CN108895221A - 一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段 - Google Patents
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Abstract
一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，包括锁紧连接段本体1、位于所述锁紧连接段本体1一端的窄管连接段2以及位于所述锁紧连接段本体1另一端的宽管连接段3，其特征在于：所述窄管连接段2在出口处具有窄管锁紧环4，所述窄管连接段2在远离出口处具有窄管收缩环5，所述宽管连接段3出口处具有内螺纹9，所述宽管连接段在远离出口处具有管腹7。本发明的发明目的是提供一种使用耐腐蚀金属材料、连接密封性好、高温高压下金属性质稳定、具有应对管径突变所带来的介质冲击能力的用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段。
Description
技术领域
本发明属于石油机械领域，涉及石油管道的锁紧连接段，具体涉及一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段。
背景技术
目前地球上90％以上的运输能量是依靠石油获得的。石油运输方便、能量密度高，因此是最重要的运输驱动能源。此外它是许多工业化学产品的原料，因此它是目前世界上最重要的商品之一。在许多军事冲突(包括第二次世界大战和海湾战争)中，占据石油资源是一个重要因素。输油管道***，即用于运送石油及石油产品的管道***，主要由输油管线、输油站及其他辅助相关设备组成，是石油储运行业的主要设备之一，也是原油和石油产品最主要的输送设备，与同属于陆上运输方式的铁路和公路输油相比，管道输油具有运量大、密闭性好、成本低和安全系数高等特点。输油管道的管材一般为钢管，使用焊接和法兰等连接装置连接成长距离管道，并使用阀门进行开闭控制和流量调节。输油管道主要有等温输送、加热输送和顺序输送等输送工艺。管道的腐蚀和如何防腐是管道养护的重要环节之一。
由于输油管道所运输石油的成分复杂，含有一些具有酸性的硫质及硝质成分，对铁基的管路具有一定的腐蚀性，在一些运行较久的管线中，发生过程度不一的腐蚀性损伤，这类损伤在管线连接处尤为明显；此外，输油管道要保证长距离的运输，需要每隔一定的距离对管道中的运输介质进行加温或加压运输，在管路靠近压力站的区域，管路中的油压、油温较大，对管路的腐蚀影响更大，尤其是管路连接处，不但需要承受管线连接的基础任务，还需要具有较好的密封性，保证管道内的石油成分不渗出或析出影响其他元件，尤其是加压泵工作站中的重要组件，此外管路连接处还承担着不同管道间的压力差，尤其是出现管道半径局部变化时，对管道连接处的影响更大。
使用锁紧连接段连接管路则无法避开以上挑战，具体而言，现有技术中的管路连接处的锁紧连接段通常为了加强密封性而具有半径收缩段，或具有管径阶梯。当管径突然变大时，会导致来流出现突然的压力降，在相对真空的区域，压力较低，石油中的易挥发质将部分挥发，直接影响石油管路连接处的内壁，严重时，还会进一步随着空气影响到石油管理连接处不同元件的接触区域，造成局部腐蚀性损伤，长期积累将会导致密封性下降，甚至导致石油泄漏；而当管径突然变小时，局部压力增加，流速增加，石油介质对管壁的冲击力加大，尤其在距离加压或加温基站较近时，石油对管壁的冲击力带来对金属管壁氧化层的损伤后，其中的酸性腐蚀性成分将对暴露出来的金属进一步损伤，长期会积累出严重的结构性损伤，大幅降低局部管路的强度。
发明内容
本发明的至少一个目的是提出一种使用耐腐蚀金属材料、连接密封性好、高温高压下金属性质稳定、具有应对管径突变所带来的介质冲击能力的用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段。
为实现以上技术效果，本发明所采用的技术方案为：
一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，包括锁紧连接段本体(1)、位于所述锁紧连接段本体(1)一端的窄管连接段(2)以及位于所述锁紧连接段本体(1)另一端的宽管连接段(3)，其特征在于：所述窄管连接段(2)在出口处具有窄管锁紧环(4)，所述窄管连接段(2)在远离出口处具有窄管收缩环(5)，所述宽管连接段(3)出口处具有内螺纹(9)，所述宽管连接段在远离出口处具有管腹(7)。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹(7)为向着所述锁紧连接段本体(1)中轴线上内凸的结构，所述管腹(7)位于所述内螺纹(9)与所述窄管收紧环(5)之间。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹(7)部管内径最小的区域位于所述内螺纹(9)与所述窄管收紧环(5)之间的中点。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹(7)从所述内螺纹(9)开始至所述窄管收紧环(5)先后具有沿流向长度相同的收缩段和扩张段，所述收缩段和扩张段的分界点位于所述内螺纹(9)与所述窄管收紧环(5)之间的中点。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹(7)收缩段与扩张段分界点处的管路内径等于所述窄管收缩环(5)处的管路内径。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹(7)收缩段与扩张段分界点处的管路内径r由以下公式确认：
式中，P_1为管径较大一端的流体压力，P_2为管径较小一端的流体压力，r_2为管径较小一端的管道内径。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述宽管连接段(3)上，在所述内螺纹(9)与所述管腹(7)之间还具有篦齿封严段(8)。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述篦齿封严段(8)具有至少一个篦齿，所述篦齿为直角三角形篦齿，所述每个直角三角形篦齿的一个锐角和一个直角顶点位于所述宽管连接段(3)内表面，所述每个直角三角形篦齿的一个锐角顶点均相对所述每个直角三角形篦齿的一个直角顶点更靠近所述内螺纹(9)。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述窄管连接段(2)外径还具有至少一个锁紧矩形凸起(6)。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述窄管收紧环(5)与所述窄管锁紧环(4)之间、所述窄管收紧环(5)与所述管腹(7)之间、所述管腹(7)与所述篦齿封严段(8)分别具有沿流向的过渡段，所述过渡段的内径相同。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述连接段本体(1)由钛合金材料制成。
与现有技术相比，使用以上技术方案的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段具有以下有益的技术效果：
1)密封性：窄管连接段使用窄管收紧环与窄管锁紧环进行双重锁紧密封，且沿流向，窄管收紧环具有比窄管锁紧环较大的内径，使流速均匀增加，相对减少管路连接处的油压，避免窄管连接段因为压力过大而密封失效；在宽管连接段先后使用内螺纹和篦齿封严分别实现安装功能和密封功能，其中篦齿封严借助每一层篦齿圈之间的压力差实现效果极好的封严，能够有效防止传输介质的内外流泄漏。
2)抗腐蚀性：连接段本体使用钛合金材料制成，利用了钛合金耐高温、耐腐蚀的特性，将其应用于石油管线连接的关键部位，用量较少，成本相对较高的劣势也不明显；此外，还针对性地对管腹做了针对性的设计，利用内凸的、光滑的管腹轮廓，严格控制了流体的通过速度、局部压力不会因为管径局部变化而出现较大变化，减少了压力相对较大对管壁氧化层的直接冲击，避免了结构性腐蚀损伤，同时减少了压力相对较小时析出气态腐蚀性物质对管壁及管道连接处的侵入型腐蚀损伤。
3)稳流：通过设置合理的管腹内径，避免了经过加温、加压泵基站加速后的流体直接对窄管连接部位的冲击，减少了管道因为非定常冲击产生的周期性震颤，具有良好的稳定运输的效果。
4)快速安装：通过在宽管段设置内螺纹、篦齿封严，在窄管段设置窄管收紧环、窄管锁紧环，在管壁外侧设置锁紧矩形凸起，有效实现了快速安装的功能，避免了传统的连接段需要加压或加热才能套入的安装方式，还避免了传统密封材料的塞入安装。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段的立体结构示意图(窄管侧)；
图2为一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段的剖面结构示意图；
图3为一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段的剖面结构局部示意图；
图4为一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段的剖面部正面示意图；
图5为一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段的剖面结构立体示意图；
图6为一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段的立体结构示意图(宽管侧)。
图中：1-锁紧连接段本体、2-窄管连接段、3-宽管连接段、4-窄管锁紧环、5-窄管收紧环、6-锁紧矩形凸起、7-管腹、8-篦齿封严段、9-内螺纹。
具体实施方式
下面可以参照附图1-6以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。
下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案包括优选技术方案做进一步的详细描述。
需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。
本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。
本发明的至少一个目的是提出一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，包括锁紧连接段本体1、位于所述锁紧连接段本体1一端的窄管连接段2以及位于所述锁紧连接段本体1另一端的宽管连接段3，其特征在于：所述窄管连接段2在出口处具有窄管锁紧环4，所述窄管连接段2在远离出口处具有窄管收缩环5，所述宽管连接段3出口处具有内螺纹9，所述宽管连接段在远离出口处具有管腹7。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹7为向着所述锁紧连接段本体1中轴线上内凸的结构，所述管腹7位于所述内螺纹9与所述窄管收紧环5之间。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹7部管内径最小的区域位于所述内螺纹9与所述窄管收紧环5之间的中点。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹7从所述内螺纹9开始至所述窄管收紧环5先后具有沿流向长度相同的收缩段和扩张段，所述收缩段和扩张段的分界点位于所述内螺纹9与所述窄管收紧环5之间的中点。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹7收缩段与扩张段分界点处的管路内径等于所述窄管收缩环5处的管路内径。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述管腹7收缩段与扩张段分界点处的管路内径r由以下公式确认：
式中，P_1为管径较大一端的流体压力，P_2为管径较小一端的流体压力，r_2为管径较小一端的管道内径。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述宽管连接段3上，在所述内螺纹9与所述管腹7之间还具有篦齿封严段8。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述篦齿封严段8具有至少一个篦齿，所述篦齿为直角三角形篦齿，所述每个直角三角形篦齿的一个锐角和一个直角顶点位于所述宽管连接段3内表面，所述每个直角三角形篦齿的一个锐角顶点均相对所述每个直角三角形篦齿的一个直角顶点更靠近所述内螺纹9。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述窄管连接段2外径还具有至少一个锁紧矩形凸起6。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述窄管收紧环5与所述窄管锁紧环4之间、所述窄管收紧环5与所述管腹7之间、所述管腹7与所述篦齿封严段8分别具有沿流向的过渡段，所述过渡段的内径相同。
进一步的，作为本发明的一种改进，其特征在于：所述连接段本体1由钛合金材料制成。
与现有技术相比，使用以上技术方案的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段具有以下有益的技术效果：
1)密封性：窄管连接段使用窄管收紧环与窄管锁紧环进行双重锁紧密封，且沿流向，窄管收紧环具有比窄管锁紧环较大的内径，使流速均匀增加，相对减少管路连接处的油压，避免窄管连接段因为压力过大而密封失效；在宽管连接段先后使用内螺纹和篦齿封严分别实现安装功能和密封功能，其中篦齿封严借助每一层篦齿圈之间的压力差实现效果极好的封严，能够有效防止传输介质的内外流泄漏。
2)抗腐蚀性：连接段本体使用钛合金材料制成，利用了钛合金耐高温、耐腐蚀的特性，将其应用于石油管线连接的关键部位，用量较少，成本相对较高的劣势也不明显；此外，还针对性地对管腹做了针对性的设计，利用内凸的、光滑的管腹轮廓，严格控制了流体的通过速度、局部压力不会因为管径局部变化而出现较大变化，减少了压力相对较大对管壁氧化层的直接冲击，避免了结构性腐蚀损伤，同时减少了压力相对较小时析出气态腐蚀性物质对管壁及管道连接处的侵入型腐蚀损伤。
3)稳流：通过设置合理的管腹内径，避免了经过加温、加压泵基站加速后的流体直接对窄管连接部位的冲击，减少了管道因为非定常冲击产生的周期性震颤，具有良好的稳定运输的效果。
4)快速安装：通过在宽管段设置内螺纹、篦齿封严，在窄管段设置窄管收紧环、窄管锁紧环，在管壁外侧设置锁紧矩形凸起，有效实现了快速安装的功能，避免了传统的连接段需要加压或加热才能套入的安装方式，还避免了传统密封材料的塞入安装。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
在本发明的描述中如果使用了术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等，那么上述术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备、机构、部件或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧钛合金连接段，包括锁紧连接段本体(1)、位于所述锁紧连接段本体(1)一端的窄管连接段(2)以及位于所述锁紧连接段本体(1)另一端的宽管连接段(3)，其特征在于：所述窄管连接段(2)在出口处具有窄管锁紧环(4)，所述窄管连接段(2)在远离出口处具有窄管收缩环(5)，所述宽管连接段(3)出口处具有内螺纹(9)，所述宽管连接段在远离出口处具有管腹(7)。
2.根据权利要求1所述的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，其特征在于：所述管腹(7)为向着所述锁紧连接段本体(1)中轴线上内凸的结构，所述管腹(7)位于所述内螺纹(9)与所述窄管收紧环(5)之间。
3.根据权利要求2所述的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，其特征在于：所述管腹(7)部管内径最小的区域位于所述内螺纹(9)与所述窄管收紧环(5)之间的中点。
4.根据权利要求3所述的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，其特征在于：所述管腹(7)从所述内螺纹(9)开始至所述窄管收紧环(5)先后具有沿流向长度相同的收缩段和扩张段，所述收缩段和扩张段的分界点位于所述内螺纹(9)与所述窄管收紧环(5)之间的中点。
5.根据权利要求4所述的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，其特征在于：所述管腹(7)收缩段与扩张段分界点处的管路内径等于所述窄管收缩环(5)处的管路内径。
6.根据权利要求4所述的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，其特征在于：所述管腹(7)收缩段与扩张段分界点处的管路内径r由以下公式确认：
式中，P_1为管径较大一端的流体压力，P_2为管径较小一端的流体压力，r_2为管径较小一端的管道内径。
7.根据权利要求1所述的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，其特征在于：所述宽管连接段(3)上，在所述内螺纹(9)与所述管腹(7)之间还具有篦齿封严段(8)；所述窄管连接段(2)外径还具有至少一个锁紧矩形凸起(6)。
8.根据权利要求7所述的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，其特征在于：所述篦齿封严段(8)具有至少一个篦齿，所述蓖齿为直角三角形篦齿，所述每个直角三角形蓖齿的一个锐角和一个直角顶点位于所述宽管连接段(3)内表面，所述每个直角三角形篦齿的一个锐角顶点均相对所述每个直角三角形篦齿的一个直角顶点更靠近所述内螺纹(9)。
9.根据权利要求8所述的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，其特征在于：所述窄管收紧环(5)与所述窄管锁紧环(4)之间、所述窄管收紧环(5)与所述管腹(7)之间、所述管腹(7)与所述篦齿封严段(8)分别具有沿流向的过渡段，所述过渡段的内径相同。
10.根据权利要求1-9所述的一种用于石油管道的快速装夹稳流锁紧连接段，其特征在于：所述连接段本体(1)由钛合金材料制成。
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