一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，属于油气输送管道断裂控制领域，主要用于阻止高钢级管线钢管道延性裂纹的长程扩展。
【背景技术】
[0002]天然气是一种清洁能源，也是一种易燃、易爆的危险介质，通常采用管道运输。管道运输具有运输量大、连续、迅速、经济、安全可靠的特点。但是管道在长期服役过程中，由于受到地层压力、腐蚀、疲劳、外部机械损伤等，易于造成管道开裂、泄漏等事故发生。高压天然气管道一旦长程开裂将造成巨大的灾难和损失，因此必须保证管道的安全运行。未来10至20年，我国对洁净能源天然气的需求将继续保持强劲增长势头，为了提高管道运输的经济性，天然气管道的发展趋势是高钢级、高压、大口径、大壁厚、大输量，以提高输送效率，降低建设成本，满足日益增长的市场需求。我国天然气管道用管线钢管近年来发展非常快，X70级别钢管在西气东输一线成功应用，西气东输二线管道工程大规模采用X80级别的钢管。目前我国正在积极推动X90、X100等高钢级管线钢管的工程应用。
[0003]天然气输送管道钢级、管径、设计系数的提高以及高压、富气输送工艺的采用，大大提高了运营效益，同时也给管道安全提出了更高的要求。输气管道一旦开裂，管内高压气体并不能立刻排空，而是由断裂点向两侧各产生一个减压波并向远端传播。由于气体减压波速低于裂纹扩展速度，裂纹尖端就会保持持续的高应力状态，裂纹也会持续的高速扩展，进而导致输气管道延性裂纹的长程扩展。现有的全尺寸气体爆破试验结果表明:对于高钢级管线钢(X80及以上管线钢)其难以依靠自身韧性进行止裂，这已经成为严重威胁管线安全并制约高钢级管线钢应用的瓶颈问题。
[0004]当管线钢自身的韧性不能保证阻止延性裂纹扩展时，需采用一些外部机械装置，即止裂器(Crack Arrestor)来预防、阻止管道的延性裂纹长程扩展。根据在输气管道上的安装方法不同，止裂器可以分为两类:整体止裂器和非整体止裂器。整体止裂器通常由不同于主管道力学性能和几何尺寸的厚壁或高韧性管段或管环组成，成为管道的一部分。在已有的管线上安装整体止裂器需要对管线进行切割和重新焊接，耗费时间且成本高。此外，生产高韧性厚壁钢管存在工艺技术困难，需考虑不同级别、壁厚钢管的匹配和焊接可行性问题。而非整体止裂器的安装则相对简单，可用于已建管线和新建管线。另外，如果突然止裂会导致裂纹在进入止裂器时产生环切(ring off)。即钢管被管内高压气流冲出沟槽，钢管沿环向开裂，从而对管线和周围环境造成严重后果，因此止裂器设计时应促进裂纹柔性止
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【发明内容】
[0005]为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，该止裂器能够有效阻止高钢级管线钢管道延性裂纹的长程扩展，实现管线延性断裂的柔性止裂。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:
[0007]—种大直径、高钢级管线钢套筒柔性止裂器，包括套装在管线外壁上的加强圈，加强圈包括两个相同结构且均为半圆形的上加强圈和下加强圈，上加强圈上设置有上连接板，下加强圈上设置有下连接板，上连接板和下连接板固定在一起，其中，所述上加强圈和下加强圈的长度方向的两端均为坡口形状。
[0008]所述上加强圈和下加强圈长度方向两端的形状为内坡口。
[0009]所述坡口的角度10°?25°。
[0010]所述上加强圈与上连接板之间焊接有上加强筋，下加强圈与下连接板之间焊接有下加强筋。
[0011 ]所述上连接板和下连接板通过若干相配合的螺柱和螺母进行固定。
[0012]所述上连接板和下连接板的材质为X80管线钢板。
[0013]所述加强圈的壁厚、外径和管线壁厚、外径相同。
[0014]所述加强圈的长度2管线钢管外径。
[0015]所述加强圈与管线无间隙配合;上加强圈与上连接板焊接在一起，下加强圈与下连接板焊接在一起。
[0016]与现有技术相比，本发明具有的有益效果:
[0017]对于正在建设的管线，本发明的加强圈可以在管线建设现场，直接利用主管线钢管切割制造，无需重复进行性能检验。针对已经投产的管线，则可以利用库房保存的低值易耗管材进行制造，无需重新订制，克服了耗时耗材的问题。由于止裂器加强圈的两端为坡口形状，止裂器的壁厚和对钢管的约束力逐渐增加，使载荷均匀分布在止裂器上，避免发生环切(ring off)，从而实现裂纹柔性止裂。本发明所要解决的技术问题是针对大直径、高钢级别管线钢，提供一种钢套筒柔性止裂器装置，其主要适用于0.72及以下设计系数，外径1422mm、X80及以上高钢级管线钢管的管线和储气库。通过在管线上安装该止裂器，能有效阻止高钢级管线延性裂纹的长程扩展，实现延性断裂的柔性止裂。针对新建设的管线，该止裂器可以直接在管线现场进行加工制造。针对已经投产的管线，该止裂器的安装不需要对管线进行焊接，安装简单，安装过程中输气服务不中断。
[0018]进一步的，加强圈长度方向两端的形状设计为内坡口，坡口角度10°?25°。通过该设计加强圈的壁厚和对钢管的约束力逐渐增加，使载荷均匀分布在止裂器上，从而实现裂纹柔性止裂，避免主管线环切，钢管沿着径向开裂。
[0019]进一步的，管线钢材料X80具有较低的屈强比和较高的均匀延伸率，具有一定的强度和韧性，且自身止裂性能较好，故本发明用于紧固的连接板材料选用X80管线钢板。
[0020]进一步的，本专利中加强圈材料采用外径1422mm、同主管线钢管同钢级管圈加工制造。
【附图说明】
[0021 ]图1为套筒柔性止裂器装置的示意图；
[0022]图2为图1中钢套筒柔性止裂器装置的A向视图；
[0023]图3为图1中钢套筒柔性止裂器装置的B向视图；
[0024]图4为图1中钢套筒柔性止裂器装置的I处详图；
[0025]图5为图3中钢套筒柔性止裂器装置的II处详图；
[0026]图6为钢套筒柔性止裂器的上加强圈与上连接板焊接详图；
[0027]图7为钢套筒柔性止裂器的上加强筋焊接详图；
[0028]图8为钢套筒柔性止裂器的柔性止裂设计示意图(两端坡口)。
[0029]图中，1为上连接板，2为螺柱，3为管线，4为螺母，5为上加强筋，6为上加强圈，7为下加强圈，8为下加强筋，9为下连接板。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0031]本发明中的大直径是指直径大于219mm，钢级高于X80钢级的为高钢级管线。
[0032]参见图1、图2、图3、图4和图8，本发明包括套装在管线3外壁上的加强圈，加强