管体的改进及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种管体（１０），包括内部中空管状芯（１２）和外罩（１４），所述外罩具有一个或多个机械地相互接合螺旋缠绕的材料条状体，所述材料的屈服应力比所述内部芯材料高。本发明专利技术还提供一种形成管体（１０）的方法，包括将外罩（１４）缠绕到内部芯（１２）上的步骤，还提供一种当所述管体（１０）在其外表面上设有螺旋延伸的卡销（３０ａ）时，用于管体（１０）的末端连接器（３２）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种管体及其形成方法，更具体但非唯一地涉及生产用于管道工程系统的管道，比如在压力下运输天然气或石油产品的管道。还可以根据所述的本专利技术制造其他管体形式比如支杆、塔、支撑臂等。
技术介绍
已知近几年生产的或者为将来提取而储备的天然气和石油产品含有二氧化碳和硫化氢。还已知在正常压力操作条件下，由运输这种产品的常规材料形成的管道尤其可能遭受由应力腐蚀裂纹引起的故障。这种故障常常导致沿管线管道长度方向的灾难性破裂。降低这种故障风险的早先尝试包括将耐腐蚀剂添加到通过管道运输的产品中。可惜的是，这样产生了不能接受的成本，不仅包括耐腐蚀剂和添加耐腐蚀剂到产品中的成本，还包括及时地从通过管道运输的产品中将耐腐蚀剂去除和恢复的成本。使用耐腐蚀剂也是不明智的，特别是在离岸管道中，因为如果有任何耐腐蚀剂从管道中泄漏，都将引起环境问题。已经提出了一些通过减小与运输产品接触的管道部分上的拉伸应力来减小管道中应力腐蚀裂纹风险的可选择方法。例如，这些方法包括使用由一根管子插入另一根管子内部的两根管子形成的管道，然后在生产过程中机械地迫使内部管道与外部管道接触，因此内部管道在完成这项操作后具有压缩应力并且外部管道具有拉伸应力。这种方法称为“自紧法”，并且美国专利No.4,823,847中描述了机械执行这种操作的方法。应当意识到如果能够将一根管道插入另一根并且执行自紧法步骤而没有不利地损坏内部管道，那么两根管道必须制成非常紧的公差配合。还将意识到这种特殊的自紧法操作仅适合于长度较短的管道并且受到消耗时间的不利影响，因此完成操作很昂贵。生产这种通常8～10m的较小长度管道的另一个缺点是它将产生许多接缝，这些接缝本身是管道中的弱点。还从美国专利No.4,657,049中知道不同种类的管体，其中以搭接方式成螺旋状地缠绕金属条并将金属条嵌入粘合剂基质中以生产刚性管状结构。美国专利No.3,530,567描述了一种通过以自搭接方式成螺旋状地缠绕金属条而成管子的方法，因此在任一点的管壁厚度都由多个重叠部分组成。为了去掉在该条的边缘所形成的、管道内孔上的螺旋形脊部，在超过金属条屈服点下通过扩张管状结构进行缠绕之后，该条材料的重叠部分一个靠着一个的变平。这种程序显示出很高的制造难度。GB2280889公开了一种形成拉长的中空体或管体的方法，包括至少一条材料以自搭接方式成螺旋状地缠绕，以提供多层管状结构。在这种布置方式中，用于提供至少具有一个阶梯横截面的条是预先形成的，在条的每一圈中，所述阶梯接纳下一圈的搭接部分。因此，具有多层重叠壁厚的管体可以由单条材料连续制造，壁厚一般比在条的横截面上形成的阶梯的量大一根条厚度。上述布置可以配有内部或外部衬垫，衬垫形式取决于管道结构的预期应用，但可包括缠绕纤维加固基质的细丝。在这种管状结构的制造中，可以预先形成内部衬垫，从而提供一根心轴，成螺旋状地缠绕的加强芯是在该心轴上缠绕。作为选择的是，内部衬垫可以这样形成在适当的心轴上缠绕用于内部衬垫的树脂浸渍的加固纤维或织物，然后在该衬垫上缠绕成阶梯状的钢条从而形成加强芯，接着缠绕用于外部衬垫的树脂浸渍的加固纤维或织物。可惜的是，这种方法仅能够生产不连续长度的管道部分，并不适合使用“自紧法”的过程。目前，这种管道的压力容量受到所用材料成本和常常在各种困难环境中必须运输并移动到一定位置的最终产品重量的限制。最普通的用于气体运输的管道具有X65的钢级(最小屈服强度65,000psi)，但是即使这种管道标准仍不符合需要达到屈服强度120,000psi的较新要求。虽然可以明显地增加管壁的厚度和规格，但是这将增加成本、重量和安装的复杂度。此外，这种布置必须经过环缝焊接，而这是难于实现并且昂贵的。因此，需要一种既坚固又不重，同时制造成本低并且相对易于运输和安装的高性能管道。本专利技术的目的是提供一种管体及其形成方法，其中减小了应力腐蚀裂纹的风险，并且其中减轻了已知管道及其形成方法的一个或多个上述缺点。
技术实现思路
根据本专利技术的第一个方面是提供一种具有内部中空管状芯和外罩的管体，其中所述外罩包括一个或多个机械地相互接合螺旋缠绕的材料条状体，所述材料的屈服强度比所述内部芯材料的屈服强度高。根据本专利技术的另一方面是提供一种具有内部管状芯和外罩的管体，其中所述外罩具有由一个或多个自搭接螺旋缠绕的材料条状体，并且所述芯包括由连续成形方法形成的管状结构。优选的是，所述外罩的内表面与所述芯的外表面连续接触，从而在所述芯受到足以引起芯材料塑性变形的内部压力后，能够在所述芯上施加压缩力。当还需要提供环境保护时，所述管体还可以在所述外罩外部上设有保护罩。在优选方案中，所述条状体具有横向截面的阶梯，在所述条状体的每一圈中所述阶梯容纳下一圈的搭接部分。作为选择的是，所述条状体在一条边缘上具有纵向延伸的突起，和在另一条边缘上具有纵向延伸的凹槽，在所述条状体的每一圈中容纳邻接边缘。在另一方案中，所述条状体在每条边缘上具有斜切面，在所述条状体的每一圈中所述斜切面容纳下一圈的搭接部分。优选的是，所述外罩是金属的，比如钢、不锈钢、钛或铝，但是优选为马氏体(Martinsite)。对于一些应用，所述管状芯和管体优选由耐腐蚀材料形成，比如不锈钢，其中可以是不锈钢316L。在一种特别适合连续生产的方案中，所述管体可以是卷成的、焊接接缝的金属管。作为选择的是，所述芯可以由一个或多个自搭接螺旋缠绕的材料条状体形成。在一种形式中，机械的相互连接可以是预制的卡槽和卡销的形式，所述卡槽和卡销在连续旋绕中相互配合。优选的是，所述卡槽包括在所述条状体一面上形成的纵向延伸的卡槽，所述卡销包括在所述条状体相对一面上形成的纵向延伸的卡销。这些结构相互接合从而提供一种机械的相互接合的形式，所述形式可以单独使用也可以与这里公开的相互接合的其他形式结合使用。有利的是，所述条状体包括两条边缘并且其中一条边缘长于另一条。机械的相互连接可以是以内部芯与外罩之间的粘合剂层的形式和/或外罩搭接部分之间的粘合剂层的形式。方便的是，所述粘合剂层可以是施加到芯或条状体上的粘合剂条，并且所述粘合剂是可固化聚合物，它包括单组分薄膜基环氧化物，比如Cytec FM8210-1，所述环氧化物优选具有织物载体。这种粘合剂可以用来与这里所述的任何其他的机械相互连接结合使用。在本专利技术的另一方案中，所述管体具有一个末端并且在其末端还包括连接器。所述连接器包括耐腐蚀材料环，所述芯包括耐腐蚀材料并且所述环与所述芯相互焊接。出于方便和定位的目的，所述螺旋状突起可以在管体上形成并且所述连接器包括用于与所述螺旋状突起接合的相应凹槽。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造管体的方法，包括以下步骤提供具有第一屈服应力的中空管状芯；提供材料条状物，所述材料具有比该第一屈服应力高的第二屈服应力；以及将所述条状体以螺旋搭接的关系缠绕到所述芯上，从而形成包围所述芯的外罩。根据一个可选方案，提供一种制造具有管状芯和外罩的管体的方法，所述方法包括以下步骤提供用于形成所述芯的内部材料条状物；提供用于形成所述外罩的第二材料条状物；沿着所述内部条状体的纵轴线卷起所述内部条状体，然后缝焊其对立边缘，从而形成所述管状芯；以及将所述外部条状体以机械地相互接合的关系缠绕到所述芯上，从而形成包围所述芯的外罩。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管体，包括内部中空管状芯和外罩，其中所述外罩具有一个或多个机械地相互接合螺旋缠绕的材料条状体，所述材料的屈服强度比所述内部芯的材料屈服强度高。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰彼得布思，GD洛维斯，
申请(专利权)人：ITI苏格兰有限公司，约翰彼得布思，
类型：发明
国别省市：GB[英国]