CN104089148B - 超低温管道保温模具和超低温管道保温施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低温管道保温模具和一种超低温管道保温施工方法，特别是一种应用于火箭氢燃系统的超低温管道保温模具和超低温管道保温施工方法。本发明提供了一种可以防止因管道冷却收缩造成保温层与管道脱落、开裂、结霜等现象的超低温管道保温方法：包括以下几个步骤，a、将超低温管道保温模具安装在超低温管道上；b、向超低温管道保温模具内灌注保温浆；c、等保温浆凝固完成形成保温层后，拆除超低温管道保温模具。采用脱模剂及脱模布为脱模衬里，并严格控制脱模的时间，确保了保温材料成型后的质量。保温施工时管道全涂特殊防冻液，保证不同材质之间收缩膨胀过程的同步性。

Description

超低温管道保温模具和超低温管道保温施工方法

技术领域

本发明涉及一种超低温管道保温模具和一种超低温管道保温施工方法，特别是一种应用于火箭氢燃系统的超低温管道保温模具和超低温管道保温施工方法。

背景技术

燃料是火箭发射升空的能量来源，国际上通常是采用液态氢作为火箭的燃料，当火箭燃料灌注完毕后，剩余氢气将排放至大气中燃烧。在排放至燃烧过程中液态氢减压后逐渐变为气体，在由液态转变成气态的过程中将吸收大量热量，造成输送管道温度迅速降低，最低可达-250℃。如管道保温不到位或有破损，液氢在排放过程中管道表面将迅速结霜，一旦人体直接接触管道低温部位将被严重冻伤，极大威胁着工作人员的人身安全，因此液氢排放管道的保温质量的好坏显得尤为重要。

传统的保温方法做法是在工厂预制成管壳，运至现场后两片组合成形，直接覆盖在管道表面，用胶水粘接连接而成。在系统使用过程中，因温度骤降，保温层和管道收缩膨胀率不同步，造成保温层极易破碎、开裂，脱落发生，形成管道结霜现象。因此现有技术中还没有一种可以解决因管道冷却收缩造成保温层与管道脱落、开裂、结霜等现象方法及实施该方法的工具。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以防止因管道冷却收缩造成保温层与管道脱落、开裂、结霜等现象的超低温管道保温模具。

为解决上述技术问题所采用的超低温管道保温模具，包括模具主体和法兰，所述模具主体为圆筒状，所述法兰设置在模具主体的两端，模具主体上还设置有灌浆口。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种可以防止因管道冷却收缩造成保温层与管道脱落、开裂、结霜等现象的超低温管道保温施工方法：包括以下几个步骤，

a、将超低温管道保温模具安装在超低温管道上；

b、向超低温管道保温模具内灌注保温浆；

c、等保温浆凝固完成形成保温层后，拆除超低温管道保温模具。

进一步的是，在a步骤进行前先在超低温管道保温模具的内壁涂抹脱模剂，然后将内壁用脱模布包裹起来。

进一步的是，在a步骤进行前先在超低温管道外壁上涂刷防冻液。

进一步的是，所述防冻液由去离子水、乙二醇、壬二酸二辛脂、二乙二醇单甲醚、三聚磷酸钠，多聚磷酸钾、丙烯酸盐，磷酸二氢铵，次磷酸钾，亚磷酸钠组成；前述组成成分的质量百分比范围为：去离子水占30％-65.5％、乙二醇占30％-60％、壬二酸二辛脂占1％-10％、二乙二醇单甲醚占1％-10％、三聚磷酸钠占0.2％-0.3％，多聚磷酸钾占0.4％-0.5％、丙烯酸盐占1.1％-1.2％，磷酸二氢铵占0.2％-0.4％，次磷酸钾占0.2％-0.4％，亚磷酸钠占0.3％-0.5％。

进一步的是，按照下述方法配制保温浆：

先将液体形式的添加剂放入容器中，然后一边搅拌一边向容器中倒入粉料，搅拌3～5分钟直至生成无生粉团的均匀保温浆，保温浆搅匀后静置10～15分钟。

进一步的是，在保温浆完成配制后的2小时内完成向超低温管道保温模具内灌注保温浆的操作。

进一步的是，在b步骤灌注保温浆时，控制灌注的速度范围为148克每秒至152克每秒。

进一步的是，利用超低温管道保温模具分段在超低温管道上制成保温层，相邻两段保温层采用凹凸式连接结构连接。

进一步的是，在b步骤进行前利用夹具对模具进行固定。

进一步的是，c步骤完成后，在保温层外壁上安装防潮层。

本发明的有益效果是：利用超低温管道保温模具，可以为火箭氢燃系统的超低温管道现场制作保温层。保温层可以一次发泡成型，接缝少，与管道的形状可以更好的匹配，使成型后的保温层均匀包裹在管道外壁。采用脱模剂及脱模布为脱模衬里，并严格控制脱模的时间，确保了保温材料成型后的质量。管道保温材料施工时采用凹凸式连接结构连接，保证了前后两段保温层的整体性，实现了保温材料无缝连接。保温施工时管道全涂特殊防冻液，保证不同材质之间收缩膨胀过程的同步性。

附图说明

图1是本发明的超低温管道保温模具；

图2是本发明利用超低温管道保温模具制造保温层的示意图；

图中零部件、部位及编号：超低温管道1、防冻液2、保温层3、法兰4、灌浆口5。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的超低温管道1保温模具，包括模具主体和法兰4，所述模具主体为圆筒状，所述法兰4设置在模具主体的两端，模具主体上还设置有灌浆口5。

具体实施时根据管道现场的实际情况，仔细复核管道尺寸，按适当的距离分配模具长度，拆分成若干段，按保温的最外层厚度及管道的尺寸用薄钢板加工出模具，采用两片组合成管道的方式，在每片的四周用角钢焊接成法兰4的样式，并在角钢上按100mm的距离钻10mm的螺栓孔。模具内径尺寸为保温后管道的外径，模具端头按管道内径采用圆环的形式中空，内圆尺寸为管道外径，外圆尺寸同模具内径相同，即管道加上保温层3后的外径尺寸。

模具组合安装后上方的留边长为100mm方孔的或直径为100mm的小孔，以便保温浆料的灌入。在预留保温浆料灌入口特殊加工一挡板，用来防止保温浆料外溢,待专用模具加工完成后，将模具运输至防腐油漆处作防腐处理。

如图2所示，本发明的超低温管道1保温方法：包括以下几个步骤，

a、将超低温管道保温模具安装在超低温管道1上；

b、向超低温管道保温模具内灌注保温浆；

c、等保温浆凝固完成形成保温层3后，拆除超低温管道保温模具。

现有技术中火箭氢燃系统的超低温管道1是在工厂预制成管壳瓦片，运至现场后两片组合成形、包裹管道表面，采用铁丝等固定、嵌缝处理后敷设外保护层的施工方法，由于接缝较多，在系统使用过程中，因温度骤降，保温层3和管道收缩膨胀率不同步，在接缝处容易出现碎、开裂等现象，影响其正常使用，其使用范围也受到限制，只适合应用在温度为-50℃至-150℃的场合。而本发明的超低温管道1保温方法利用超低温管道1保温模具，可以为火箭氢燃系统的超低温管道1现场制作保温层3，省去了运输保温层3的和现场组装保温层3的环节。所制作的保温层3可以一次发泡成型，成型后的保温层3为一整体结构而非由两片组合而成的拼接结构，因此接缝少。由于保温浆直接灌注到模具与管道外壁的空隙中，因此保温层3与管道的形状可以更好的匹配，使成型后的保温层3均匀包裹在管道外壁，不会出现现有技术中保温层3与管道贴合不紧密，保温层3各个部位厚薄不一致的情况。由于按照本发明的方法制成的保温层3对管道温度急剧变化的耐受力更强因此可以应用在-100℃～-250℃的温度范围。

具体实施时，模具制作完成后，运输到保温现场，将模具按原分段图安装在已清理完毕的管道上，模具之间采用专用钳子紧紧夹住牢固。不得有脱落，可以采用螺栓连接的方式紧固。安装时预留灌浆口5朝上，以便保温浆料灌入。安装时注意与管道接缝处密封严密，不得有空洞，防止保温浆料灌入后泄露。如有模具与管道不相匹配，更换模具直至严密无缝。在管道适当的位置加装专用夹子，使其固定住模具位移，防止应热胀冷缩模具移位影响保温性能。

为了在拆除保温层3外面的模具时，模具可以迅速与保温层3分离，从而保证保温层3广泛平整，在a步骤进行前先在超低温管道1保温模具的内壁涂抹脱模剂，然后将内壁用脱模布包裹起来。由脱模剂和脱模布组成的脱模结构将注入模具中的保温浆和模具内壁分隔开来，使得保温浆在凝固成形的过程中不会粘接在模具的内壁上，这样拆除模具时就不会损坏已经成形的保温层3。

具体实施时先在模具的内层涂抹脱模剂，涂抹需均匀，不得有堆积，气泡等，也不得有漏涂现象。然后采用塑料薄膜制成的脱模布将模具四周包裹，脱模布包要求不得有褶皱，不得有破裂和空洞，以免无法脱模。脱模剂可以采用黄油。

为了在系统使用过程中，防止因温度骤降，保温层3和管道收缩膨胀率不同步，造成保温层3破碎、开裂，脱落发生，形成管道结霜的现象，在a步骤进行前先在超低温管道1外壁上涂刷防冻液2。当保温浆完全凝固形成保温层3后防冻液2位于保温层3运管道外壁之间，当遇到温度骤变时管道和保温层3在收缩或者膨胀的过程中会产生不同步的现象，这时，保温层3可以相对防冻液2做适应性的滑动，而不会受管道影响产生受迫性的拉伸和压缩。

所述防冻液2由去离子水、乙二醇、壬二酸二辛脂、二乙二醇单甲醚、三聚磷酸钠，多聚磷酸钾、丙烯酸盐，磷酸二氢铵，次磷酸钾，亚磷酸钠组成；前述组成成分的质量百分比范围为：去离子水占30％-65.5％、乙二醇占30％-60％、壬二酸二辛脂占1％-10％、二乙二醇单甲醚占1％-10％、三聚磷酸钠占0.2％-0.3％，多聚磷酸钾占0.4％-0.5％、丙烯酸盐占1.1％-1.2％，磷酸二氢铵占0.2％-0.4％，次磷酸钾占0.2％-0.4％，亚磷酸钠占0.3％-0.5％。采用上述组合的防冻液2冰点低、防腐、阻垢、高沸点、阻燃。配料时严格按照配合比进行配合且混合均匀。配合完成后要抽样检查并做好试样存本。用容器将防冻液2均匀的涂抹在管道上，然后用毛刷均匀涂抹，保证图层均匀，厚度一致，不得有漏涂，堆积和气泡。

按照下述方法配制保温浆：

先将液体形式的添加剂放入容器中，然后一边搅拌一边向容器中倒入粉料，搅拌3～5分钟直至生成无生粉团的均匀保温浆，保温浆搅匀后静置10～15分钟。采用前述方法配制的保温浆充分分布均匀，凝固前流动性好，可以充分填充模具和管道外壁的间隙，可以保证最终成型的保温层3密度均匀，厚度一致。

在保温浆完成配制后的2小时内完成向超低温管道1保温模具内灌注保温浆的操作。由于现场配制的保温浆会逐渐凝固，其流动性降低，因此需要在上述时间范围内完成灌注保温浆的操作，以免保温浆流动性过低而无法将空隙填充满。

在b步骤灌注保温浆时，控制灌注的速度范围为148克每秒至152克每秒。待模具安装完成，保温浆料可以使用后，用合适的容器从预留灌浆口5缓慢灌入保温浆料，灌浆时一定要控制灌入速度，灌注的速度范围在148克每秒至152克每秒时可以防止产生气泡、空洞。待保温浆料灌满后用挡板密封，防止浆料泄露，一直待保温浆料凝固成固体。

利用超低温管道1保温模具分段在超低温管道1上制成保温层3，相邻两段保温层3采用凹凸式连接结构连接。凹凸式连接结构是指在一段保温层3上加工出凹槽，并在与之相邻的一段保温层3上加工出凸起，并且凸起与凹槽配合，然后将凸起嵌入凹槽中。模具拆除后，用美工刀片或锯弓把保温层3多余或不规则的地方缓慢轻轻削掉，在在相邻两段保温层3连接的地方加工成凹凸式接口，保证每次保温形成凹凸形状的契形接口。凹凸式的连接结构使保温层3的连接紧密，缝隙小，对管道的保温效果好。

在b步骤进行前利用夹具对模具进行固定。夹具可以选择夹子，防止模具因为热胀冷缩产生位移，影响凝固成型后保温层3的保温效果。

c步骤完成后，在保温层3外壁上安装防潮层。在发泡工作完成以后，即可以进行防潮层的安装，在保温层3的表面缠绕玻纤布，防潮层表面应光滑平整、厚度均匀，表面无气孔、鼓泡或开裂等缺陷，端部应密封。防潮层搭接、搭接宽度为30-50mm，纵向接缝应放在下部并互相错开。每隔300mm捆扎镀锌铁丝或箍带一道。缠绕玻纤布前在保温层3涂环氧树脂，缠绕后在玻纤布外再涂3mm厚的环氧树脂，玻纤布的搭接宽度为30-50mm。缠绕后检查铁丝网有无松动部位并对有缺陷的部位进行休整，缠绕的起点和终点用镀锌铁丝后箍带捆扎结实。防潮层可以使保温层3保持干燥，防止潮湿环境对保温层3造成损害。

在整个管道保温系统的最外层还可以加装一层保护层，具体实施时金属薄板保护层用厚度为0.5--0.8mm的铝皮制作，施工时先按管道防潮层外径加工成型，再套在管道保温层3上，搭接宽度均保持30～40mm，为了顺利排除雨水，纵向接缝朝向视线背面，接缝一般用自攻螺钉固定，先用手提式电钻打孔，打孔钻头直径为螺钉直径的0.8倍，螺钉间距为200mm左右。禁止用冲孔和其他方式打孔。保护层应箍紧，不得有凸凹不平或脱壳、接缝开裂等缺陷。纵缝应咬口连接或搭接，接缝放在下部，环缝应起线，端部应封闭。用自攻螺钉紧固时，螺钉间距应不大于200mm，螺钉端部不得刺破防潮层。保护层的搭接应符合下列要求：水平管道，应按管道坡度由低处向高处施工，形成以高压低的搭接；垂直管道，应由下部向上部施工，形成以高盖低的搭接；所有搭接部位应顺雨水或水流的方式，避免雨水进入内部，搭接时尽量选在管道保温层3的侧面。

Claims (7)

1.超低温管道保温施工方法，其特征在于：包括以下几个步骤，

a、在超低温管道(1)外壁上涂刷防冻液(2)，然后在超低温管道保温模具的内壁涂抹脱模剂，将内壁用脱模布包裹起来，再将超低温管道保温模具安装在超低温管道(1)上；

b、向超低温管道保温模具内灌注保温浆；

c、等保温浆凝固完成形成保温层(3)后，拆除超低温管道(1)保温模具，在保温层外壁上安装防潮层，防潮层搭接、搭接宽度为30-50mm，纵向接缝应放在下部并互相错开，每隔300mm捆扎镀锌铁丝或箍带一道，缠绕玻纤布前在保温层(3)涂环氧树脂，缠绕后在玻纤布外再涂3mm厚的环氧树脂，玻纤布的搭接宽度为30-50mm，缠绕的起点和终点用镀锌铁丝或箍带捆扎结实。

2.如权利要求1所述的超低温管道保温施工方法，其特征在于：所述防冻液(2)由去离子水、乙二醇、壬二酸二辛脂、二乙二醇单甲醚、三聚磷酸钠，多聚磷酸钾、丙烯酸盐，磷酸二氢铵，次磷酸钾，亚磷酸钠组成；前述组成成分的质量百分比范围为：去离子水占30％-65.5％、乙二醇占30％-60％、壬二酸二辛脂占1％-10％、二乙二醇单甲醚占1％-10％、三聚磷酸钠占0.2％-0.3％，多聚磷酸钾占0.4％-0.5％、丙烯酸盐占1.1％-1.2％，磷酸二氢铵占0.2％-0.4％，次磷酸钾占0.2％-0.4％，亚磷酸钠占0.3％-0.5％。

3.如权利要求1所述的超低温管道保温施工方法，其特征在于：按照下述方法配制保温浆：

先将液体形式的添加剂放入容器中，然后一边搅拌一边向容器中倒入粉料，搅拌3～5分钟直至生成无生粉团的均匀保温浆，保温浆搅匀后静置10～15分钟。

4.如权利要求3所述的超低温管道保温施工方法，其特征在于：在保温浆完成配制后的2小时内完成向超低温管道保温模具内灌注保温浆的操作。

5.如权利要求1所述的超低温管道保温施工方法，其特征在于：在b步骤灌注保温浆时，控制灌注的速度范围为148克每秒至152克每秒。

6.如权利要求1所述的超低温管道保温施工方法，其特征在于：利用超低温管道保温模具分段在超低温管道(1)上制成保温层(3)，相邻两段保温层(3)采用凹凸式连接结构连接。

7.如权利要求1所述的超低温管道保温施工方法，其特征在于：在b步骤进行前利用夹具对模具进行固定。