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柔性軟管彎曲限制器的設(shè)計

捷宇石油管道 發(fā)布時間:2017-04-28

 

隨著我國對能源需求的不斷增加,從海洋中提取油氣資源的力度也在不斷加大。而在能源開采與運(yùn)輸過程中,復(fù)合軟管以其可設(shè)計性強(qiáng),,易彎曲,易鋪設(shè)和回收,   經(jīng)濟(jì)、實(shí)用等優(yōu)勢了越來越廣泛的應(yīng)用。在深海和邊際油田中,復(fù)合軟管的應(yīng)用逐漸成為一種趨勢。復(fù)合軟管通常與海底立管基礎(chǔ)、管道終端管匯或井口結(jié)構(gòu)等剛性結(jié)構(gòu)連接,在連接處可能會出現(xiàn)復(fù)合軟管過度彎曲的現(xiàn)象,會給管道造成嚴(yán)重?fù)p害,影響正常生產(chǎn)作業(yè)。因此通常在與剛性結(jié)構(gòu)連接的復(fù)合軟管上安裝彎曲限制器,防止其過度彎曲,從而避免管道的損壞。
彎曲限制器主要作為靜態(tài)應(yīng)用,較少用于動態(tài)環(huán)境,其設(shè)計較為復(fù)雜,需考慮各種載荷情況。目前國內(nèi)所應(yīng)用的彎曲限制器大多從購買,交貨周期長,費(fèi)用高,國內(nèi)彎曲限制器的設(shè)計與制造剛剛起步,因此對彎曲限制器進(jìn)行設(shè)計與研究具有重要意義。
基本原理
彎曲限制器由多個互鎖元件組成,互鎖元件包括聚合物元件、金屬元件及混合元件(一種常用的彎曲限制器形式,其安裝在J形軟管出口處)。當(dāng)彎曲限制器受到外部載荷時,互鎖元件就會鎖在一起,使彎曲限制器具有   的鎖定彎曲半徑(大于等于軟管的   小彎曲半徑),從而限制復(fù)合軟管的進(jìn)一步彎曲。彎矩載荷轉(zhuǎn)移到互鎖元件上,且通過一個專門設(shè)計的鋼質(zhì)接口結(jié)構(gòu)傳遞給鄰近的剛性結(jié)構(gòu)件(如井口、海底管道終端管匯等),保護(hù)軟管不受潛在破壞載荷的損害(典型的彎曲限制器,半瓦狀聚合物元件通過螺栓緊固在一起,安裝在軟管上)。
材料選擇
彎曲限制器系統(tǒng)包括聚合物元件、金屬元件、混合元件、聚合物元件緊固件及接口結(jié)構(gòu)。彎曲限制器聚合物元件一般由聚氨酯材料制成[6],聚氨酯材料能承受較大載荷。聚合物彎曲限制器材料典型的抗拉強(qiáng)度約為45MPa(23℃),斷裂伸長率為15%~20%[7]。與鋼質(zhì)彎曲限制器相比,聚合物彎曲限制器不需要陰極保護(hù)系統(tǒng),而且聚合物材料密度相對較小,故施加到復(fù)合軟管系統(tǒng)上的質(zhì)量較小。聚合物材料高溫下強(qiáng)度降低,低溫下強(qiáng)度增加。彎曲限制器聚合物元件材料應(yīng)有以下性能:①低吸水率;②耐水解;③不易老化;④性;⑤整個壽命期間能承受恒定的載荷而不發(fā)生蠕變破壞;⑥合理的力學(xué)穩(wěn)定性能;⑦彈性模量不隨溫度減小。聚合物彎曲限制器元件的緊固件材料一般為   雙相不銹鋼,高溫條件應(yīng)用時,需使用鈦金屬、625合金材料。
金屬彎曲限制器元件材料一般為鋼材,與聚合物元件相比,具有較高的承載力,但缺點(diǎn)是質(zhì)量大,且需要涂層和陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)。接口結(jié)構(gòu)件一般由碳鋼制成,表面應(yīng)進(jìn)行涂敷,需要陰極保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)。當(dāng)傳遞給接口結(jié)構(gòu)的載荷較大時,接口結(jié)構(gòu)需使用結(jié)構(gòu)鋼。
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