CN103542189A - 用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道及其生产工艺 - Google Patents

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张雷鸣
梁勇
沈国兵
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Abstract

本发明涉及一种用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道及其生产工艺。该管道包括管道主体，管道主体包括围成管腔的内防护层、设于内防护层周向的连续纤维增强层、以及设于连续纤维增强层周向的外连接层；管道主体周向设有波纹抗压层，波纹抗压层的波纹沿管道主体轴向分布；连续纤维增强层、波纹抗压层分别由连续纤维增强热塑性树脂材料制成；内防护层、外连接层分别由热塑性树脂材料制成。该生产工艺包括：挤出得到内防护层管材，交叉缠绕多层连续纤维增强片材得半成品，将半成品和外连接层挤出成型得管道主体，缠绕粘接介质层和波纹抗压层，进行热塑性复合，得复合管道成品。本发明可满足高压油气输送对管道耐高压、耐腐蚀、大口径的要求。

Description

用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种复合管道，尤其是一种用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，可替代工作压力为5-7MPa且通径为600mm以上的金属管道，属于油气输送管道技术领域。
背景技术
目前国内能源消耗日益增加，对进口石油的依赖程度也越来越高，油气输送管道的安全性及使用寿命越来越受到重视。当前高压油气输送要求采用大口径耐高压管道，管道直径在600mm以上，承受的工作压力为5-7MPa；但是受现有技术条件的限制，目前只有增加壁厚的钢管能满足以上要求。然而，我国石油多储存于偏远地区、沙漠地区、以及沼泽地区，钢管无论是在运输上还是在焊接施工上都受到极大的限制，施工费用居高不下；同时，由于受环境中的腐蚀及电化学反应影响，随使用时间增加钢管腐蚀问题会越来越严重。因此亟需研制出耐高压、耐腐蚀的大口径油气输送管道。
据申请人所知，现有技术中已经存在将包覆于塑料中的钢带波纹缠绕于塑料壁外侧以增大管材口径的技术方案。但是这种结构不仅耐压性能较低，而且其口径仍不够大，无法直接用于高压油气输送。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，满足高压油气输送的耐高压、耐腐蚀、大口径要求。
为解决以上技术问题，本发明技术方案如下：
一种用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，包括管道主体，其特征是，所述管道主体包括围成管腔的内防护层、设于内防护层周向的连续纤维增强层、以及设于连续纤维增强层周向的外连接层；所述管道主体周向设有波纹抗压层，所述波纹抗压层的波纹沿管道主体轴向分布；所述连续纤维增强层、波纹抗压层分别由连续纤维增强热塑性树脂材料制成；所述内防护层、外连接层分别由热塑性树脂材料制成。
申请人经深入地实践研究发现，上述结构的管道主体在单独使用时虽然能耐高压、耐腐蚀，但是仅限于较小口径，若直接做成600mm以上的大口径管道，在埋地后会在巨大压力作用下出现局部变形，存在安全隐患。申请人经进一步地实践研究发现，在上述结构的管道主体周向加设波纹抗压层可使管道主体在确保耐高压、耐腐蚀的同时增大其口径，然而现有技术的含钢带波纹层还存在以下不利之处：（1）含钢带波纹层与管道主体复合后的牢固程度较低，在运输过程中容易因外力与管道主体脱离；（2）含钢带波纹层本身的防腐性能较低，在使用时容易因腐蚀丧失抗压作用。申请人经过更加深入地实践研究发现，采用由连续纤维增强热塑性树脂材料制成的波纹抗压层后，可很好地解决含钢带波纹层存在的问题，并实现强于钢带波纹层的抗压性能，确保满足高压油气输送的耐高压、耐腐蚀、大口径要求。
优选地，所述波纹抗压层由连续碳纤维增强PET材料或连续碳纤维增强尼龙材料制成。申请人经实践研究发现，采用该结构的波纹抗压层后可以实现更好地抗压性能。
优选地，所述波纹抗压层与管道主体的外连接层之间还设有粘接介质层。更优选地，所述粘接介质层为PET无纺布或热熔胶。这样可使波纹抗压层与管道主体的连接更加牢固。
优选地，所述内防护层、外连接层、连续纤维增强层均采用相同的热塑性树脂材料。这样不仅可使各层之间的融合更加牢固，增强整个管道的抗压性能，还能增强整个管道的柔韧性。
优选地，所述波纹抗压层的波纹与管道主体的外连接层之间密封有空气层。这样可对管道起到保温作用。
优选地，所述连续纤维增强层由多层连续纤维增强片材交叉重叠复合而成，所述连续纤维增强片材由连续纤维增强热塑性树脂材料制成。这样可使整个管道具有更好地强度性能。
优选地，所述连续纤维增强层中的连续纤维为连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续芳纶纤维、连续玄武岩纤维之一，所述连续纤维增强层中的热塑性树脂为PE、PP、PA6、PET之一。
本发明还提供：
前述复合管道的生产工艺，其特征是，包括以下步骤：
第一步、通过挤出机挤出得到由内防护层构成的管材；
第二步、在内防护层表面交叉缠绕多层连续纤维增强片材得半成品，所述连续纤维增强片材由连续纤维增强热塑性树脂材料制成；
第三步、通过挤出机将第二步所得半成品和外连接层挤出成型，得管道主体；
第四步、在第三步所得管道主体表面依次缠绕粘接介质层和波纹抗压层，进行热塑性复合，得复合管道成品。
本发明可满足高压油气输送对管道耐高压、耐腐蚀、大口径的要求。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为图1实施例波纹抗压层与管道主体的连接示意图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例
如图1、图2所示，本实施例用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，包括管道主体，管道主体包括围成管腔1的内防护层2、设于内防护层2周向的连续纤维增强层3、以及设于连续纤维增强层3周向的外连接层4；管道主体周向设有波纹抗压层5，波纹抗压层5的波纹沿管道主体轴向分布；连续纤维增强层3、波纹抗压层5分别由连续纤维增强热塑性树脂材料制成；内防护层2、外连接层4分别由热塑性树脂材料制成。
波纹抗压层5由连续碳纤维增强PET材料或连续碳纤维增强尼龙材料制成。
波纹抗压层5与管道主体的外连接层4之间还设有粘接介质层（图中未示）。粘接介质层为PET无纺布或热熔胶。
内防护层2、外连接层4、连续纤维增强层3均采用相同的热塑性树脂材料。
波纹抗压层5的波纹与管道主体的外连接层4之间密封有空气层6。
连续纤维增强层3中的连续纤维为连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续芳纶纤维、连续玄武岩纤维之一，连续纤维增强层3中的热塑性树脂为PE、PP、PA6、PET之一。
连续纤维增强层3由多层连续纤维增强片材交叉重叠复合而成，连续纤维增强片材由连续纤维增强热塑性树脂材料制成。
本实施例复合管道的生产工艺，包括以下步骤：
第一步、通过挤出机挤出得到由内防护层2构成的管材；
第二步、在内防护层2表面交叉缠绕多层连续纤维增强片材得半成品，连续纤维增强片材由连续纤维增强热塑性树脂材料制成；
第三步、通过挤出机将第二步所得半成品和外连接层4挤出成型，得管道主体；
第四步、在第三步所得管道主体表面依次缠绕粘接介质层和波纹抗压层5，进行热塑性复合，得复合管道成品。
在现有技术中，高压油气输送常采用通径大于600mm且抗拉强度为416MPa的X60钢管。在相同通径下，本实施例复合管道的抗拉强度在500-550MPa，明显优于X60钢管。
此外，相同通径的本实施例复合管道与X60钢管之间的进一步比较如下：
（1）以各相同通径在工作压力5MPa下达到相同抗压性能的本实施例管道和X60钢管的比较，如表1所示：
表1 工作压力5MPa下的比较
Figure BDA0000409200150000051
（2）以各相同通径在工作压力7MPa下达到相同抗压性能的本实施例管道和X60钢管的比较，如表2所示：
表2 工作压力7MPa下的比较
Figure BDA0000409200150000052
与X60管道相比，本实施例复合管道不仅能够有效替代相同大口径的X60管道实施高压油气输送，并且在重量上具有非常明显的优势；同时由于采用的材料以连续纤维和热塑性树脂为主，其成本也明显低于X60管道。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，包括管道主体，其特征是，所述管道主体包括围成管腔的内防护层、设于内防护层周向的连续纤维增强层、以及设于连续纤维增强层周向的外连接层；所述管道主体周向设有波纹抗压层，所述波纹抗压层的波纹沿管道主体轴向分布；所述连续纤维增强层、波纹抗压层分别由连续纤维增强热塑性树脂材料制成；所述内防护层、外连接层分别由热塑性树脂材料制成。
2.根据权利要求1所述用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，其特征是，所述波纹抗压层由连续碳纤维增强PET材料或连续碳纤维增强尼龙材料制成。
3.根据权利要求1或2所述用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，其特征是，所述波纹抗压层与管道主体的外连接层之间还设有粘接介质层。
4.根据权利要求3所述用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，其特征是，所述粘接介质层为PET无纺布或热熔胶。
5.根据权利要求1或2所述用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，其特征是，所述内防护层、外连接层、连续纤维增强层均采用相同的热塑性树脂材料。
6.根据权利要求1或2所述用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，其特征是，所述波纹抗压层的波纹与管道主体的外连接层之间密封有空气层。
7.根据权利要求1或2所述用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，其特征是，所述连续纤维增强层由多层连续纤维增强片材交叉重叠复合而成，所述连续纤维增强片材由连续纤维增强热塑性树脂材料制成。
8.根据权利要求1或2所述用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道，其特征是，所述连续纤维增强层中的连续纤维为连续玻璃纤维、连续碳纤维、连续芳纶纤维、连续玄武岩纤维之一，所述连续纤维增强层中的热塑性树脂为PE、PP、PA6、PET之一。
9.一种权利要求1至8任一项所述用于油气管网的连续纤维增强热塑性复合管道的生产工艺，其特征是，包括以下步骤：
第一步、通过挤出机挤出得到由内防护层构成的管材；
第二步、在内防护层表面交叉缠绕多层连续纤维增强片材得半成品，所述连续纤维增强片材由连续纤维增强热塑性树脂材料制成；
第三步、通过挤出机将第二步所得半成品和外连接层挤出成型，得管道主体；
第四步、在第三步所得管道主体表面依次缠绕粘接介质层和波纹抗压层，进行热塑性复合，得复合管道成品。
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