CN113103613B - 一种输氢管道加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种输氢管道加工方法，属于管道加工领域，包括步骤a.加工钢管；b.对钢管表面喷砂；c.向钢管内部投入热塑性塑料坯；d.在钢管的两端分别设置封堵板；e.通过塑料成型工艺将热塑性塑料坯常压涂布在钢管的内表面，冷却至100℃以内；f.向涂布塑料后的钢管的空腔内输入有压介质，加热钢管，有压介质将高弹态的塑料压向钢管的表面；利用初次塑料成型工艺和二次加压滚塑形成较大压差，将处于高弹态的内塑料层紧紧的压向钢管的内表面以及微孔，提高与钢管之间的结合效果；同时，通过将初次成型后时温度冷却至100度以内，能够避免内部温度较高导致在输入高压介质时压力较大而导致输入困难的问题。

Description

一种输氢管道加工方法
技术领域
本发明涉及金属管道防护领域，尤其涉及一种输氢管道加工方法。
背景技术
输氢管道在工业生产中主要是运输氢气，氢气分子量小，因此氢气分子可以进入许多金属的晶格中，造成“氢脆”现象，所以，氢气的储存以及运输需要使用特殊材料或特殊的加工方法制成。现有的输氢管道的材料一般为蒙耐尔合金材料，蒙耐尔合金具有优良的防腐蚀能力，但是价格昂贵，还有的输氢管道材料是采用钢管，钢管采用低强度钢材并通过用形变热处理工艺，利用淬火和回火等组合工艺以获得更好的强度、塑性和韧性。虽然说在同样的高压下，经过处理的的低强度钢管较高级钢管对氢脆不敏感，但是其仍然存在氢脆现象，长期处于高温高压状态的钢管还是很容易产生氢损伤。
发明内容
本申请是为了解决现有的输氢管道一般是采用低强度钢管经过热处理工艺来获得更好的强度、塑性和韧性，而经过处理的低强度钢管较高级钢管对氢脆不敏感，但是其仍然存在氢脆现象，长期处于高温高压状态的钢管仍然很容易产生氢脆现象，本申请设计一种输氢管道加工方法，通过对钢管进行特殊的处理用于解决上述问题，其具体采用的技术方案为：
本发明为一种输氢管道加工方法，包括如下步骤：
a.加工钢管以及加工钢管两端的法兰；
b.对钢管表面喷砂，使得钢管表面布满微孔，或者在钢管的表面设置多个楔形槽；
c.向钢管内部投入热塑性塑料坯；
d.在钢管的两端分别设置封堵板，封堵板将钢管内部形成封闭的空腔；
e.通过塑料成型工艺将热塑性塑料坯常压涂布在钢管的内表面，冷却涂布后的塑料至100℃以内；
f.向涂布塑料后的钢管的空腔内输入有压介质，加热钢管，使得涂布后的塑料呈高弹态，有压介质将高弹态的塑料压向钢管的表面并进入且充满钢管的微孔或楔形槽内。
在一个实施例中，步骤e中的塑料成型工艺包括：
加热并旋转钢管，使得钢管内部的热塑性塑料坯融化成粘流态并涂布于钢管的内表面，然后涂布后的塑料冷却至100℃。
在一个实施例中，步骤e中的塑料成型工艺为喷塑工艺，然后将喷塑后的塑料冷却至100℃。
优选的，步骤f中的有压介质为水，水的温度在70-100℃之间，将上述温度的水加入封闭的空腔内；
加热并转动钢管，钢管的加热温度至空腔内的水汽化不断产生水蒸气，以增大封闭空腔内的压力。
优选的，在加热所述钢管的过程中，其加热至封闭空腔内的压力不大于10MPa。
优选的，在d步骤与e步骤之间还包括如下步骤：
将封堵板与法兰连接，封堵板内表面具有圆形凹槽，凹槽的直径大于环形槽的直径，使得钢管的端面与封堵板的凹槽之间具有间隙，在热塑性塑料坯常压涂布在钢管的内壁的过程中，热塑性塑料坯同时涂布在钢管的端面与封堵板的凹槽之间的间隙内。
优选的，钢管的两端分别设有环形槽，环形槽的直径小于凹槽的直径，在热塑性塑料坯常压涂布在钢管的内壁的过程中，热塑性塑料坯同时涂布在环形槽内。
优选的，环形槽的横截面形状为燕尾槽形状。
优选的，还包括如下步骤，
通过喷塑工艺对钢管的外表面进行喷塑。
优选的，上述喷塑厚度不小于0.1mm。
通过上述技术方案，取得的技术效果如下：
通过常压下对钢管的内表面滚塑，然后通过塑料冷却形成内塑料层，然后再对钢管加热，使得内部的内塑料层呈高弹态，利用高压介质将高弹态的内塑料层高压压入钢管的内表面、微孔或楔形槽内。利用初次塑料成型工艺和二次加压滚塑形成较大压差，将处于高弹态的内塑料层紧紧的压向钢管的内表面以及微孔或楔形槽内实现与钢管的连接，提高与钢管之间的结合效果；另外，通过对内塑料层两次加热，并由第一次加热时温度冷却至100度左右，能够避免内部温度较高导致在输入高压介质时压力较大而导致输入困难的问题。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的右视图；
图3为封堵板封堵输氢管道时的结构示意图；
图4为图1中I处的放大图；
图5为图3中II处的放大图。
图中，1、钢管，2、内塑料层，3、外塑料层，4、环形槽，5、凹槽，6、封闭空腔，7、封堵板，8、螺栓。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明进行详细阐述。
另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-5所示，本申请为一种输氢管道加工方法，包括如下步骤：
a.加工钢管1以及加工钢管1两端的法兰，该法兰与钢管1一体成型，钢管1一般是用钢钉或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧或冷拨制成的，具体的制作过程为本领域成熟的技术，在此不对其详述。
b.对钢管1表面喷砂，喷砂不仅能够除锈，还能够在钢管1表面形成微孔(微孔很小，在附图中未画出)，微孔布满整个钢管1的内表面，提高钢管1内表面的粗糙度，增强钢管1内表面与热塑性塑料的附着性，增强钢管1与热塑性塑料之间的结合性。
c.然后，向钢管1内部投入热塑性塑料坯，这里的热塑性塑料坯包括塑料颗粒或塑料块。
d.在将热塑性塑料坯投入至钢管1内后，在钢管1的两端分别设置封堵板7，该封堵板7将钢管1的两端完全封死，使的钢管1内部形成封闭的空腔。封堵板7在封堵钢管1时是与钢管1的法兰连接，具体的可以在封堵板7上设置连接孔，通过螺栓8穿过连接孔和法兰上的孔将封堵板7与钢管1的法兰连接。这样封堵板7具有一定的承压能力，当向封闭的空腔内输入高压介质时，封堵板7是能够在高压环境中仍然能够保证封堵效果的。
e.常压滚塑：通过塑料成型工艺将热塑性塑料坯常压涂布在钢管1的内表面，这里的常压即为一个大气压左右，在0.1MPa的压力下，经涂布的热塑型塑料冷却，直至冷却至100℃以内，该温度下的热塑性塑料基本处于玻璃态，即已基本成形。首先通过在常压下将热塑性塑料成形在钢管1上，其主要是对内塑料壳形成一个预成型，或者说是热塑性塑料在钢管1上的预固定作用，而且，常压下，热塑性塑料在钢管1上能够比较均匀的形成内塑料层2，为后续的二次加压滚塑提供基础。
f.高压滚塑：向涂布塑料后的钢管1的空腔内输入有压介质，然后加热钢管1，随着不断的加热，使得涂布在钢管1内表面基本成形的热塑性塑料再次融化至高弹态，此时的有压介质在封闭的空腔内形成高压，将高弹态的塑料压向钢管1的表面并进入且充满钢管1的微孔或楔形槽内。
在可替换的实施例中，上述微孔也可以通过在钢管1的表面设置多个楔形槽来代替，多个楔形槽布满钢管1的内表面。
通过在常压下对钢管1的内表面滚塑，然后再对初次滚塑的塑料冷却至基本处于玻璃态的塑料进行再次加热滚塑，使其形成高弹态，利用高压介质将高弹态的内塑料层2高压压入钢管1的内表面、微孔或楔形槽内。利用初次常压滚塑和二次加压滚塑形成较大压差，将处于高弹态的内塑料层2紧紧的压向钢管1的内表面以及微孔或楔形槽内实现与钢管1的连接，提高与钢管1之间的结合效果；同时，将初次滚塑的塑料先冷却至100℃左右，能够有利于高压介质的输入，避免内部温度过高造成高压介质输入困难的问题。
进一步的，对于上述步骤e中的塑料成型工艺为滚塑，具体的包括：
加热并旋转钢管1，使得钢管1内部的热塑性塑料坯融化成粘流态并涂布于钢管1的内表面，然后涂布后的塑料冷却至100℃。这种方式其实就是滚塑工艺，滚塑工艺适用于中空的敞口或闭口型产品，滚塑工艺不受尺寸限制，比较适用于本申请中较大直径的输氢管道产品。
在一个实施例中，上述常压滚塑也可采用喷塑工艺代替，在喷塑完成后，将喷塑好的塑料层冷却至100℃或者100℃以内，再采用上述高压滚塑的方式进行，使得热塑性塑料紧紧的压入钢管的内表面。
进一步的，为了有利于有压介质输送至封闭的空腔内，上述步骤f中的有压介质为水，水的温度在70-100℃之间，因此，水为热水，将上述热水加入封闭的空腔内，通过加入热水，一则能够减少加热钢管1使其内部的热水沸腾汽化为水蒸气的时间，二则，加入的热水与钢管1内表面的内塑料层2的冷却温度相差不大，可避免钢管1内部因温度过高导致加入的水瞬间变为蒸汽，这样就与直接输入高压气体无较大区别，直接输入气体的方式则加大了输入的难度，而且过程控制难度大。
然而，上述有压介质也可以采用干冰来替换，干冰在注入空腔内之前为固态干冰，在注入空腔内部后，加热钢管1时，温度不断上升，其受热升华为气态，从而使得内部气压增大，实现高压将高弹态的塑料紧紧的压向钢管1内表面。
需要说明的是，无论是有压介质为水还是为其他气体，其输入的入口可以设置在封堵板7上，在输入水或其他气体的管道插入封闭空腔6后，插入的管道在入口处进行密封处理，保证此处不泄露内部的高压蒸汽或其他气体。
在向钢管1内部加入水之后，加热并转动钢管1，钢管1的加热温度至空腔内的水汽化不断产生水蒸气，随着水蒸气不断增大，增大了封闭空腔6内的压力，利用此高压，将钢管1内表面的高弹态的内塑料层2不但挤压在钢管1的内表面以及内表面的微孔或楔形槽内。
进一步的，在加热所述钢管1的过程中，其加热至封闭空腔6内的压力不大于10MPa，钢管1的转速在6-35r/min之间，即慢速下转动钢管1，具体转速的设计还需要根据具体的钢管的直径来设计，钢管直径越大，转速每分钟的转数越少，这样能够保证水蒸气能够接触到钢管1全部的内表面，使得水蒸气有机会接触到内表面的全部位置，并且有足够的时间将各处的内塑料层2压向钢管1的内表面。
进一步的，在d步骤与e步骤之间还包括如下步骤：
将封堵板7与法兰连接，封堵板7内表面具有圆形凹槽5，凹槽5的直径大于环形槽4的直径，这样才能使得钢管1的端面与封堵板7的凹槽5的竖直面之间具有间隙，在常压滚塑时，粘流态的热塑性塑料不仅会涂布在钢管1的内壁上，还会流至钢管1的端面与凹槽5的竖直面之间的间隙内，进而也会部分涂布在钢管1的端面上。通过在钢管1的法兰端面上涂布一层热塑性塑料，可以在钢管1法兰连接的过程中，通过涂布的塑料层配合在法兰端面上设置橡胶垫垫来提高连接密封性，因为涂布的塑料层在较大的挤压力下与橡胶垫的结合性比较好。
进一步的，为了提高涂布的内塑料层2与钢管1法兰端面的连接效果，提高与钢管1法兰端的结合效果，在钢管1的两端分别设有环形槽4，环形槽4的直径小于凹槽5的直径，这样在常压滚塑时，粘流态的热塑性塑料可以流进环形槽4内，甚至是在二次高压滚塑时，环形槽4内的可塑性塑料可以充满整个环形槽4，以此形成内塑料层2与钢管1之间的连接，那么通过高压滚塑以及形成的连接能够提高其之间的结合能力，避免钢管1在泄压时造成内塑料层2与钢管1之间产生微小的剥离现象。
进一步的，上述环形槽4的横截面形状为燕尾槽形状，燕尾槽形状能够一定程度上降低热塑性塑料从槽内脱出的可能性。
进一步的，在上述输氢管道的加工过程中，还包括如下步骤，即通过喷塑工艺对钢管1的外表面及法兰的与端面对称的面均进行喷塑形成外塑料层3，喷塑的外塑料层3的厚度在不小于0.1mm，这样在能够保证防腐效果的同时降低成本。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种输氢管道加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.加工钢管以及加工钢管两端的法兰；
b.对钢管表面喷砂，使得所述钢管表面布满微孔，或者在所述钢管的表面设置多个楔形槽；
c.向钢管内部投入热塑性塑料坯；
d.在钢管的两端分别设置封堵板，封堵板将钢管内部形成封闭的空腔；
e.通过塑料成型工艺将热塑性塑料坯常压涂布在钢管的内表面，冷却涂布后的塑料至100℃以内；
f.向涂布塑料后的钢管的空腔内输入水，其中，水的温度在70-100℃之间，将上述温度的水加入封闭的空腔内；
加热并转动钢管，钢管加热温度至空腔内的水汽化且不断产生水蒸气，同时使得涂布后的塑料呈高弹态，不断产生的水蒸气增大封闭空腔内的压力，将高弹态的塑料压向钢管的表面并进入且充满钢管的微孔或楔形槽内。
2.根据权利要求1所述的一种输氢管道加工方法，其特征在于，步骤e中的塑料成型工艺包括：
加热并旋转钢管，使得钢管内部的热塑性塑料坯融化成粘流态并涂布于钢管的内表面，然后涂布后的塑料冷却至100℃。
3.根据权利要求1所述的一种输氢管道加工方法，其特征在于，步骤e中的塑料成型工艺为喷塑工艺，然后将喷塑后的塑料冷却至100℃。
4.根据权利要求1所述的一种输氢管道加工方法，其特征在于，在加热所述钢管的过程中，其加热至封闭空腔内的压力不大于10MPa。
5.根据权利要求1所述的一种输氢管道加工方法，其特征在于，在d步骤与e步骤之间还包括如下步骤：
将封堵板与法兰连接，封堵板内表面具有圆形凹槽，所述钢管的两端分别设有环形槽，凹槽的直径大于环形槽的直径，使得钢管的端面与封堵板的凹槽之间具有间隙，在热塑性塑料坯常压涂布在钢管的内壁的过程中，热塑性塑料坯同时涂布在钢管的端面与封堵板的凹槽之间的间隙内。
6.根据权利要求5所述的一种输氢管道加工方法，其特征在于，在热塑性塑料坯常压涂布在钢管的内壁的过程中，热塑性塑料坯同时涂布在所述环形槽内。
7.根据权利要求6所述的一种输氢管道加工方法，其特征在于，所述环形槽的横截面形状为燕尾槽形状。
8.根据权利要求1所述的一种输氢管道加工方法，其特征在于，还包括如下步骤，
通过喷塑工艺对所述钢管的外表面进行喷塑。
9.根据权利要求8所述的一种输氢管道加工方法，其特征在于，喷塑厚度不小于0.1mm。
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