柔性管的典型结构

单质非金属管是最简单的柔性管，主要由高分子材料组成，除柔韧性好外，兼具质量轻、耐腐蚀、隔热好、运输方便等优点，不需要阴极保护设备和涂层维护，但其强度低、刚性差的问题也使得该类管很难被广泛应用，例如PE、PVC等纯塑料管道是不能满足长输管道使用要求的。为弥补单质非金属管的缺点，将高强材料采用不同的工艺方式引入非金属管，从而合成多层复合柔性管。根据各层之间是否粘结，可将复合柔性管分为粘结柔性管和非粘结柔性管。

用于海洋工程的粘结柔性管工艺复杂、结构简单，最大内径可达24 in（约61 cm），长度一般为12～100 m，有非常优异的弯曲柔性，适用于弯曲较大的工况下，主要用于卸油及高动态环境中短距离的跨接管，一般不用于输送高压气体且不适用于高温环境。除了这种海洋工程专用的粘结柔性管，一般意义的粘结柔性管还包括各种钢丝缠绕增强塑性管（图1.2），主要应用于陆上石油、天然气运输及浅海海洋工程等。该类管道基本包含内衬层、增强层、外保护层三个部分：内衬层主要起到防腐、防渗作用，同时为增强层提供支撑；外保护层主要起到防腐蚀、防老化、防日晒作用；增强层主要用于提供管道的抗内外压能力及一定的拉伸刚度。

图1.2　钢丝缠绕增强复合管(www.xing528.com)

非粘结柔性管的各层之间不进行黏合，可以发生相对滑动。非粘结柔性管内衬层与外保护层一般由聚合物材料组成，增强层一般由金属或非金属材料组成。管道内衬层、增强层和外保护层不粘结，层与层之间允许滑移。非粘结柔性管生产工艺复杂，对生产技术要求较高，成本高昂。非粘结柔性复合管包括金属增强柔性管和非金属增强柔性管。非粘结柔性管可适用于长达几千米的远距离铺设或作为长距离输送油气的立管，亦可抵抗高温［5］，凭借自身优势在深海油气田中被广泛运用，成为油田开发与开采中最具潜力及最受青睐的输运工具。

每一种海洋柔性管都有其各自的优缺点，可以根据其各自的特性适用于不同的工况。在众多海洋柔性管中，钢带增强复合管作为一种新型金属增强复合管，其在油气领域的应用并不广泛。但相比于传统钢管，它具有重量轻、耐腐蚀、可盘卷、便于运输等特点；相比芳纶热塑性增强管（RTP），钢带增强管具有更高的抗外压和抗内压性能。较传统非粘结柔性管，其结构更为简单且生产成本更低，但钢带增强柔性管由于缺少抗压铠装层、抗拉铠装层等结构，其适用水深范围有限。因此也需要对非粘结柔性管的典型结构及其各层的功能和力学性能做相关分析，以便做到非粘结管道在不同工况下的最优化设计。在油气开采运输领域，玻纤柔性复合管的应用也较为广泛，其兼顾了轻便耐用、防腐蚀、抗内压能力强的特点，是一种性价比较高的海洋油气管道。本部分将对下面三种管道的结构做详细描述。