[发明专利]深水铺管张紧器摩阻块使用的高强度—高摩阻复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深水铺管张紧器摩阻块使用的高强度—高摩阻复合材料及其制备方法。

背景技术

海底管道是深水油气田开发工程建设的一个重要组成部分，而铺管船是海洋管道铺设的唯一大型施工设备。张紧器是铺管船上最主要的设备之一，是夹持已焊接且经涂装保护的管道并控制其下放入海的专用设备，要求其能够实现恒张力控制。而摩阻块（俗称垫块）正是张紧器上直接与管道接触的部件，其作用是将履带上的压紧力均匀分布在管子上，产生较大的摩擦阻力，以夹持管子或拖动管线，并避免管子表面保护层机械损伤。同时，海洋铺管船随时经受着风、浪、潮的作用，其上下、左右的不规则震荡会造成管道与夹持装置（摩阻块）的不规则、不均匀受力，这就要求摩阻块具有十分优良的工作性能。

深水铺管张紧器摩阻块需满足以下4个方面的性能：

1）高强度

张紧器处于工作状态时，每块摩阻块大约承受30吨的工作压力，且摩阻块与管道处于相对运动状态，这就要求摩阻块具有高的抗压与抗剪切强度。

2）高摩阻系数

由于海洋铺管船随时经受着风、浪、潮的作用，其上下、左右的不规则震荡会造成管道与夹持装置（摩阻块）的不规则、不均匀受力。因此，摩阻块与管道表面具有高的摩阻(摩擦)系数是保证张紧器有效工作及安全施工的关键。如果摩阻系数不足或变化较大，一旦造成管道滑脱并引发生产安全事故，其经济损失是难以估量的。

3）适当的硬度

由于摩阻块与管道直接接触且两者处于相对运动状态。摩阻块硬度过大，会对管道及其保护层产生硬压伤或划伤，甚至造成管道破损；硬度过小，设备运行中摩阻块的磨损量就会增大，从而导致摩阻块使用周期缩短，不仅增加使用成本，频繁更换摩阻块还会影响施工进度，降低生产效率。

4）适当的塑性变形能力和弹性

适当的塑性变形能力和弹性是防止摩阻块发生脆性破坏以及塑性变形后恢复原状的基础。塑性变形能力太差，摩阻块很容易在突然受力或应力分布不均匀时发生脆性破裂，危及张紧器运行安全；弹性太小，一旦摩阻块发生受力变形，它将无法恢复其原状，从而影响摩阻块与管道的接触吻合度，进而降低张紧器的工作效率。塑性变形能力及弹性太强，张紧器施加到摩阻块上压力很容易通过塑性形变而损失或产生较大的波动变化，从而降低摩阻块对管道的抱紧力，容易造成管道滑脱。

目前深海铺管船使用的张紧器摩阻块主要依靠进口，其材质主要有橡胶基和弹性聚氨酯基两类。且单个摩阻块在张紧器施加的30吨正压力下的最大摩阻系数约为0.12，最大张紧力约为3.7吨。照此计算，适用于深海管道铺设的张紧力最大为500吨的张紧器，需要约135个摩阻块串联起来且同时起作用才能满足要求。这些摩阻块串联起来的长度约为34m(按每个摩阻块长度0.23m、每块之间0.02 m间隙计算)，使得整个张紧器的体积非常庞大，不仅提高了设备造价，还占用了大量船上空间，而现有的张紧器上只设置有54个摩阻块安装位置，用国内外现有的摩阻块根本无法满足张紧器工作压力为500吨的条件。因此，提高单个摩阻块最大张紧力成为解决上述问题的关键。但是，由于受管壁所能承受的夹持径向载荷的限制，张紧器对摩阻块施加的正压力不可能再提高。因此，提高单个摩阻块的摩阻系数则成为提高单个摩阻块张紧力的唯一途径。近年来，国外多家企业（包括意大利Remacut公司、美国Westech公司、荷兰SAS Gouda公司等世界知名企业）以及国内精研所等单位针对这一问题开展了相关研究，尽管取得了一些进展，但成效不够显著。因此，研发一种新型高强度—高摩阻复合材料制作摩阻块，不仅可以有效缓解深水铺管船张紧器对高摩阻（大张紧力）摩阻块的急需，同时可以促进铺管张紧器的技术改造与升级，对于国内外深水铺管船张紧器产业的发展等都具有促进作用。

发明内容

本发明的目的就是要解决现有深水铺管张紧器摩阻块存在的上述问题，提供一种以高分子聚合物为结合剂-增塑剂-调弹剂，以矿物材料为增阻-增强-增硬组分的深水铺管张紧器摩阻块使用的高强度—高摩阻复合材料及其制备方法。

本发明的深水铺管张紧器摩阻块使用的高强度—高摩阻复合材料，是由丁腈橡胶、改性树脂、矿物填料及功能材料进行改性和复合制成的，包括下述重量份的原料：

丁腈橡胶      35～43           腰果油改性树脂        20～40

重晶石        5～15            铬铁矿                4～10