海底管道的端部位置加工成30°的平缓坡角。

所述止屈器本体的第二级阶梯的长度为0.25倍的所述海底管道的外径；所述第二级阶梯的壁厚为2～3倍的所述海底管道的壁厚；所述第二级阶梯的内径与所述第一级阶梯的内径一致；所述第二级阶梯与所述第一级阶梯的连接处即为与所述海底管道的焊接处，所述第二级阶梯靠近焊缝的端部开成45°坡口。