專(zhuān)利名稱(chēng)：漂浮式輸油軟管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輸油管道，特別是涉及一種漂浮式輸油軟管。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)海洋石油開(kāi)發(fā)迅猛發(fā)展，一些新型的海洋采油終端，例如浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油 和卸油單元(FPSO)典型地用于開(kāi)采位于水下的石油儲(chǔ)藏，F(xiàn)PSO可以從已經(jīng)在水下鉆出的 許多油井中汲取油。采出油再被泵送之后，原油臨時(shí)存儲(chǔ)在FPSO中。然后將該原油傳輸?shù)?穿梭油輪上，以便傳送到期望的位置，例如煉油廠。然而，將原油從FPSO傳輸?shù)胶Ｉ系拇┧?油輪是一項(xiàng)要求極高的工作，因?yàn)樵谌萜髦g有持續(xù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在不利的天氣條件，例如 高浪、大風(fēng)以及海上有暴風(fēng)雨期間，該工作就變得更加困難了。目前，漂浮式的輸油管被廣 泛用于在水面上的物體之間輸送油品。中國(guó)專(zhuān)利CN277544Y中公開(kāi)了一種自浮式輸油管，包括有一段管道和固定在管道 兩端的連接法蘭，該管道的管壁為多層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)至外為內(nèi)膠層、增強(qiáng)層、中膠層、漂浮材料 層、過(guò)渡膠層、環(huán)箍層和外膠層，其中內(nèi)膠層、中膠層、過(guò)渡膠層和外膠層均為橡膠材料，增 強(qiáng)層、環(huán)箍層由多層高強(qiáng)度簾子布纏繞構(gòu)成。該自浮式輸油管可用于普通環(huán)境下的水上輸 油，但其管道的強(qiáng)度較低，不適合用于風(fēng)浪較大的條件下，尤其是海洋環(huán)境中的水上輸油。目前適用于連接海洋采油終端(如FPS0/FS0/FSU或海洋平臺(tái))與穿梭油輪，將采 油終端開(kāi)采出的原油直接通過(guò)管道輸送至外輸油輪的漂浮軟管的需求量急劇上升。僅以目 前正在使用的FPSO為例，用于FPSO和穿梭油輪之間輸送原油的漂浮軟管使用量和備用量 近600根。當(dāng)前國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)到用于外輸FPSO的漂浮軟管產(chǎn)業(yè)化的先例，而采購(gòu)一根漂浮軟 管的成本一般在25-30萬(wàn)人民幣，不僅費(fèi)用昂貴、還存在采購(gòu)難度大，供應(yīng)周期長(zhǎng)，購(gòu)買(mǎi)受 限、需要保持一定庫(kù)存量、保養(yǎng)和維修不便等諸多問(wèn)題。另外目前正在使用的漂浮軟管由于 其設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境與中國(guó)國(guó)內(nèi)海洋環(huán)境在水質(zhì)、水溫、酸堿度、鹽分和風(fēng)浪等方面存在 差異，因此在實(shí)際使用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題。比如1)軟管的結(jié)構(gòu)整體性不好，管道承受 壓力變化的能力較差，尤其是在短管內(nèi)輸送的原油流量增大、壓力增加的情況下，漂浮軟管 端部法蘭的短節(jié)與內(nèi)膠層相接觸的部位由于是由兩種剛度和表面性質(zhì)差異較大的材料纏 繞膠粘結(jié)合而成，因此最易出現(xiàn)結(jié)合不牢而產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致管中的高壓原油由此從內(nèi)向外 擠破內(nèi)膠層和其外部的其他各層加強(qiáng)層而在端部形成裂縫，造成原油泄漏；幻軟管中各橡 膠層的抗內(nèi)壓、抗拉性能較差，由于漂浮軟管的外部使用環(huán)境變化較大，高浪、大風(fēng)和暴雨 都會(huì)導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)海洋采油終端與穿梭油輪之間的相對(duì)位置發(fā)生明顯改變，使處于使用狀 態(tài)的漂浮軟管承受較大的拉力變化，同時(shí)原油流量增大、壓力增加時(shí)還會(huì)使軟管中的各橡 膠層承受一定強(qiáng)度的內(nèi)壓，橡膠的抗內(nèi)壓、抗拉性能直接影響到漂浮軟管的瞬間拉伸率和 永久拉伸率，若其抗內(nèi)壓、抗拉性能差容易造成材料疲勞，導(dǎo)致軟管的變形無(wú)法恢復(fù)，甚至 于直接產(chǎn)生破損斷裂現(xiàn)象；幻軟管外層表面粗糙、存在大量凹陷與細(xì)紋，容易為海洋生物 及微生物的生長(zhǎng)提供場(chǎng)所，造成漂浮軟管自重增加，影響其漂浮性能，同時(shí)外層的凹陷與細(xì) 紋處由于生物的生長(zhǎng)代謝作用較表層的光滑部位更容易老化開(kāi)裂，導(dǎo)致外層破損和漂浮層外露。以上缺陷的存在導(dǎo)致目前使用的漂浮軟管使用壽命短、管道易老化破損、在惡劣 環(huán)境下使用可靠性低，嚴(yán)重影響了我國(guó)海洋石油工業(yè)的發(fā)展。此外根據(jù)調(diào)研，如果漂浮軟管 能規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，每根軟管可節(jié)約50%的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益明顯，同時(shí)還可以促進(jìn)橡膠生產(chǎn)、零 配件生產(chǎn)等相關(guān)企業(yè)的發(fā)展。因此開(kāi)發(fā)出適合中國(guó)海洋環(huán)境的外輸軟管，實(shí)現(xiàn)FPSO外輸軟 管的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化不僅能夠填補(bǔ)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的空白，滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，而且還可以進(jìn)軍國(guó) 際市場(chǎng)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種不易破損、能夠延長(zhǎng)使用壽 命并且能夠在惡劣環(huán)境下可靠使用的漂浮式輸油軟管。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種漂浮式輸油 軟管，包括管體和管端部件，所述管端部件包括法蘭和短節(jié)，所述管體的最內(nèi)層為內(nèi)膠層， 在所述內(nèi)膠層的外側(cè)與其相鄰的是簾線加強(qiáng)層，所述簾線加強(qiáng)層的外側(cè)相鄰的第一鋼絲加 強(qiáng)層，所述第一鋼絲加強(qiáng)層由纏繞在所述簾線加強(qiáng)層外側(cè)的多個(gè)設(shè)有間距的第一鋼絲圈和 填充在它們之間的橡膠形成，在所述第一鋼絲加強(qiáng)層的外側(cè)與其相鄰的是中膠層；在所述 中膠層的外側(cè)設(shè)有管體層，在所述管體層的外側(cè)與其相鄰的是漂浮層，在所述漂浮層的外 側(cè)與其相鄰的是外層；在所述簾線加強(qiáng)層靠近所述短節(jié)的一端連接有短節(jié)纏繞鋼絲，所述 法蘭與所述管體之間通過(guò)所述短節(jié)固定連接，所述短節(jié)上設(shè)置有向上凸起的肋骨，所述肋 骨與所述短節(jié)纏繞鋼絲間隔設(shè)置并相互配合。在所述第一鋼絲加強(qiáng)層和所述管體層之間設(shè)有第二鋼絲加強(qiáng)層，所述第二鋼絲加 強(qiáng)層由纏繞在所述第一鋼絲加強(qiáng)層外側(cè)的多個(gè)設(shè)有間距的第二鋼絲圈和填充在它們之間 的橡膠形成。所述第二鋼絲圈的鋼絲直徑小于或等于所述第一鋼絲圈的鋼絲直徑。所述第二鋼絲圈和所述第一鋼絲圈交錯(cuò)布置。在所述第一鋼絲加強(qiáng)層和所述管體層之間設(shè)有外層簾線層，所述外層簾線層由簾 線從所述短節(jié)開(kāi)始沿管體方向纏繞形成。所述簾線加強(qiáng)層中的簾線纏繞角度為35° 70°。所述簾線加強(qiáng)層中的簾線纏繞角度為45° 60°。所述簾線加強(qiáng)層中包含多層簾線，且每隔一至二層簾線從靠近短節(jié)端部的肋骨底 端朝向管體方向沿環(huán)向再纏繞一段增強(qiáng)簾線形成多層增強(qiáng)簾線層，多層所述增強(qiáng)簾線層的 長(zhǎng)度由內(nèi)到外依次遞減，所述增強(qiáng)簾線層位于所述短節(jié)和所述內(nèi)膠層的接合處。所述簾線加強(qiáng)層中的多層簾線和所述增強(qiáng)簾線層中的簾線是由尼龍、聚酯和鋼絲 中的任意一種材料制成的。所述增強(qiáng)簾線層中簾線的纏繞角度大于或等于簾線加強(qiáng)層中簾線的纏繞角度。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是采用在內(nèi)膠層與管體層之間設(shè)置簾線加強(qiáng)層和 鋼絲加強(qiáng)層的結(jié)構(gòu)，提高了軟管的抗拉強(qiáng)度和承受內(nèi)壓的能力，提高了軟管的整體性；采用 在短節(jié)上設(shè)置肋骨，在肋骨間設(shè)置與其配合的短節(jié)纏繞鋼絲，短節(jié)纏繞鋼絲與簾線加強(qiáng)層 相連的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化了法蘭與管體的連接效果，提高了抗拉強(qiáng)度，減少了在受拉情況下發(fā)生端部泄漏的可能。因此，本發(fā)明不易破損，能夠延長(zhǎng)使用壽命并且能夠在惡劣環(huán)境下可靠使用。


圖1為本發(fā)明的外形示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的A部放大圖；圖4為圖2的B部放大圖；圖5為簾線纏繞的示意圖。圖中1、法蘭，2、短節(jié)，3、肋骨，4、內(nèi)膠層，5、增強(qiáng)簾線層，6、簾線加強(qiáng)層，7、第一纏 繞鋼絲圈，8、橡膠，9、中膠層，10、外層簾線層，11、管體層，12、第二纏繞鋼絲圈，13、短節(jié)纏 繞鋼絲，14、漂浮層，15、外層。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 詳細(xì)說(shuō)明如下請(qǐng)參閱圖1 圖5，一種漂浮式輸油軟管，由兩端的管端部件和中間的管體組成， 管端部件包括法蘭1和短節(jié)2，法蘭1用于將多根輸油軟管進(jìn)行連接形成輸送通道，短節(jié)2 用于將法蘭1和管體進(jìn)行連接固定，短節(jié)2與法蘭1可一體成型也可分別加工并焊接到一 起，管端部件同時(shí)還能承擔(dān)來(lái)自簾線加強(qiáng)層6傳來(lái)的荷載。管體的最內(nèi)層為內(nèi)膠層4，該層作為內(nèi)流體圍壁，其作用是阻止流體(即原油)外 溢，由于與原油直接接觸，因此要求具有較好的耐油、抗老化和耐磨性能。在內(nèi)膠層4外側(cè) 與其相鄰的是簾線加強(qiáng)層6，簾線加強(qiáng)層6包括多層簾線，簾線由是由尼龍、聚酯和鋼絲中 的任意一種材料制成的。簾線的作用是承擔(dān)來(lái)自自身的重量和端部載荷，提高軟管抗拉強(qiáng) 度并承受內(nèi)壓作用。簾線加強(qiáng)層6的外側(cè)是第一鋼絲加強(qiáng)層，第一鋼絲加強(qiáng)層由纏繞在簾 線加強(qiáng)層6外側(cè)的多個(gè)設(shè)有間距的第一鋼絲圈7和填充在它們之間的橡膠8形成，第一鋼 絲圈7的作用是提高軟管的整體性，尤其是在軟管受拉及負(fù)壓作用下，保持軟管的結(jié)構(gòu)尺 寸，鋼絲材料可選擇高強(qiáng)度碳鋼或其它合金鋼，并且纏繞導(dǎo)程以及鋼絲斷面直徑根據(jù)軟管 直徑的大小而變化，在第一鋼絲加強(qiáng)層的外側(cè)與其相鄰的是中膠層9。簾線加強(qiáng)層6靠近法蘭1的一端都連接有短節(jié)纏繞鋼絲13。法蘭1與管體之間通 過(guò)短節(jié)2固定連接，短節(jié)2上可以設(shè)置有向上凸起的肋骨3，肋骨3與短節(jié)纏繞鋼絲13間隔 設(shè)置并相互配合，能夠強(qiáng)化連接效果，提高抗拉強(qiáng)度，減少在受拉情況下發(fā)生端部泄漏的可 能。肋骨3的縱剖面形狀可以是長(zhǎng)方形、梯形、鋸齒形和倒鉤形中的任意一種，以便于和短 節(jié)纏繞鋼絲13配合。中膠層9的外側(cè)設(shè)有管體層11。管體層11的外側(cè)與其相鄰的是漂浮層14，該層 使軟管具有漂浮性能，漂浮層14的材料可以選擇閉孔微孔發(fā)泡的PE片帶狀材料，該材料具 有有不吸水、彎曲不斷裂的特性，有一定的伸長(zhǎng)率，比重在0. 1 0. 108之間；也可采用天然 橡膠海綿，該材料的比重大約為0. 15。在漂浮層14的外側(cè)與其相鄰的是外層15，該層處于 整個(gè)輸油軟管的最外側(cè)，其作用是保護(hù)漂浮材料不受損壞，由于該層直接與外界環(huán)境接觸，因此要求該層的材料具有耐老化、耐磨、耐天候、耐日光、耐油和耐海水腐蝕等特征。此外為了提高輸油軟管的整體性能，尤其是提高漂浮軟管的抗壓和抗拉性能還可 以進(jìn)一步對(duì)輸油軟管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)目前使用的輸油軟管在使用過(guò)程中最容易在端部短節(jié)和內(nèi)膠層的接合處出 現(xiàn)空隙，產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象，首先可以在簾線加強(qiáng)層中對(duì)應(yīng)于短節(jié)和內(nèi)膠層的接合處再纏繞 多層簾線，形成多層增強(qiáng)簾線層，請(qǐng)參見(jiàn)圖3，圖3中示出在簾線加強(qiáng)層6中的簾線的外層， 尤其是對(duì)應(yīng)于短節(jié)和內(nèi)膠層的接合處的位置附近再纏繞多層尼龍、聚酯或鋼絲制成的增強(qiáng) 簾線，纏繞的方式為在簾線加強(qiáng)層6中每隔一至二層簾線增強(qiáng)簾線從靠近短節(jié)端部的肋骨 底端朝向軟管方向環(huán)向纏繞，形成多層增強(qiáng)簾線層5，多層增強(qiáng)簾線層5的長(zhǎng)度為由內(nèi)而外 依次遞減，在本實(shí)施例中，增強(qiáng)簾線層有三層，它們的長(zhǎng)度由內(nèi)而外分別為500mm、400mm和 300mm，簾線纏繞角度略大于簾線加強(qiáng)層中的簾線纏繞角度。纏繞角度也可以與簾線加強(qiáng)層 中的簾線纏繞角度相同。此外其他的增強(qiáng)簾線層數(shù)和纏繞方式也同樣適用于本發(fā)明?？梢?延長(zhǎng)纏繞簾線的長(zhǎng)度，使增強(qiáng)簾線層延伸到短節(jié)端部之外。其次還可以在已有的第一鋼絲加強(qiáng)層外再增加一層第二鋼絲加強(qiáng)層，以提高抗內(nèi) 壓的強(qiáng)度。請(qǐng)參見(jiàn)圖4，第二鋼絲加強(qiáng)層由纏繞在第一鋼絲加強(qiáng)層外側(cè)的多個(gè)設(shè)有間距的 第二鋼絲圈12和填充在它們之間的橡膠形成。第二鋼絲的纏繞方式可以是在第一纏繞鋼 絲的空隙間纏繞，即在輸油軟管的縱剖面上第一纏繞鋼絲圈7與第二纏繞鋼絲圈12交錯(cuò)布 置。第二纏繞鋼絲的直徑可以與第一纏繞鋼絲的直徑相同或小于外層纏繞鋼絲的直徑，纏 繞的范圍可以?xún)H是端部的短節(jié)部分或是整個(gè)輸油軟管。在本實(shí)施例中，第二鋼絲加強(qiáng)層與 位于其內(nèi)側(cè)的中膠層9相鄰。再次，本發(fā)明中還可以通過(guò)調(diào)整簾線的纏繞角度來(lái)改變簾線加強(qiáng)層中簾線的抗拉 和抗內(nèi)壓性能。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)簾線加強(qiáng)層中的簾線當(dāng)以不同的角度纏繞在短節(jié)和內(nèi)膠層外 時(shí)，其對(duì)漂浮軟管整體上產(chǎn)生的抗拉抗壓效果有著明顯的差異。請(qǐng)參見(jiàn)圖5，圖5是簾線纏 繞的示意圖，其中顯示出在纏繞簾線時(shí)，簾線纏繞角度為簾線與軟管軸線在同一平面內(nèi)的 夾角，合適的簾線纏繞角度為35° 70°，優(yōu)選45° 60°。最后，在中膠層9的外側(cè)與管體層11之間增設(shè)外層簾線層10，簾線材質(zhì)也可采用 多層尼龍、聚酯或鋼絲，外層簾線層10的主要作用是使膠管在受拉作用下不被破壞。在本 實(shí)施例中，外層簾線層10與位于其內(nèi)側(cè)的第二鋼絲加強(qiáng)層相鄰。下表是圖2中所示的輸油軟管(簾線纏繞角度為45° )與漂浮軟管?chē)?guó)際標(biāo)準(zhǔn)的性 能參數(shù)對(duì)比。上述輸油軟管的性能參數(shù)由沈陽(yáng)橡膠研究院及中國(guó)船級(jí)社依據(jù)相應(yīng)的國(guó)際檢 測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試鑒定。
權(quán)利要求
1.一種漂浮式輸油軟管，包括管體和管端部件，所述管端部件包括法蘭(1)和短節(jié) O)，其特征在于，所述管體的最內(nèi)層為內(nèi)膠層G)，在所述內(nèi)膠層的外側(cè)與其相鄰的是 簾線加強(qiáng)層(6)，所述簾線加強(qiáng)層(6)的外側(cè)相鄰的第一鋼絲加強(qiáng)層，所述第一鋼絲加強(qiáng)層 由纏繞在所述簾線加強(qiáng)層(6)外側(cè)的多個(gè)設(shè)有間距的第一鋼絲圈(7)和填充在它們之間的 橡膠(8)形成，在所述第一鋼絲加強(qiáng)層的外側(cè)與其相鄰的是中膠層(9)；在所述中膠層(9) 的外側(cè)設(shè)有管體層(11)，在所述管體層(11)的外側(cè)與其相鄰的是漂浮層(14)，在所述漂浮 層(14)的外側(cè)與其相鄰的是外層(1 ；在所述簾線加強(qiáng)層(6)靠近所述短節(jié)的一端連接 有短節(jié)纏繞鋼絲(13)，所述法蘭(1)與所述管體之間通過(guò)所述短節(jié)( 固定連接，所述短節(jié) (2)上設(shè)置有向上凸起的肋骨(3)，所述肋骨(3)與所述短節(jié)纏繞鋼絲(1 間隔設(shè)置并相 互配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式輸油軟管，其特征在于，在所述第一鋼絲加強(qiáng)層和所 述管體層之間設(shè)有第二鋼絲加強(qiáng)層，所述第二鋼絲加強(qiáng)層由纏繞在所述第一鋼絲加強(qiáng)層外 側(cè)的多個(gè)設(shè)有間距的第二鋼絲圈(1 和填充在它們之間的橡膠形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的漂浮式輸油軟管，其特征在于，所述第二鋼絲圈(12)的鋼絲 直徑小于或等于所述第一鋼絲圈(7)的鋼絲直徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的漂浮式輸油軟管，其特征在于，所述第二鋼絲圈(1 和所述 第一鋼絲圈(7)交錯(cuò)布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式輸油軟管，其特征在于，在所述第一鋼絲加強(qiáng)層和所 述管體層之間設(shè)有外層簾線層(10)，所述外層簾線層(10)由簾線從所述短節(jié)開(kāi)始沿管體 方向纏繞形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式輸油軟管，其特征在于，所述簾線加強(qiáng)層(6)中的簾線 纏繞角度為35° 70°。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的漂浮式輸油軟管，其特征在于，所述簾線加強(qiáng)層(6)中的簾線 纏繞角度為45° 60°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漂浮式輸油軟管，其特征在于，所述簾線加強(qiáng)層(6)中包含多 層簾線，且每隔一至二層簾線從靠近短節(jié)端部的肋骨底端朝向管體方向沿環(huán)向再纏繞一段 增強(qiáng)簾線形成多層增強(qiáng)簾線層(5)，多層所述增強(qiáng)簾線層(5)的長(zhǎng)度由內(nèi)到外依次遞減，所 述增強(qiáng)簾線層位于所述短節(jié)和所述內(nèi)膠層的接合處。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的漂浮式輸油軟管，其特征在于，所述簾線加強(qiáng)層(6)中的多層 簾線和所述增強(qiáng)簾線層(5)中的簾線是由尼龍、聚酯和鋼絲中的任意一種材料制成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的漂浮式輸油軟管，其特征在于，所述增強(qiáng)簾線層(5)中簾線 的纏繞角度大于或等于簾線加強(qiáng)層(6)中簾線的纏繞角度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種漂浮式輸油軟管，包括管體和管端部件，所述管端部件包括法蘭和短節(jié)，所述管體包括內(nèi)膠層、簾線加強(qiáng)層、第一鋼絲加強(qiáng)層、中膠層、管體層、漂浮層和外層；所述法蘭與所述管體之間通過(guò)所述短節(jié)固定連接。本發(fā)明不易破損，能夠延長(zhǎng)使用壽命并且能夠在惡劣環(huán)境下可靠使用。
文檔編號(hào)F16L11/00GK102072367SQ201110045079
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者劉瑜珩, 唐勇, 尹能吉, 張沖, 徐業(yè)峻, 朱永凱, 楊勇, 楊波, 楊貴強(qiáng), 矯艷, 趙援朝, 鐘文 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋石油總公司, 中海油能源發(fā)展股份有限公司, 沈陽(yáng)市潛油泵電纜廠