一种LNG多层柔性管道的阶梯加强分布式装配端部连接件

技术领域

本发明属于液化天然气相关零部件领域，涉及一种LNG多层柔性管道的阶梯加强分布式装配端部连接件。

背景技术

LNG多层柔性管道是高技术船舶FLNG(浮式液化天然气生产装置)的核心配套装备，用于外输液化天然气。管道由内到外依次为：内向外依次为内骨架层、密封层、保温层、编织层、外骨架层。其中内、外骨架层用于抵抗内压冲击，提供径向刚度；密封层用于防止液体渗透；保温层用于隔离内外热量传输；编织层用于增强拉伸性能，提供轴向刚度。

目前，LNG多层柔性管道的市场潜力巨大，包含陆用、水用LNG(液化天然气)转运、过驳及加注在内的扩展应用潜在市场达百亿级。国际上有多家研制此类管道的厂商对于相关技术进行研究。而国内针对LNG多层柔性管道的研究尚处于起步阶段，近年来由于我国能源需求加大，国内海上天然气的开采逐年增加，相关技术急待突破。端部连接件在LNG多层柔性管道中起到连接和运输作用，相关介质传输处于超低温状态。介质温度低于零下160℃，输送过程中管道外壁会结冰或结霜。在储运设备或管体接口发生合理位移时，端部连接件往往产生损坏以至泄漏。而国内的多层柔性管道的端部连接件技术尚待突破，暂无结构简单，便于加工的LNG多层柔性管道的端部连接件。导致我国在海上液化天然气的开采与运输过程中，经常需要高价引入国外的技术。

发明内容

本发明的目的就是针对国内LNG多层柔性管道的端部连接件的相关技术领域的空白，提供一种LNG多层柔性管道的阶梯加强分布式装配端部连接件。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种LNG多层柔性管道的阶梯加强分布式装配端部连接件，包括连接部分1、密封部分 2、内套3。所述的连接部分1位于LNG多层柔性管道的端部，用于连接LNG多层柔性管道，输送液化天然气，密封部分2用于防止液体泄漏。

所述的LNG多层柔性管道由内向外依次为内骨架层4、密封层5、保温层6、编织层7、外骨架层8，所述内骨架层4为LNG多层柔性管道的最内层结构，在LNG多层柔性管道的端部连接件的内套3开孔，用于放置内骨架层4的钢丝，使内套3固定在多层柔性管道上，再依次由内到外连接密封层5、保温层6、编织层7、外骨架层8在连接用金属环21上开孔，使外骨架层8的钢丝穿过，固定住密封金属环21。所述的内套3外表面在密封部分开设凹槽结构，用于放置O型密封圈33；内套3外表面最左侧设有向上突起结构，用于突入密封用金属环31，起固定密封用金属环31的作用。所述连接部分1的右侧为挡板9，连接部分1的左侧是密封部分2，在密封部分的左侧是法兰11。法兰11与挡板9通过长螺栓10进行连接。

所述的LNG多层柔性管道的端部连接件的连接部分1套接在内套3上，为具有阶梯式特点的非规则的结构，连接部分1包括螺栓22、连接用金属环21。所述的连接用金属环21由三块结构相同且均具有弧度的扇形金属块结构构成，三块扇形金属块结构拼接为圆环结构；每块弧度的扇形金属块结构沿圆环轴向的两端设有凸起，凸起部分开螺栓孔用于安装螺栓22，通过螺栓22连接三个金属块组装成圆环结构；圆环结构一侧设置向内凹的阶梯状结构；整个连接金属环21通过预紧螺栓22提供预紧力。端部连接件的连接部分1在受到拉力时与管道不能发生相对位移，因此通过螺栓22提供的预紧力，去挤压编织层7，使编织层7与金属环 21之间产生摩擦作用，防止二者发生相对位移，达到连接设计要求。在金属环21的右下侧挤压LNG多层柔性管道外骨架层8，再依次由外到内挤压编织层7、保温层6、密封层5、内骨架层4，再使管道固定在端部连接件的内套3上。在连接用金属环21左下侧挤压所述的LNG 多层柔性管道抽出的部分编织层7。整个连接部分1的右侧面接触挡板9可以传递端部连接件工作状态所受力，挡板9与左侧法兰11通过长螺栓10连接，挡板9将作用力通过长螺栓 10传递给左侧法兰11。

所述的LNG多层柔性管道的端部连接件的密封部分2套接在内套3上，包括螺栓32、密封用金属环31、O型密封圈33，端部连接件的密封部分必须不能发生泄漏，因此采用螺栓32提供预紧力，使金属环31挤压O型密封垫圈33，再去挤压密封层5的密封设计形式。所述的密封用金属环31也是由三块结构相同且均具有弧度的扇形金属块结构构成，三块扇形金属块结构拼接为圆环结构；每块弧度的扇形金属块结构沿圆环轴向的两端设有凸起，凸起部分开螺栓孔用于安装螺栓22，通过螺栓22连接三个金属块组装成圆环结构；圆环结构一侧设置向外凸的阶梯状结构，与金属环21向内凹的阶梯状结构配合；整个密封金属环31通过预紧螺栓22提供预紧力，所提供预紧力挤压O型密封垫圈33。所述O型密封圈33放置在内套3开的凹槽内，密封层5贴紧内套3的外表面，因此在凹槽内，O型密封圈33在受到挤压的同时，也传递挤压力，去挤压密封层，使密封层5与内套3之间的接触面产生接触压力，达到密封设计要求；所述的密封用金属环31的左下端开凹槽，该凹型槽与LNG多层柔性管道的内套3外表面左侧向上凸起部分匹配，内套凸起突入凹槽内，防止密封部分在受外力时发生滑动；编织层7呈螺旋阶梯式缠绕在密封金属环31右侧外伸出的突出部分上，在连接部分受力时将力传递到密封金属环31上。

进一步的，所述的骨架层4为316L钢丝制成，所述的密封层5由聚三氟氯乙烯制成，所述的保温层6由气凝胶制成，所述的编织层7由碳纤维制成，所述的密封部分的O型密封垫圈33采用聚四氟乙烯制造。

进一步的，所述管道多层材料中保温层6材料的压缩强度最低，所以挤压管道的预紧力使保温层6的压缩强度小于材料许用强度，保温层6的长度长于使保温层材料达到许用强度时的接触长度。本发明的有益效果如下：

(1)本发明改进了国内常用管道端部连接件形式，改进国内现有管道的端部连接件技术中连接密封同时采用同一个金属环处理的设计，本发明将端部连接件和密封分为两个金属环的形式进行处理，适用于大口径管道和LNG多层柔性管道等实际工程应用。

(2)本发明在LNG多层柔性管道的端部连接件连接设计时，考虑LNG多层柔性管道的多层形式，编织层为主要承受轴向力的部分，端部连接件的连接处理时将柔性管道的编织层抽出，用连接金属环压住，区别于普通端部连接件平滑挤压管道的形式，本发明经抽出的编织层采用螺旋阶梯缠绕的形式，方便端部连接件的加工处理

(3)本发明在LNG多层柔性管道的端部连接件连接设计时，考虑连接部分需要挤压管道管体和编织层，区别于通常管道端部连接件采用两个金属环挤压的处理办法，本发明考虑用一个金属环的结构形式，大大的简化了结构。更有利于端部连接件实际工况下的受力。

(4)本发明在LNG多层柔性管道的端部连接件密封设计时，考虑低温密封的复杂问题，选用金属环挤压聚密封垫圈，再挤压密封层的形式。密封垫圈采用聚四氟乙烯材料制成，聚四氟乙烯低温密封性能好，聚四氟乙烯密封垫圈具有较好的回弹性能，在低温工况时具有温度补偿的作用，可长期使用。在密封设计，采用多个密封垫圈，伸长的实际密封长度，更有利于密封作用。

附图说明

图1为本发明LNG多层柔性管道的端部连接件的截面示意图；

图2为本发明对应的LNG多层柔性管道的截面示意图

图3为本发明LNG多层柔性管道的端部连接件的连接部分截面示意图；

图4为本发明LNG多层柔性管道的端部连接件的密封部分截面示意图；

图5为本发明LNG多层柔性管道的端部连接件的三维示意图；

图6为本发明LNG多层柔性管道的端部连接件的连接部分三维示意图；

图7为本发明LNG多层柔性管道的端部连接件的密封部分三维示意图；

图中：1连接部分、2密封部分、3端部连接件的内套、4内骨架层、5密封层、6保温层、7编织层、8外骨架层、9挡板、10长螺栓、11法兰、12螺栓；

21连接用金属环、22连接用螺栓；

31连接用金属环、32密封用螺栓、33密封垫圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明作进一步详细说明。

图1为LNG多层柔性管道的端部连接件，包括连接部分1和密封部分2。

结合图1、图3、图5和图6所示，连接部分用于连接LNG多层柔性管道，所述的LNG 多层柔性管道，各层由内向外依次为内骨架层4、密封层5、保温层6、编织层7、外骨架层 8；所述的LNG多层柔性管道的端部连接件的连接部分位于LNG多层柔性管道端部，用于连接管道，输送液化天然气，所述的LNG多层柔性管道的端部连接件的连接部分还包括螺栓 22、金属环21，金属环21由三块扇形金属块结构构成，金属块上端开螺栓孔，用于安装螺栓22，在起到连接三块金属块作用的同时又提供预紧力；整个金属环左侧通过预紧螺栓22 提供的预紧力使金属环挤压LNG多层柔性管道外骨架层8，使管道固定在端部连接件的内套上3；LNG多层柔性管道的最内层的内骨架层4，固定在LNG多层柔性管道的端部连接件的内套3上，同时金属环右侧挤压所述的LNG多层柔性管道抽出的部分编织层7，达到端部连接件与管道连接的作用。

所述的LNG多层柔性管道的端部连接件的连接部分右侧接触挡板9，可以传递端部连接件工作状态所受力，挡板9与左侧法兰11用长螺栓10连接，右侧挡板将作用力通过长螺栓 10传递给左侧法兰11。

所述的连接用金属环31用于挤压外骨架层8，内骨架层4固定在端部连接件的内套3，内套3开内骨架层4钢丝截面大小的孔，利于内骨架层4紧密贴在端部连接件的内套3上

由于端部连接件的连接部分主要挤压管道和抽出的编织层，在实际工作中端部连接件承受最大承受拉力，为了使编织层7不至于拉脱失效，必须达到一定的螺栓预紧力，足够编织层7的摩擦力可以使端部连接件不至于被拉脱失效，通过摩擦力反算出螺栓预紧力，根据机械设计手册选取最适用的螺栓；

由于端部连接件的连接部分主要挤压管道，不能够挤坏管道，管道多层材料中保温层6 材料的压缩强度是最低的，因此挤压管道的预紧力使保温层6的压缩强度小于材料许用强度，保温层6的长度长于使保温层材料达到许用强度时的接触长度。

由于端部连接件的连接部分另一部分挤压抽出的编织层7，即不能使编织层在受压缩方向不至于被挤坏，同时在轴向方向不会发生滑动失效，因此挤压抽出的编织层7长度必须同时满足以上条件，大于以上两个条件中的最大值。

抽出的编织层7，采用螺旋阶梯缠绕，这种设计方式在端部连接件加工过程中十分方便。

结合图1、图4、图5和图7所示密封部分用于防止液体泄漏，所述的LNG多层柔性管道的端部连接件的密封部分还包括螺栓32、金属环31、O型密封圈33，金属环由三块扇形金属块结构构成，金属块上端开螺栓孔，用于安装螺栓32，在起到连接三块金属块作用的同时又提供预紧力；所述的金属环31挤压所述的O型密封垫圈33，O型密封垫圈33再挤压所述的LNG多层柔性管道抽出的密封层5，所述的LNG多层柔性管道的密封层5被挤压固定在在所述的LNG多层柔性管道端部连接件的内套3上。

所述的LNG多层柔性管道的端部连接件的密封部分，由于编织层7会呈螺旋缠绕在密封用金属环31的突出部分，在连接部分受力时，会传递到密封金属环31上，因此设计时，在 LNG多层柔性管道的端部连接件的密封用金属环31的左下侧开凹型槽，对应部分的LNG多层柔性管道的内套3上向上凸起部分，突入凹型槽，用于防止密封部分受力时移动。可以将多余的力的作用抵消掉。

端部连接件的密封部分必须不能发生泄漏，因此采用螺栓32提供预紧力，是金属环31 挤压密封垫圈，再去挤压密封层达到密封效果。

密封的本质时材料发生塑性变形，填充接触面微小间隙阻止泄露发生，整个LNG多层柔性管道在工作过程中承受一定的内压,密封接触面的压强工作内压才不会发生密封失效，螺栓预紧力必须使密封层发生塑性变形，预紧力为两材料的许用强度中的最小值和管道内压去比较，选其中最大值，选用一定的安全系数，计算密封螺栓预紧力，根据机械设计手册选定适用的螺栓。

本次密封由于工作状态为极低温状态，低温有热胀冷缩现象，会导致密封面发生分离，接触应力减小，使密封失效，采用O型密封垫圈可以提供密封补偿型，O密封垫圈采用聚四氟乙烯制造，低温密封效果好，在预紧力过程中，密封垫圈被压缩，储存能量，施加实际工况时密封垫圈压力增大，在低温螺栓预紧力减小，密封垫圈储存的能量被释放，补偿由于密封层的材料和端部连接件内套的材料由于膨胀系数不一导致的泄露发生。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。