本發(fā)明涉及一種雙鋼保溫管道熱補償式內外管連接框圈結構，屬于海底油氣管道技術領域。

背景技術：
雙鋼保溫管道英文名稱Pipe-in-pipesystems,由內外兩層鋼管組成，在兩層鋼管中設置保溫層，達到對內管保溫的作用。其中內層鋼管主要承擔介質輸送的載荷，主要包括內壓荷載與熱荷載，外層鋼管以承擔外部環(huán)境荷載為主，主要起保護作用。該種類型保溫管道對環(huán)境適應能力較強，在海洋油氣集輸中得到了大量采用。海洋油氣領域的雙鋼保溫管道置于海底環(huán)境中，其外管溫度與環(huán)境基本一致，而為滿足介質流動保障的要求，內管輸送溫度一般通過選用更具保溫能力的保溫層而維系在較高水平上。這就導致內外兩層管道的軸向應變差距較大，尤其當管道距離較長時，若不加以限制，熱荷載作用下內層管道相對外層管道將發(fā)生明顯的軸向相對運動，此時引發(fā)的剪力會嚴重破壞環(huán)形空間內的保溫層和取中墊塊(Spacer)?，F(xiàn)有的做法是沿著管道軸向，在一定長度上(通常幾百米或者1、2公里)設置內外管連接框圈(Bulkhead)，連接框圈為實心鍛造鋼圈，剛度很大，在同一管道路由位置與內外管層焊接。管道承擔熱荷載后，連接框圈承擔內外管層軸向變形差異引發(fā)的剪力，約束內層管的軸向變形量，同時向外層管傳遞張力，將其所在位置的內外管層的軸向變形量最后保持一致，從而避免在環(huán)形空間內生成剪力。連接框圈解決了兩層管道的軸向應變差問題，但同時也限制了內管層在熱荷載下的膨脹量，從而導致內層管道管壁內聚集較高的軸向溫度應力(系壓應力)。實際雙鋼保溫管道中，內層管道管壁內熱荷載引起的溫度應力遠大于輸送壓力引發(fā)的環(huán)向應力或軸向應力。過高的的溫度應力會帶來以下問題：其一，更高溫度的介質輸送水平難以達到。內管軸向熱膨脹被連接框圈約束后，內管管壁的溫度應力是碳鋼熱膨脹系數(shù)、彈性模量以及溫度荷載的函數(shù)，無法通過增加壁厚而提升管道的熱荷載承載能力，這一點與其他載荷情況不同。對常用碳鋼管材來說，其膨脹系數(shù)和彈性模量已然確定，例如常見值為1.17e-51/℃和207000MPa，當溫度荷載達到120℃時，管壁內的軸向溫度應力已經(jīng)達到304MPa,甚至接近了管道材質的屈服強度。但是介質輸送工藝方面卻有可能有更高的溫度需要，此時現(xiàn)有雙鋼保溫管道結構難以滿足要求。其二，容易引發(fā)內層管道的熱屈曲問題。過高的軸向溫度應力還有可能導致內管發(fā)生熱屈曲，盡管環(huán)形空間中的取中墊塊可部分限制內管屈曲的幅度，但相同屈曲幅值下，隨著溫度升高，內管屈曲的模態(tài)還可能向更高級發(fā)展，表現(xiàn)為屈曲波長變短，屈曲應力迅速提高，此時管道局部很容易發(fā)生塑性變形。有時墊塊接觸力還會導致外層管側向變形，進而致使雙鋼保溫管道整體發(fā)生破壞性的側向或垂向屈曲。其三，輸送泵暫停/重啟引發(fā)的溫度應力循環(huán)容易帶來管道疲勞問題。由于內管管道段在其兩側連接框圈內近似處于完全約束狀態(tài)，輸送泵暫停/重啟操作將會導致其溫度應力大幅度變化，所帶來的疲勞問題不容忽視。

技術實現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠顯著減小內管的軸向壓應力的雙鋼保溫管道熱補償式內外管連接框圈結構。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種雙鋼保溫管道熱補償式內外管連接框圈結構，其特征在于：它包括設置在相鄰兩段雙鋼保溫管道之間的補償器，所述補償器包括一平直管段和連接在所述平直管段兩端的小直徑管段，在所述平直管段的兩端分別通過螺紋連接有補償器接箍，每一所述補償器接箍與所述小直徑管段之間形成環(huán)形腔；在所述雙鋼保溫管道的外管的端部焊接有外管接頭，在所述鋼保溫管道的內管的端部焊接有內管接頭，所述外管接頭和內管接頭伸入由所述補償器的小直徑管段與所述補償器接箍構成的環(huán)形腔中，所述內管接頭與所述小直徑管段之間以及所述外管接頭與所述補償器接箍之間均為可滑動密封連接；在所述外管接頭的端部設置有外限位臺階，在所述補償器接箍的端部設置有內限位臺階。所述外管接頭設置有內錐面，所述內管接頭設置有外錐面，所述外管接頭上的內錐面的錐度大于所述內管接頭上的外錐面的錐度。所述內管接頭與所述補償器的小直徑管段之間的密封是通過嵌合在所述小直徑管段外壁上的多個密封圈實現(xiàn)的。所述外管接頭與所述補償器接箍之間的密封是通過嵌合在所述外管接頭外壁上的多個密封圈實現(xiàn)的。在所述中部平直管段的外壁以及所述補償器接箍的外壁上均設置有多道沿軸向延伸的溝槽。一種雙鋼保溫管道熱補償式內外管連接框圈結構，其特征在于：它包括設置在相鄰兩段雙鋼保溫管道之間的補償器，所述補償器包括一球閥座和連接在所述球閥座兩端的小直徑管段，在所述球閥座的兩端分別通過螺紋連接有補償器接箍，每一所述補償器接箍與所述小直徑管段之間形成環(huán)形腔；在所述雙鋼保溫管道的外管的端部焊接有外管接頭，在所述鋼保溫管道的內管的端部焊接有內管接頭，所述外管接頭和內管接頭伸入由所述補償器的小直徑管段與所述補償器接箍構成的環(huán)形腔中，所述內管接頭與所述小直徑管段之間以及所述外管接頭與所述補償器接箍之間均為可滑動密封連接；在所述外管接頭的端部設置有外限位臺階，在所述補償器接箍的端部設置有內限位臺階；在所述球閥座中設置有球閥，所述球閥通過與所述球閥座螺紋連接的六角壓帽限制在所述球閥座中，在所述球閥的一側緊固連接有閥桿，所述閥桿的另一端通過所述六角壓帽的中心通孔穿出。在所述六角壓帽與所述球閥座之間設置有密封圈；在所述閥桿與所述六角壓帽之間設置有密封圈。一種雙鋼保溫管道熱補償式內外管連接框圈結構，其特征在于：它包括設置在相鄰兩段雙鋼保溫管道之間的補償器；所述補償器包括兩個相互對接的連接法蘭、連接在兩所述連接法蘭的外端的小直徑管段以及一端帶有球頭的導向桿；在兩所述連接法蘭的外端分別通過螺紋連接有補償器接箍，每一所述補償器接箍與所述小直徑管段之間形成環(huán)形腔；在所述雙鋼保溫管道的外管的端部焊接有外管接頭，在所述鋼保溫管道的內管的端部焊接有內管接頭，所述外管接頭和內管接頭伸入由所述補償器的小直徑管段與所述補償器接箍構成的環(huán)形腔中，所述內管接頭與所述小直徑管段之間以及所述外管接頭與所述補償器接箍之間均為可滑動密封連接；在所述外管接頭的端部設置有外限位臺階，在所述補償器接箍的端部設置有內限位臺階；兩所述連接法蘭均設置有中心通孔；在其中一連接法蘭的中心通孔處設置有球面凹槽，所述導向桿的球頭通過與該連接法蘭螺紋連接的導向桿壓帽限制在球面凹槽中，所述導向桿的桿體沿軸向延伸于另一所述連接法蘭的中心通孔中；所述導向桿亦設置有中心通孔。本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明在相鄰的兩段雙鋼保溫管道之間設置有補償器，補償器兩端具有一環(huán)形腔，雙鋼保溫管道的外管和內管均滑動密封連接在環(huán)形腔中，使得雙鋼保溫管道具有一定的軸向自膨脹量，從而釋放熱載荷引發(fā)的內管軸向力，避免軸向力應力過大導致的屈服和屈曲，進而在相同溫度荷載下，使得服役中內管內的軸向壓應力得以大幅度緩解，對于軸...