止屈器

止屈器是指对管道进行局部刚度加强，防止其发生屈曲传播的装置。

由于管道外部破坏传播压力（external collapse propagation pressure）要远低于外部破坏压力（external collapse pressure），为了防止管道的屈曲传播并限制管道破裂的延伸，需要沿管线间隔一段距离安装止屈器。

止屈器分类简介

按照止屈器安装形式的不同，可分为以下四种形式。

（1）扣入式止屈器，如图1所示，其形式为箍套在管道外的厚壁圆环，圆环的内径与管道外径相当。

按照止屈器与管道的连接方式，又可细分为直接扣入型、灌浆粘结型和螺栓夹紧型等几种。

（2）缠绕式止屈器，如图2所示，采用紧密缠绕在管道周围的数圈钢筋来替代扣入式止屈器中的厚壁圆环。

钢筋的两端与管道焊接在一起，以固定其在管道的位置，防止滑动。

（3）焊接式止屈器，其形式与扣入式止屈器类似，区别在于止屈器与管道之间多了两道焊缝连接。

（4）整体式止屈器，前三种止屈器的内径都与管道的外径一致。

止屈器产品应用

所述四种止屈器类型中，常用的主要有扣入式止屈器和整体式止屈器两种。扣入式止屈器不需要对管道本身进行加工，具有安装方便的优点，但同时效率相对较低，且存在效率上限。因此，扣入式止屈器在浅水管道铺设过程中得到最为广泛的应用。而整体式止屈器在用钢量相同的条件下，与其他止屈器类型相比效率最高，因此特别适用于深水的管道铺设。

止屈器屈曲传播

海底管道的屈曲

海底管道的屈曲，多数是弯曲和外部超静水压共同作用的结果。一般认为，在直径10~20倍的管道有限长度内，管道受载基本上是均匀的，在这种长度和径厚比较大范围内，该间题通常可作为一无限长的圆管问题进行分析。因此，研究无限长圆管在弯曲和外部超静水压共同作用下的屈曲及其传播现象，具有重要的工程实用意义。

管道的屈曲与屈曲传播不仅在有损伤、凹陷的管道能够发生,即使几何尺寸比较完善且无重大损伤的管道也可能发生。因为管道屈山与屈曲传播现象，不仅与管道初始几何缺陷等有关，而且与其中起重要作用因素的管道铺设过程巾承受的复杂的荷载状况直接有关。此外，管材性质、几何尺寸的相对比例和水深等也是造成管道屈曲与屈曲传播现象的重要因素。

管道的屈曲与屈曲传播现象不只是可能在数百米水深的海底管道上发生，在近海和浅海（例如60m水深）的管道铺设作业中也可能发生，也应考虑这种破坏现象出现的可能性。

屈曲压力

根据已有的研究成果和已经发生过的一些与屈曲和屈曲传播有关的管道事故的分析，有8种不同性质的控制屈曲现象发生的“屈曲压力”：

（1）管道在弯曲与外部超静水压共同作用下的“极值型屈曲压力”；

（2）管道在弯曲与外部超静水压共同作用下的“分枝型屈曲压力”；

（3）管道“初始屈曲压力”；

（4）管道“屈曲传播压力”；

（5）管道“湿性屈曲压力”；

（6）诱发管道屈曲传播的“初始破坏屈曲压力”；

（7）当管道有屈曲限制器时的“贯穿压力”；

（8）管道“有约束屈曲传播压力”。

管道的强度和稳定性问题，它与管材的塑性性质（屈服和硬化）有关，尤其是屈曲波形的传播和在弯曲与外部超静水压共同作用下的极值型屈曲与分枝型屈曲，都发生在管材的弹塑性变形阶段，或大塑性变形阶段（如管道屈曲传播后断而压扁呈“哑铃”状）。

管道发生屈曲传播的主要动力因素是外部超静水压，但这不是唯一的因素。因此，屈曲限制器的采用对深水管道需要，对近海或浅海管道有时也成为必要。

止屈器产品作用

用相应的屈曲限制器防止屈曲波形的传播，使管道屈曲与屈曲传播现象得以防止，或使管道损伤限制在最小范围内。

止屈器产品重要性

在管道铺设过程中，管道受到张力、弯矩和外部压力的综合影响，有可能发生屈曲传播；或者在管道的整个生命周期中，由于受到外来物体的作用，也可能会发生屈曲传播现象。一旦发生这种现象，就很难被阻止，除非外部压力低于屈曲传播压力，或者有局部加强措施（止屈器）。

由于深水条件下海管壁厚不是根据屈曲传播压力选取的，因此在深水条件下屈曲传播几乎是不可避免的；而且PIP管系外管由于没有内压相抵消，更容易发生屈曲传播。一旦发生破坏，就会导致保温失效。另外，内管在停止作业期间也存在屈曲传播的危险，所以在安装阶段和整个作业阶段，考虑如何避免发生局部屈曲是非常关键的。

止屈器工作原理

解决海底管道屈曲传递的一种较为经济性的方法，就是沿着管道的轴线、相隔一定距离设置止屈器，其工作原理就是使管道的屈曲传递不能跨越屈曲器，限制屈曲仅发生于两个止屈器之间。止屈器虽然在一定程度上有可能造成管道发生局部的屈曲，但却能很好地保持了管道的整体性，在安全性和经济性之间取得了比较好的平衡。因此，止屈器越来越受到广泛的应用。

止屈器间隔的确定是基于多种因素的综合，这些因素包括：修复压溃管段的成本、安装止屈器的成本、管道损坏的可能性以及阳极保护块安装间距等，最终由工程师根据项目的不同特点而决定，一般来说间隔取 90~180m 是比较合理的。