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柔性软管弯曲限制器的设计

捷宇石油管道 发布时间:2017-04-28

 

随着我国对能源需求的不断增加,从海洋中提取油气资源的力度也在不断加大。而在能源开采与运输过程中,复合软管以其可设计性强,,易弯曲,易铺设和回收,   经济、实用等优势了越来越广泛的应用。在深海和边际油田中,复合软管的应用逐渐成为一种趋势。复合软管通常与海底立管基础、管道终端管汇或井口结构等刚性结构连接,在连接处可能会出现复合软管过度弯曲的现象,会给管道造成严重损害,影响正常生产作业。因此通常在与刚性结构连接的复合软管上安装弯曲限制器,防止其过度弯曲,从而避免管道的损坏。
弯曲限制器主要作为静态应用,较少用于动态环境,其设计较为复杂,需考虑各种载荷情况。目前国内所应用的弯曲限制器大多从购买,交货周期长,费用高,国内弯曲限制器的设计与制造刚刚起步,因此对弯曲限制器进行设计与研究具有重要意义。
基本原理
弯曲限制器由多个互锁元件组成,互锁元件包括聚合物元件、金属元件及混合元件(一种常用的弯曲限制器形式,其安装在J形软管出口处)。当弯曲限制器受到外部载荷时,互锁元件就会锁在一起,使弯曲限制器具有   的锁定弯曲半径(大于等于软管的   小弯曲半径),从而限制复合软管的进一步弯曲。弯矩载荷转移到互锁元件上,且通过一个专门设计的钢质接口结构传递给邻近的刚性结构件(如井口、海底管道终端管汇等),保护软管不受潜在破坏载荷的损害(典型的弯曲限制器,半瓦状聚合物元件通过螺栓紧固在一起,安装在软管上)。
材料选择
弯曲限制器系统包括聚合物元件、金属元件、混合元件、聚合物元件紧固件及接口结构。弯曲限制器聚合物元件一般由聚氨酯材料制成[6],聚氨酯材料能承受较大载荷。聚合物弯曲限制器材料典型的抗拉强度约为45MPa(23℃),断裂伸长率为15%~20%[7]。与钢质弯曲限制器相比,聚合物弯曲限制器不需要阴极保护系统,而且聚合物材料密度相对较小,故施加到复合软管系统上的质量较小。聚合物材料高温下强度降低,低温下强度增加。弯曲限制器聚合物元件材料应有以下性能:①低吸水率;②耐水解;③不易老化;④性;⑤整个寿命期间能承受恒定的载荷而不发生蠕变破坏;⑥合理的力学稳定性能;⑦弹性模量不随温度减小。聚合物弯曲限制器元件的紧固件材料一般为   双相不锈钢,高温条件应用时,需使用钛金属、625合金材料。
金属弯曲限制器元件材料一般为钢材,与聚合物元件相比,具有较高的承载力,但缺点是质量大,且需要涂层和阴极保护系统保护。接口结构件一般由碳钢制成,表面应进行涂敷,需要阴极保护系统保护。当传递给接口结构的载荷较大时,接口结构需使用结构钢。
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