CN109798402A - 一种热力输送软管及热力输送管道结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种热力输送软管及热力输送管道结构。所述热力输送软管包括内层、中间层和外层，所述软管的所述内层和所述外层的材料相同；所述内层和所述外层的材料包括以下材料中的至少一种：耐热聚乙烯、交联聚乙烯、动态硫化橡胶、聚氨酯弹性体、乙丙橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、硅橡胶或氟橡胶。

Description

一种热力输送软管及热力输送管道结构

技术领域

本申请涉及管道技术领域，特别涉及一种热力输送软管及热力输送管道结构。

背景技术

常见的输送管道可以用于输送水、煤气、石油、天然气等介质。在一些领域中，输送管道还可以输送蒸汽或过热水等热能介质。这类管道又称之为热力管道，其特点是输送的介质温度高、压力大、流速快。在管网长期运行过程中，若输送的介质为温度高、压力大、流速快的热能介质(如，热水、蒸汽等)，高温的介质会加速管道的腐蚀和老化，较快的流速会加剧管道壁厚的损耗，提高管道的年腐蚀量。

发明内容

本申请实施例之一提供一种热力输送软管，包括内层、中间层和外层，所述软管的所述内层和所述外层的材料相同；所述内层和所述外层的材料包括以下材料中的至少一种：耐热聚乙烯、交联聚乙烯、动态硫化橡胶、聚氨酯弹性体、乙丙橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、硅橡胶或氟橡胶。

在一些实施例中，所述内层的耐热温度为80～150℃。

在一些实施例中，所述动态硫化橡胶的制备组分包括：橡胶组分、热塑性组分、相容剂、硫化剂和软化剂。

在一些实施例中，所述动态硫化橡胶的制备组分包括：100重量份的橡胶组分、20～100重量份的热塑性组分、0～100重量份的相容剂、1～20重量份的硫化剂和0～200重量份的软化剂。

在一些实施例中，所述动态硫化橡胶的制备组分包括：100重量份的橡胶组分、40～80重量份的热塑性组分、0～50重量份的相容剂、5～15重量份的硫化剂和50～120重量份的软化剂。

在一些实施例中，所述软管的所述中间层由至少一层纤维缠绕而成，或者是纤维编织结构；所述纤维包括以下中的至少一种：维尼纶、锦纶、腈纶、芳纶、玻璃纤维、或玄武岩纤维。

本申请实施例之一提供一种热力输送管道结构，包括如本申请任一实施例所述的热力输送软管。

在一些实施例中，所述热力输送管道结构还包括外管，所述外管为刚性管；所述外管套在所述软管外部。

在一些实施例中，所述软管的外径与所述外管的内径相等。

在一些实施例中，所述外管为钢管、波纹管、预应力混凝土管或玻璃钢管。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本申请一些实施例所示的热力输送管道结构的示意图；

图2是根据本申请一些实施例所示的热力输送软管结构示意图；

图3是根据本申请一些实施例所示的共混法制备TPV的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

本申请中使用了流程图来说明根据本申请的实施例的系统或方法所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。此外，本申请中所示的结构示意图仅为说明目的，并不构成对本申请的限定。

本申请实施例提供的热力输送软管以及热力输送管道可以用于输送各种液体和/或气体介质，包括但不限于清水、污水、油、胶体。特别地，本申请实施例提供的热力输送软管以及热力输送管道还可以用于输送热能介质(如热水、蒸汽等)。

图1是根据本申请一些实施例所示的热力输送管道结构的示意图。如图1所示，输送管道结构100可以包括外管110和软管120，外管110套在软管120外部。在本申请的实施例中，软管120的外径与外管110的内径相等。例如，软管120在输送液体时，软管120外表面恰好与外管110的内表面完全贴合。在一些替代性实施例中，软管120的外径也可以大于或小于外管110的内径。例如，当软管120的外径小于外管110的内径时，软管120与外管110之间可以具有一定的空隙，这时软管120具有一定的环刚度可以抵抗因承受自身重力造成的塌陷，软管120具有独立承受内部压力的能力。在一些实施例中，外管110可以是刚性管以承受外部压力(例如土壤压力)。外管可以包括但不限于钢管、波纹管、预应力混凝土管或玻璃钢管等。在一些实施例中，外管110可以具有保温功能。例如，外管110可以为夹克保温管(如黄夹克保温管、黑夹克保温管等)或者可以在外管110外部包裹保温材料(如，发泡泡沫)。

在本申请的实施例中，软管可以包括内层121、中间层122和外层123。在一些实施例中，软管120的内层121和/或外层123可以包括耐腐蚀、耐高温(例如，150℃)的聚合物。具体的，软管120的内层121和/或外层123可以包括但不限于耐热聚乙烯、交联聚乙烯、动态硫化橡胶(TPV)、聚氨酯弹性体(TPU)、乙丙橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、硅橡胶或氟橡胶等。关于软管的更多细节可参见图2及其相关描述。

图2是根据本申请一些实施例所示的热力输送软管结构示意图。如图2所示，软管120可以包括内层121、至少一层中间层122、外层123。在一些实施例中，可以在软管120中增加额外的层而不脱离本申请的范围。在一些实施例中，可以在外层123的外表面覆上保护层(如抗老化层、阻燃层等)。

在一些实施例中，用于形成软管的内层121和外层123的耐腐蚀、耐高温(例如150℃)聚合物可以包括耐热聚乙烯、交联聚乙烯、动态硫化橡胶(TPV)、聚氨酯弹性体(TPU)、乙丙橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、硅橡胶或氟橡胶等一种或多种的组合。在一些实施例中，形成内层121和外层123的聚合物材料可以相同或不同。在一些实施例中，内层的耐热温度可以为80～150℃(例如，100℃、120℃、140℃、150℃等)。

在一些实施例中，中间层122位于软管120的内层121和外层123之间，可以提升软管对内部压力的承受能力。在一些实施例中，中间层122可以由至少一层纤维缠绕而成，或者为纤维编织结构。在一些实施例中，中间层122可以为通过织机织造至少一层纤维形成的增强层。例如，可以在织机上使用相对于增强层纵向(或轴向)延伸的经线和沿增强层呈螺旋形延伸的纬线织造形成。又例如，经线和纬线可以与管道延伸方向呈一定夹角。上述纤维可以包括、维尼纶、锦纶、腈纶、芳纶、玻璃纤维、或玄武岩纤维等一种或多种的组合。在一些实施例中，中间层122可以包含至少一层(如一层、两层、三层等)增强层，每层增强层的厚度可以在0.1-1mm之间。但是相关领域的技术人员也应当理解，中间层的厚度可以根据情况进行调整。

在一些实施例中，可以通过共挤法制备软管的内层121和外层123。其中，共挤法可以包括渗透共挤法、内外共挤法等。例如，可以通过渗透共挤方法制备相同聚合物材料的内层121和外层123。渗透共挤示例性过程可以包括：将中间层122套设在渗透共挤设备的内模具外部并置于外模具中，加热挤出机使其温度在180-240℃。聚合物通过挤出机挤出后，渗透进中间层122和内模具内部，当内模具内部被渗透的聚合物充满后，渗透的聚合物将从内模具的通孔溢出，溢出的聚合物在内模具和中间层122的挤压下形成软管内层。进一步，聚合物通过挤压机挤出至中间层122的外部，中间层122外部的聚合物在中间层122和外模具的挤压下形成软管外层。在一些实施例中，共挤法制备出的软管121的厚度可以为1-2mm。在一些实施例中，外层123的厚度可以与内层121的厚度相同或不同。相关领域的技术人员也应当理解，该软管121和外层123的内径可以根据情况进行调整，本申请对此不做限制。

在一些实施例中，制备软管的示例性方法可以包括：

(1)合成高分子材料组成的聚合物。以图3所示的共混法合成热塑性弹性体动态硫化橡胶TPV(合成TPV的配比可以参考表1和表2)为例，其中，1、3、5、7、12和14是运输管道、2是炼胶机、4和13是造粒机、6是辅料输送通道、8和11是进料口、9和10是双螺杆挤出机。其中，TPV的组分可以包括橡胶组分、热塑性组分、相容剂、硫化剂和软化剂。在一些实施例中，TPV的组分还可以包括橡胶助剂组分以及填充剂组分等。具体的，TPV的组分可以包括：100重量份的橡胶组分、20～100重量份的热塑性组分、0～100重量份的相容剂、1～20重量份的硫化剂和0～200重量份的软化剂。优选的，TPV的组分可以包括：100重量份的橡胶组分、40～80重量份的热塑性组分、0～50重量份的相容剂、5～15重量份的硫化剂和50～120重量份的软化剂。其中，橡胶可以包括但不限于：三元乙丙橡胶(EPDM)、二元乙丙橡胶(EPM)、丁基橡胶(IIR)、氯化丁基橡胶(XIIR)、在一些实施例中，橡胶可以使用过氧化物、硫化树脂等硫化剂进行硫化。在一些实施例中，热塑性组分可以包括但不限于：聚丙烯(均聚物、共聚物等)、耐热聚乙烯(PE-RT)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯乙烯(PS)等。在一些实施例中，相容剂可以包括但不限于：马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐和乙烯、丙烯酸酯等形成的二元或三元共聚物。在一些实施例中，硫化剂可以包括但不限于：过氧化物(如过氧化二异丙苯(DCP)、BIBP、双二五等)、树脂硫化剂(如酚醛树脂等)、卤化物(如卤化亚锡等)、氧化锌等。在一些实施例中，软化剂可以包括但不限于：C原子在10-50之间的链状、支链、环状饱和烃等。在一些实施例中，填充剂组分可以包括但不限于超细碳酸钙(如平均粒度大于2000目)、超细滑石粉(如平均粒度大于2000目)和高岭土等。

合成TPV的具体步骤可以包括：

(a)将橡胶组分(如溴化丁基橡胶)与硫化剂(如酚醛树脂)、橡胶助剂(如，氯化亚锡、石蜡基油等)通过运输管道1送入炼胶机2，在一定温度下(如，80-150℃)进行混胶，混炼胶再经运输管道3输送至橡胶造粒机4，橡胶造粒机4可以高速剪切混炼胶形成橡胶粒(微米级)，然后将橡胶粒通过运输管道5送至双螺杆挤出机9的进料口8；

(b)将热塑性组分(如聚酰胺)和/或相容剂(如三元乙丙橡胶)、软化剂等经进料口11进入双螺杆挤出机10混合塑化得到混合树脂，混合树脂通过运输管道14进入造粒机13，树脂造粒机13可以高速剪切混炼胶形成树脂粒(微米级)，然后将树脂粒通过运输管道7送入双螺杆挤出机9的进料口8；

(c)辅料输送通道6向双螺杆挤出机9的进料口8送入填充剂(如，滑石粉、高岭土、氧化锌、炭黑等)；

(d)双螺杆挤出机9在一定温度下(如，80-150℃)混合所送入的反应物得到TPV，TPV成品经运输管道12送出。

(2)编织中间层。例如，当软管的输送口径为400mm时，可以选用芳纶纤维编织中间层，花纹可以选为斜纹双经。其中，纬线芳纶纤维可以选用15000丹尼尔、编织密度36根/10cm；经线芳纶纤维可以选用9000丹尼尔、编织密度为48根/10cm；工作压力1.6Mpa。具体地，可以将多束纤维在x方向上按照一定间隔平行分布以形成经线，同时将多束纤维在第y方向上按一定间隔平行分布以形成纬线。可以通过织机将经线与纬线按二上一下、三上一下等方式倾斜编织。又例如，当软管的输送口径为200mm时，可以选用玄武岩纤维编织中间层，花纹可以选为平纹，纬线玄武岩纤维选用12000丹尼尔、编织密度44根/10cm，经线玄武岩纤维选用9000丹尼尔、编织密度为87.8根/10cm，工作压力0.8Mpa。具体地，可以通过织机将经线与纬线按一上一下的方式进行垂直交叉编织。

(4)可以通过渗透共挤聚合物(如，动态硫化橡胶TPV)形成软管。具体地，将聚合物在70℃-110℃下烘干3-6小时(如4小时)，以排除聚合物中的空气；将中间层122套设在渗透共挤设备的内模具外部并置于外模具中，加热挤出机使其温度在180-240℃。TPV通过挤出机挤出后，渗透进中间层122和内模具内部，当内模具内部被渗透的TPV充满后，渗透的TPV将从中间层122的通孔溢出，溢出的TPV在内模具和中间层122的挤压下形成软管内层。进一步，TPV通过挤压机挤出至中间层122的外部，中间层122外部的TPV在中间层122和外模具的挤压下形成软管外层。软管形成后还可以进一步收卷储存。

应当注意的是，以上关于制备软管的方法的描述仅出于说明目的，并不旨在限制本申请的范围。对于本领域普通技术人员来说，可以根据本申请的描述，做出各种各样的修正和改变，而这些修正和改变不会背离本申请的范围。例如，可以省略对中间层进行浸胶处理步骤。

在一些实施例中，不同配比的TPV的材料性能不同，因此本申请提供了一系列合成TPV的配比，以供不同需求环境情况的选择，如表1-2。

表1

表2

其中，Vistalon3666代表三元乙丙橡胶可以作为橡胶组分/相容剂、高岭土5000目可以作为填充剂、PPT300代表聚丙烯树脂可以作为热塑性组分、氧化锌可以作为填充剂、氯化亚锡可以作为橡胶助剂、Sunpar150M油代表石蜡基油可以作为橡胶助剂、SP1045代表酚醛树脂可以作为硫化剂、EVM700HV代表乙烯醋酸乙烯橡胶可以作为橡胶组分、BIIR2255代表溴化丁基橡胶可以作为橡胶组分、Isoplast101ETP代表聚氨酯TPU可以作为热塑性组分、PA6IV2.7代表尼龙可以作为热塑性组分、Desmopan8650代表TPU可以作为热塑性组分、FusabondC250代表乙烯醋酸乙烯酯共聚物可以作为相容剂组分。

本申请实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)热力输送软管为复合型软管结构，由高分子材料制成的软管内层具有耐高温、耐腐蚀性的特性；(2)使用高强度的纤维材料形成加强层，使软管具有部分或全部承受内部流体压力的能力；(3)使用耐高温耐磨的高分子材料制成软管的外保护层，能够防止内部纤维材料在施工过程造成机械损伤，同时防止外部水对纤维的腐蚀作用。(4)热力输送管道结构的外管采用刚性的夹克保温管，不仅可防止内部热量散失，还可承受埋地土壤的外部压力；(5)刚性外管可防止外部土壤应力造成管道破裂，与内部软管形成连续输送的管道系统也可有效防止内部流体腐蚀和结垢堵塞，结合在金属接头表面设置的防腐涂层，使输送系统不易被温度高、化学成分复杂的输送液损坏，可大幅延长输送系统的使用寿命，提升管道长期运营的安全性；(6)热力输送软管与刚性外管的结合能够有效防止热量流失，对所输送液体进行有效保温。需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

Claims (10)

1.一种热力输送软管，其特征在于，包括内层、中间层和外层，所述软管的所述内层和所述外层的材料相同；

所述内层和所述外层的材料包括以下材料中的至少一种：耐热聚乙烯、交联聚乙烯、动态硫化橡胶、聚氨酯弹性体、乙丙橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、硅橡胶或氟橡胶。

2.如权利要求1所述的热力输送软管，其特征在于，所述内层的耐热温度为80～150℃。

3.如权利要求1所述的热力输送软管，其特征在于，所述动态硫化橡胶的制备组分包括：橡胶组分、热塑性组分、相容剂、硫化剂和软化剂。

4.如权利要求3所述的热力输送软管，其特征在于，所述动态硫化橡胶的制备组分包括：100重量份的橡胶组分、20～100重量份的热塑性组分、0～100重量份的相容剂、1～20重量份的硫化剂和0～200重量份的软化剂。

5.如权利要求4所述的热力输送软管，其特征在于，所述动态硫化橡胶的制备组分包括：100重量份的橡胶组分、40～80重量份的热塑性组分、0～50重量份的相容剂、5～15重量份的硫化剂和50～120重量份的软化剂。

6.如权利要求1所述的热力输送软管，其特征在于，

所述软管的所述中间层由至少一层纤维缠绕而成，或者是纤维编织结构；

所述纤维包括以下中的至少一种：维尼纶、锦纶、腈纶、芳纶、玻璃纤维或玄武岩纤维。

7.一种热力输送管道结构，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的热力输送软管。

8.如权利要求7所述的热力输送管道结构，其特征在于，还包括外管，所述外管为刚性管；

所述外管套在所述软管外部。

9.如权利要求8所述的热力输送管道结构，其特征在于，

所述软管的外径与所述外管的内径相等。

10.如权利要求8所述的热力输送管道结构，其特征在于，

所述外管为钢管、波纹管、预应力混凝土管或玻璃钢管。