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柔性軟管彎曲限制器的設計

捷宇石油管道 發布時間: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。而在能源開采與運輸過程中,復合軟管以其可設計性強,,易彎曲,易鋪設和回收,   經濟、實用等優勢了越來越廣泛的應用。在深海和邊際油田中,復合軟管的應用逐漸成為一種趨勢。復合軟管通常與海底立管基礎、管道終端管匯或井口結構等剛性結構連接,在連接處可能會出現復合軟管過度彎曲的現象,會給管道造成嚴重損害,影響正常生產作業。因此通常在與剛性結構連接的復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應用,較少用于動態環境,其設計較為復雜,需考慮各種載荷情況。目前國內所應用的彎曲限制器大多從購買,交貨周期長,費用高,國內彎曲限制器的設計與制造剛剛起步,因此對彎曲限制器進行設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),從而限制復合軟管的進一步彎曲。彎矩載荷轉移到互鎖元件上,且通過一個專門設計的鋼質接口結構傳遞給鄰近的剛性結構件(如井口、海底管道終端管匯等),保護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構。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度約為45MPa(23℃),斷裂伸長率為15%~20%[7]。與鋼質彎曲限制器相比,聚合物彎曲限制器不需要陰極保護系統,而且聚合物材料密度相對較小,故施加到復合軟管系統上的質量較小。聚合物材料高溫下強度降低,低溫下強度增加。彎曲限制器聚合物元件材料應有以下性能: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生蠕變破壞;⑥合理的力學穩定性能;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,但缺點是質量大,且需要涂層和陰極保護系統保護。接口結構件一般由碳鋼制成,表面應進行涂敷,需要陰極保護系統保護。當傳遞給接口結構的載荷較大時,接口結構需使用結構鋼。
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