Page 57 - 机械设计与制造技术研究

第一章 连接器设计开发及应用

但是相比于国外，经验仍有所欠缺。
（一）水下连接器工作环境
水下管道连接器主要用于深海油气管道的连接和快速修复，其工作地点主要

位于油气井处及深海海底，所处环境非常恶劣。我国深海油气田普遍存在高温高
压的问题，高温气井底部温度通常大于 150℃，井口温度也在 100℃左右，而深
海海底环境温度则接近 0℃，导致水下管道连接器的工作环境内外温差极大。此
外，水下连接器外部还需要承受极高的海底水压，管道内部则要承受油气引起的

超高内压。同时，由于常年受到海底洋流的冲刷、海底碎石的碰撞等，管道也需
要承受一定的持续载荷和偶然载荷。因此，水下连接器不仅要有优异的密封性、
便利性，还要有极高的环境适应性和抗载能力。为应对复杂恶劣的工作环境，研
究人员开发了多种类型的水下连接器，以保证海底管道的稳定运行。

（二）水下连接器发展现状
水下连接器主要构件为金属密封圈和法兰紧固结构，通常利用法兰和管道的
相互挤压接触，并通过金属密封圈的有效密封来保证管道连接的准确性和安全性。
水下连接器的密封性能和结构抗载能力直接决定着水下管道是否可以安全稳定运

行及其服役年限。目前，主流的管道水下连接器可按结构形式分为法兰式水下连
接器、卡箍式水下连接器、卡压式水下连接器和卡爪式水下连接器。
1. 法兰式水下连接器
法兰连接是地上管道应用最早、最成熟、最广泛且最为有效便捷的连接方式，

它通过对螺栓螺母进行紧固使管道紧密连接。随着海底油气田的开采，法兰连接
方式被应用于水下连接器。利用该原理开发的法兰式水下连接器的应用存在诸多
难以克服的问题。第一，在深海管道连接中，螺栓连接方式存在定位、紧固的问
题，同时还需要考虑螺母的装配、拆除等配件问题。第二，法兰式水下连接器承

力结构是用于连接两片法兰的螺栓，当管道所受承载力过大时，易造成螺栓断裂，
导致管道连接失效，进而使管道内的油气泄漏。第三，深海安装难度大。人类的
工作环境最深不超过 500m，超过 500m 水深的深海环境需要完全通过水下机器
人进行观察并完成部分简单工作。对于深海油气开采，潜水员无法深潜对管道进

行辅助安装，而机器人灵活度不高、精度低、操作难度大，在深海环境中仅通过
机器人完成数量庞大且复杂的管网连接不仅效率低下，而且极其困难。因此，法
兰式水下连接器主要在浅海环境的管道连接中运用，极少应用于深海环境中。

45