柔性軟管彎曲限制器的設(shè)計

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(fù)合軟管以其可設(shè)計性強，，易彎曲，易鋪設(shè)和回收，   經(jīng)濟、實用等優(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度降低，低溫下強度增加。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。