非粘结管常见结构介绍

传统非粘结柔性管对海洋工程中各种环境适应能力强，在水下系统和浮式结构的永久性连接问题上已成为一种标准解决方案，其结构形式如图1.5所示［6］。

图1.5　非粘结柔性管典型结构简图［6］

非粘结柔性管各主要功能层的结构和作用说明如下：

（1）骨架层（carcass）。由S形截面的钢带以接近90°的缠绕角度缠绕形成螺旋自锁结构，如图1.6所示，该自锁结构可与弹簧类比，保证其有足够的弯曲性能。该层主要用于抵抗外压荷载，材料为不锈钢。

图1.6　骨架层实物截面形状与简图［6］

（2）内压力护套（internal pressure sheath）。由聚合物材料制成的空心圆管，主要用于密封隔离腔内流体、传输油气、传递内外压力、防止内外层之间金属摩擦受损。常用的聚合物材料有聚酰胺（PA）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）。

（3）抗压铠装层（pressure armor）。与骨架层类似，该层也是由异型截面的钢带以接近90°螺旋缠绕而成的一种自锁结构，其主要截面类型如图1.8所示。该层起到支撑内护套并抵抗内压荷载的作用，同时能够协助骨架层抵抗外压。

图1.7　抗压铠装层钢带截面形式

（4）抗拉铠装层（tensile armor）。一般是由多对矩形截面钢带以20°～55°的缠绕角度正负相对缠绕而成，主要用来承受管道的轴向应力，提供轴向拉伸刚度。在缠绕角度较大时，也能提供一定的径向刚度。(www.xing528.com)

（5）防磨擦层（anti-wear layer）。由非金属热塑护套或胶带缠绕而成，主要用于阻止金属层的擦伤、磨损疲劳。该层一般不具备外力承载能力。

（6）防屈曲层（anti-buckling layer）。由高强度芳纶或玻纤增强条带制成，主要用于防止抗拉铠装层的退卷行为、径向屈曲（鸟笼效应）及侧向屈曲。

（7）外护套（outer sheath）。由高分子聚合物材料制成的空心圆管，主要用于隔离管道内部结构与外界，具有抗摩擦、防腐、绝缘、水密的作用。

上述非粘结柔性管中，各功能层的作用是相互独立的。在不同的应用环境下柔性管的结构及功能层的选取可以根据设计要求进行调整，从而在保证安全可靠的前提下最大限度地降低成本。一般来说，根据管中所包含功能层的不同，柔性管可以分成以下三个系列：

（1）光滑内壁非粘结柔性管（smooth bore pipe）。这一类柔性管没有骨架层，一些管道公司为了使管道内壁变得光滑，避免由于骨架层内表面的不平整而引起流体发生涡旋脱落致使其流速压强受损，所以采用抗压铠装层来代替骨架层发挥其抗压溃的能力，如图1.8a所示。

（2）粗糙内壁增强非粘结柔性管（rough bore reinforced pipe）。这一类柔性管既有骨架层，也有抗压铠装层，如图1.8b所示。该类管道抗内外压能力强，适用于深海作业环境。

（3）粗糙内壁非粘结柔性管（rough bore pipe）。这一类柔性管没有抗压铠装层，而采用了缠绕角度为55°的抗拉铠装层来承担轴向荷载和径向荷载作用。