一種大直徑、高鋼級管線鋼套筒柔性止裂器制造技術

一種大直徑、高鋼級管線鋼套筒柔性止裂器，包括套裝在管線外壁上的加強圈，加強圈包括兩個相同結構且均為半圓形的上加強圈和下加強圈，上加強圈上設置有上連接板，下加強圈上設置有下連接板，上連接板和下連接板固定在一起，其中，所述上加強圈和下加強圈的長度方向的兩端均為坡口形狀。由于止裂器加強圈的兩端為坡口形狀，止裂器的壁厚和對鋼管的約束力逐漸增加，使載荷均勻分布在止裂器上，避免發生環切，從而實現裂紋柔性止裂。其主要適用于0.72及以下設計系數，外徑1422mm、X80及以上高鋼級管線鋼管的管線和儲氣庫。通過在管線上安裝該止裂器，能有效阻止高鋼級管線延性裂紋的長程擴展，實現延性斷裂的柔性止裂。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種大直徑、高鋼級管線鋼套筒柔性止裂器，屬于油氣輸送管道斷裂控制領域，主要用于阻止高鋼級管線鋼管道延性裂紋的長程擴展。
技術介紹
天然氣是一種清潔能源，也是一種易燃、易爆的危險介質，通常采用管道運輸。管道運輸具有運輸量大、連續、迅速、經濟、安全可靠的特點。但是管道在長期服役過程中，由于受到地層壓力、腐蝕、疲勞、外部機械損傷等，易于造成管道開裂、泄漏等事故發生。高壓天然氣管道一旦長程開裂將造成巨大的災難和損失，因此必須保證管道的安全運行。未來10至20年，我國對潔凈能源天然氣的需求將繼續保持強勁增長勢頭，為了提高管道運輸的經濟性，天然氣管道的發展趨勢是高鋼級、高壓、大口徑、大壁厚、大輸量，以提高輸送效率，降低建設成本，滿足日益增長的市場需求。我國天然氣管道用管線鋼管近年來發展非?？?，X70級別鋼管在西氣東輸一線成功應用，西氣東輸二線管道工程大規模采用X80級別的鋼管。目前我國正在積極推動X90、X100等高鋼級管線鋼管的工程應用。天然氣輸送管道鋼級、管徑、設計系數的提高以及高壓、富氣輸送工藝的采用，大大提高了運營效益，同時也給管道安全提出了更高的要求。輸氣管道一旦開裂，管內高壓氣體并不能立刻排空，而是由斷裂點向兩側各產生一個減壓波并向遠端傳播。由于氣體減壓波速低于裂紋擴展速度，裂紋尖端就會保持持續的高應力狀態，裂紋也會持續的高速擴展，進而導致輸氣管道延性裂紋的長程擴展?，F有的全尺寸氣體爆破試驗結果表明:對于高鋼級管線鋼(X80及以上管線鋼)其難以依靠自身韌性進行止裂，這已經成為嚴重威脅管線安全并制約高鋼級管線鋼應用的瓶頸問題。當管線鋼自身的韌性不能保證阻止延性裂紋擴展時，需采用一些外部機械裝置，即止裂器(Crack Arrestor)來預防、阻止管道的延性裂紋長程擴展。根據在輸氣管道上的安裝方法不同，止裂器可以分為兩類:整體止裂器和非整體止裂器。整體止裂器通常由不同于主管道力學性能和幾何尺寸的厚壁或高韌性管段或管環組成，成為管道的一部分。在已有的管線上安裝整體止裂器需要對管線進行切割和重新焊接，耗費時間且成本高。此外，生產高韌性厚壁鋼管存在工藝技術困難，需考慮不同級別、壁厚鋼管的匹配和焊接可行性問題。而非整體止裂器的安裝則相對簡單，可用于已建管線和新建管線。另外，如果突然止裂會導致裂紋在進入止裂器時產生環切(ring off)。即鋼管被管內高壓氣流沖出溝槽，鋼管沿環向開裂，從而對管線和周圍環境造成嚴重后果，因此止裂器設計時應促進裂紋柔性止mΟ
技術實現思路
為克服現有技術中的問題，本專利技術的目的是提供一種大直徑、高鋼級管線鋼套筒柔性止裂器，該止裂器能夠有效阻止高鋼級管線鋼管道延性裂紋的長程擴展，實現管線延性斷裂的柔性止裂。為實現上述目的，本專利技術采用如下的技術方案:—種大直徑、高鋼級管線鋼套筒柔性止裂器，包括套裝在管線外壁上的加強圈，加強圈包括兩個相同結構且均為半圓形的上加強圈和下加強圈，上加強圈上設置有上連接板，下加強圈上設置有下連接板，上連接板和下連接板固定在一起，其中，所述上加強圈和下加強圈的長度方向的兩端均為坡口形狀。所述上加強圈和下加強圈長度方向兩端的形狀為內坡口。所述坡口的角度10°?25°。所述上加強圈與上連接板之間焊接有上加強筋，下加強圈與下連接板之間焊接有下加強筋。所述上連接板和下連接板通過若干相配合的螺柱和螺母進行固定。所述上連接板和下連接板的材質為X80管線鋼板。所述加強圈的壁厚、外徑和管線壁厚、外徑相同。所述加強圈的長度2管線鋼管外徑。所述加強圈與管線無間隙配合;上加強圈與上連接板焊接在一起，下加強圈與下連接板焊接在一起。與現有技術相比，本專利技術具有的有益效果:對于正在建設的管線，本專利技術的加強圈可以在管線建設現場，直接利用主管線鋼管切割制造，無需重復進行性能檢驗。針對已經投產的管線，則可以利用庫房保存的低值易耗管材進行制造，無需重新訂制，克服了耗時耗材的問題。由于止裂器加強圈的兩端為坡口形狀，止裂器的壁厚和對鋼管的約束力逐漸增加，使載荷均勻分布在止裂器上，避免發生環切(ring off)，從而實現裂紋柔性止裂。本專利技術所要解決的技術問題是針對大直徑、高鋼級別管線鋼，提供一種鋼套筒柔性止裂器裝置，其主要適用于0.72及以下設計系數，外徑1422mm、X80及以上高鋼級管線鋼管的管線和儲氣庫。通過在管線上安裝該止裂器，能有效阻止高鋼級管線延性裂紋的長程擴展，實現延性斷裂的柔性止裂。針對新建設的管線，該止裂器可以直接在管線現場進行加工制造。針對已經投產的管線，該止裂器的安裝不需要對管線進行焊接，安裝簡單，安裝過程中輸氣服務不中斷。進一步的，加強圈長度方向兩端的形狀設計為內坡口，坡口角度10°?25°。通過該設計加強圈的壁厚和對鋼管的約束力逐漸增加，使載荷均勻分布在止裂器上，從而實現裂紋柔性止裂，避免主管線環切，鋼管沿著徑向開裂。進一步的，管線鋼材料X80具有較低的屈強比和較高的均勻延伸率，具有一定的強度和韌性，且自身止裂性能較好，故本專利技術用于緊固的連接板材料選用X80管線鋼板。進一步的，本專利中加強圈材料采用外徑1422mm、同主管線鋼管同鋼級管圈加工制造?！靖綀D說明】圖1為套筒柔性止裂器裝置的示意圖；圖2為圖1中鋼套筒柔性止裂器裝置的A向視圖；圖3為圖1中鋼套筒柔性止裂器裝置的B向視圖；圖4為圖1中鋼套筒柔性止裂器裝置的I處詳圖；圖5為圖3中鋼套筒柔性止裂器裝置的II處詳圖；圖6為鋼套筒柔性止裂器的上加強圈與上連接板焊接詳圖；圖7為鋼套筒柔性止裂器的上加強筋焊接詳圖；圖8為鋼套筒柔性止裂器的柔性止裂設計示意圖(兩端坡口)。圖中，1為上連接板，2為螺柱，3為管線，4為螺母，5為上加強筋，6為上加強圈，7為下加強圈，8為下加強筋，9為下連接板?！揪唧w實施方式】下面結合附圖對本專利技術進行詳細說明。本專利技術中的大直徑是指直徑大于219mm，鋼級高于X80鋼級的為高鋼級管線。參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖8，本專利技術包括套裝在管線3外壁上的加強圈，加強當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大直徑、高鋼級管線鋼套筒柔性止裂器，其特征在于，包括套裝在管線外壁上的加強圈，加強圈包括兩個相同結構且均為半圓形的上加強圈(6)和下加強圈(7)，上加強圈(6)上設置有上連接板(1)，下加強圈(7)上設置有下連接板(9)，上連接板(1)和下連接板(9)固定在一起，其中，所述上加強圈(6)和下加強圈(7)的長度方向的兩端均為坡口形狀。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李鶴，胡美娟，池強，霍春勇，劉劍，黃忠勝，馬秋榮，張繼明，
申請(專利權)人：中國石油天然氣集團公司，中國石油天然氣集團公司管材研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11