一种海底管道连接法兰的制作方法

本发明涉及石油天然气海底管道修复装备技术领域，特别涉及一种海底管道连接法兰。

背景技术：

随着陆地油气资源的短缺，世界沿海国家陆续对海洋油气资源进行了勘探与开采，且对海洋油气资源的勘探与开采已逐步成为国内外油气工业发展的主要趋势。此外，随着我国经济持续高速增长，油气资源供应不足将成为阻碍经济发展的主要矛盾，为提高油气资源的占有量，海洋油气的勘探和开采已经成为我国实现能源可持续发展的战略重点。

海底管道承担着水下油气井出液、海底原油、天然气和伴生气介质输运等重要任务，因而海底管道的安全稳定的运营对海洋油气资源的开发利用具有重要意义。由于海底运行工况和周围海水的特殊环境，海底管道存在疲劳破坏、地质灾害破坏、腐蚀破坏、船舶抛锚破坏和海洋勘探开发第三方破坏等风险，而海底管道一旦发生泄露，不仅会对下游及终端用户的正常生产和生活造成不利影响，而且还会造成海洋环境污染、油气资源浪费和油田生产中断。

海底管道在运行时若遇到损伤或破坏，需对其进行修复或补强。目前海底管道修复或补强的技术有：管卡堵漏、复合材料补强和水下管段更换三种主要的海底管道修复技术。其中，复合材料补强技术，如注环氧树脂等材料，该修复技术易对海底管道的管体产生冲击破坏，而且注入机设备复杂和庞大，现场材料自作和水下操作工艺复杂，这些都不利于海底管道的快速修复。管卡堵漏修复技术是采用机械式封堵，其优点在于实施简单、作业周期短，可用于渤海海域由于腐蚀、母材缺陷、裂纹等原因引起的管道泄漏，但一旦海底管道出现严重破坏或有较大变形以及海底管道处于较深或深水海域时，该技术就难以实现有效的封堵修复。海底管段更换修复技术其特点是应用范围广，可完成腐蚀或断裂等各种形式的海底管道破坏修复；海底管段更换分为：海底管道焊接更换技术和海底管道连接器连接技术。而海底管道焊接更换技术存在工序多、对环境要求高、结构复杂，不能实现快速更换，因此管段更换效率不高，连接的可靠度不理想；海底管道连接器技术能解决上述问题，但缺点是修复用机械连接器这一关键备件的生产及其修复作业装置和作业流程一直掌握在国外专业公司手中，国内相应的装备和技术较少。此外，目前国内外的海底管段更换的装备主要以连接器为主，法兰式管道连接装置较少，如专利号cn201620156196.8公布了一种新型海底管道连接器，专利号cn201510054118.7公布了一种海底管道卡箍修复连接器，专利号cn201621328659.0公布了一种海底管道堵漏装置及分体式海底管道堵漏夹具，专利号cn201610319504.9一种可调偏式海底管道快速修复连接装置。

技术实现要素：

为了克服现有海底管段更换装备的上述缺点，本发明的目的在于提供一种海底管道连接法兰，该装置可实现海底管道的快速修复连接，从而缩短海底管道的修复周期。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种海底管道5快速连接装置，由轴向压紧系统1，密封系统2，壳体3和径向抱紧系统4构成，其特征为：轴向压紧系统1与壳体3之间由拉杆螺栓紧固连接；壳体3与轴向压紧系统1之间安装有密封系统2；径向抱紧系统4安装于壳体3的中部内侧；

所述轴向压紧系统1包括连接法兰11，拉紧螺栓12，螺母13；连接法兰11的左右两端面均设计法兰，左法兰通过螺栓与预制法兰管道6形成紧固连接，右法兰通过拉紧螺栓12与壳体3形成紧固连接；连接法兰11的左端内侧表面设计有密封沟槽，密封沟槽内安装有密封垫圈，密封垫圈与旧管道5的端面紧密接触；连接法兰11的右端面设计有圆弧形凹槽，圆弧形凹槽内安装有密封系统2的密封圈；

所述密封系统2包括移动环21；移动环21呈对称结构，移动环21的左右两端面均设计有1~5道半圆弧形凹槽22，半圆弧形凹槽22内安装有密封圈；移动环21右侧半圆弧形凹槽内的密封圈与壳体3紧密接触；

所述壳体3呈空心阶梯轴状；壳体3的左端面设计有圆弧形凹槽，圆弧形凹槽内安装有密封圈；壳体3的右端面设计有防止拉紧螺栓12旋转的六方盲孔，六方盲孔的底面设计有圆形通孔，拉紧螺栓穿过通孔将壳体紧固于连接法兰；壳体3的内表面中侧设计有内凹楔面31，内凹楔面（31）的端面设计有盲孔，盲孔内配合安装有导向柱45；内凹楔面31配合安装有径向抱紧系统4；

所述径向抱紧系统4包括上抱紧块41，下抱紧块42，球形滚珠43，预紧弹簧44，导向销45；；导向柱外套有预紧弹簧44，预紧弹簧44压紧有抱紧块；上抱紧块（41）呈圆弧环状；上抱紧块41的外表面分别设计有不同大小的球形孔48，不同大小的球形孔48内相对应地安装有不同大小的球形滚珠43；所述不同大小的球形滚珠43的切线相同，滚珠的切线角度与内凹楔面31的楔角一致，球形滚珠43的上侧与内凹楔面31相切，球形滚珠43的下侧与管道5相切；上抱紧块41的圆弧端面设计有环形槽46，下抱紧块42的圆弧端面设计有环形凸起47，下抱紧块42的环形凸起47插入上抱紧块41的环形槽46内形成径向抱紧系统4。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：（1）为海底管道更换段快速制作法兰，从而实现更换段管道的快速连接；（2）本发明采用滚珠压紧管道，从业减小径向抱紧系统对管道造成的损伤。

附图说明

图1为本发明二维平面剖视图。

图2为本发明三维示意图。

图3为本发明三维剖视图。

图4为轴向压紧系统示意图。

图5为连接法兰三维示意图。

图6为连接法兰三维剖视图。

图7为密封系统示意图。

图8为移动环三维剖视图。

图9为壳体三维示意图。

图10为壳体三维剖视图。

图11为壳体连接示意图。

图12为径向抱紧系统三维示意图。

图13为径向抱紧系统三维剖视图。

图14为不同大小的球形滚珠的平面示意图。

图15为上抱紧块三维示意图。

图16为下抱紧块三维示意图。

图17为本发明与预制法兰管道的连接示意图。

1.轴向压紧系统，2.密封系统，3.壳体，4.径向抱紧系统，5.管道，6.预制法兰管道；11.连接法兰，12.拉紧螺栓，12.螺母；21.移动圆环，22.半圆环凹槽；31.内凹楔面，32.半圆弧形凹槽；41.上抱紧块，42.下抱紧块，43.球形滚珠，44.预紧弹簧，45.导向柱，46.环形槽，47.环形凸起，48.球形孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细叙述。

参照图1~图3，图17，一种海底管道连接法兰，由轴向压紧系统1，密封系统2，壳体3和径向抱紧系统4构成，其特征为：轴向压紧系统1与壳体3之间由拉紧螺栓12紧固连接；壳体3与轴向压紧系统1之间安装有密封系统2；径向抱紧系统4安装于壳体3的中部内侧。其工作原理为：海底管道5穿入快速连接法兰11的环空，并使管道5的端面与连接法兰11接触；随后旋转拉紧螺栓12处的螺母13使壳体3沿轴向移动，壳体3轴向移动使径向抱紧系统4抱紧管道5，此外，轴向壳体3移动还使壳体3与法兰端盖压紧密封系统2，从而防止油气泄露；拉紧螺栓12使连接法兰11与壳体31形成紧固连接，从而使连接法兰11轴向压紧管道5端面。

参照图3~图6，所述轴向压紧系统1包括连接法兰11，拉紧螺栓12，螺母13。为便于螺母13的拧紧，可采用液压扭矩扳手对其拧紧。采用连接法兰11的左右两端面均设计法兰，左法兰通过螺栓与预制法兰管道6连接，进而使预制法兰管道6紧固与连接法兰11的左侧。连接法兰11的右法兰通过拉紧螺栓12与壳体3连接，进而使壳体3紧固于连接法兰11右侧。连接法兰11的左端内侧表面设计有密封槽，密封槽内安装有密封垫圈，密封垫圈与旧管道5的端面紧密接触形成第一道密封，从而防止油气从管道5的端面泄露。连接法兰11的右端面设计有圆弧形凹槽，圆弧形凹槽内安装有密封圈，密封圈与移动环21接触形成第二道密封，进一步防止油气从管道5泄露。

参照图7~图8，所述密封系统2用于密封装置间隙，防止油气泄露。密封系统2包括移动环21。移动环21呈对称结构，移动环21的左右两端面均设计有1~5道圆弧形凹槽，圆弧形凹槽内安装有密封圈。壳体3移动使密封圈发生变形，从而使密封圈填满间隙，进而防止油气泄露。

参照图9~图11，所述壳体3呈空心阶梯轴状。壳体3的左端面设计有半圆弧形凹槽32，半圆弧形凹槽32内安装有密封圈，密封圈用于防止油气泄露。壳体3的右端面设计有均布的六方盲孔，六方盲孔用于防止拉紧螺栓12在拧紧过程中转动；六方盲孔的底面设计有圆形通孔，拉紧螺栓12穿过通孔将壳体3紧固于连接法兰11。壳体3的内表面中部设计有内凹楔面31，内凹楔面31配合安装有径向抱紧系统4。壳体3在拉紧螺栓12的作用下向左移动，从而使径向抱紧系统4径向压紧管道5。内楔面的左端面设计有盲孔，盲孔内配合安装有导向柱45。壳体3的内凹楔面31右侧内表面设计有密封沟槽，密封沟槽内安装有密封圈，密封圈用于防止海水进入径向抱紧系统4。

参照图11~图16，所述抱紧系统包括上抱紧块41，下抱紧块42，球形滚珠43，预紧弹簧44，导向销45。导向柱44外套有预紧弹簧44，预紧弹簧44压紧有抱紧块，从而使球形滚珠43始终与内楔面接触，从而达到预紧的目的。上抱紧块41呈圆弧环状，上抱紧块41的外表面分别设计有大球形孔、中球形孔和小球形孔，不同大小的球形孔48内相对应地安装有大滚珠、中滚珠和小滚珠。此外，大滚珠、中滚珠和小滚珠的直径不同，但切线相同，且切线的角度与凹陷楔面的楔角一致。球形滚珠43的上侧与内凹楔面31相切，球形滚珠43的下侧与管道5相切，从而使球形滚珠43可沿内凹楔面31和管道5滑移，进而使径向抱紧系统4抱紧管道5。上抱紧块41的左端圆弧的两侧面设计有环形槽46，下抱紧块42的左端圆弧的两侧面设计有环形凸起47，下抱紧块42的环形凸起47插入上抱紧块41的环形槽46内形成径向抱紧系统4。此外，为便于安装，径向抱紧系统4也可分为多个抱紧块。