CN114484094A - 一种油气田用增强复合管道及其制备方法 - Google Patents

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金崇阳
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Abstract

本发明公开了一种油气田用增强复合管道及其制备方法,从内到外依次为聚乙烯内层管、第一粘结树脂层、铝带、第二粘结树脂层、碳纤维布增强层、第三粘结树脂层和聚乙烯外层管,铝带为铝合金,铝合金的主要成分及含量:Mg:2.1‑2.9%;Cu:1.2‑2.0%;Zn:5.1‑6.1%;Al:89.3‑90.4%,为单层结构,所述的碳纤维增强层为多层结构,聚乙烯内层的壁厚大于总壁厚的50%,铝带的壁厚大于总壁厚的10%,碳纤维布增强层的壁厚大于总壁厚的20%。本发明制备得到的管道耐气体及盐类腐蚀,防气体渗漏,使用寿命长,管道强度高,耐高压,具有高强的刚度,满足高压输送气体需求。

Description

一种油气田用增强复合管道及其制备方法
技术领域
本发明属于复合管道技术领域,具体涉及一种油气田用增强复合管道及其制备方法。
背景技术
氢能源来源方式较多,是一种环保能源。高压气态输送氢是现阶段最为成熟的氢能源输送方式。常规输送氢气管道为钢制管道,由于氢气分子量极小,容易进入许多金属的晶格中,造成氢脆现场,从而破坏管道,除氢脆现象外发生泄漏可能性较大。因此用于输送氢气的钢制管道材料为特殊材料,如蒙乃尔合金,是一种以金属镍为基体添加铜、铁、锰等其它元素而成的合金。一般合金材料类输氢管道价格昂贵,输氢成本较大,少数为具有EVOH阻隔层的聚乙烯复合管道,该管道相比与合金类管道成本较低。
EVOH常温下脆性较大,易发生断裂,丧失阻隔功能。随着高压输氢要求越来越高,具有EVOH阻隔层的聚乙烯复合管道承压较小,容易发生破裂渗漏。
铝质材料具有良好的抗晶间腐蚀能力以及与氢气良好的相容性,可以使用铝带作为管道阻隔层,防止氢气泄漏,碳纤维布品种多样,通过选择不同的碳纤维布提供不同的管道强度,具有极高的抗拉强度,质量轻,防震效果较好,提高管道的耐压性能。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种油气田用增强复合管道及其制备方法,有效避免管道发生破裂泄漏等问题。
为达到上述目的,提出以下技术方案:
一种油气田用增强复合管道,从内到外依次包含聚乙烯内层管、第一粘结树脂层、铝带、第二粘结树脂层、碳纤维布增强层、第三粘结树脂层和聚乙烯外层管。
进一步地,所述的铝带为铝合金,铝带为单层结构,所述铝合金的成分及质量含量为Mg:2.1-2.9%;Cu:1.2-2.0%;Zn:5.1-6.1%;Al:89.3-90.4%,所述的碳纤维布增强层为多层结构。
一种油气田用增强复合管的制备方法,包括如下步骤:
1)铝带经放卷机、接带机和储带仓完成放卷、接带和储带,经过预成型机构变成铝半管,铝半管经加热器加热至200-220℃,然后进入内管机头定径对缝处理后成铝管后出模,由焊枪焊接成铝管,焊接功率为2000-3000w;
2)内管机头挤出热熔胶于铝管内壁作为第一粘结树脂层,挤出聚乙烯作为聚乙烯内层管,挤出温度为190-200℃,同时吹出压缩空气对内层管进行扩张施压,压缩空气的压强为0-1MPa,风速为0.5-2m/s,然后进入热熔胶挤出机模具内,挤出热熔胶于铝管外表面作为第二粘结树脂层,调整螺杆转速调节热熔胶挤出量及外表面形貌,保证表面平整,热熔胶内无气泡;
3)第二粘结树脂层挤出后,进入缠绕机组内,两组缠绕机分别以顺时针及逆时针两方向进行交叉缠绕,缠绕时以角度30-60°缠绕多层碳纤维布,作为碳纤维布增强层;
4)碳纤维布增强层缠绕完成后,进入外层挤出机,挤出热熔胶,作为第三粘结树脂层,挤出聚乙烯,作为聚乙烯外层管,挤出温度为190-210℃,通过真空定径及喷淋箱冷却,调整管材尺寸及外表面形貌,最后进行喷码、切割和包装。
进一步地,步骤3)中的缠绕张力为10-30N,缠绕层数为2-6层。
进一步地,聚乙烯为高密度聚乙烯PE100或PE-RT。
进一步地,聚乙烯内层的壁厚大于总壁厚的50%,铝带的壁厚大于总壁厚的10%,碳纤维布增强层的壁厚大于总壁厚的20%。
进一步地,碳纤维布的型号为Ⅱ-200或Ⅱ-300,碳纤维布的拉伸强度均高于3400MPa,碳纤维布在缠绕前需要进行预浸,预浸材质为PE基热熔胶。
进一步地,热熔胶的成分为特制PE基热熔胶,特制PE基热熔胶的组分包括PE和马来酸酐,马来酸酐的接枝率为2%-3%。
本发明的有益效果在于:本发明制备得到的管道耐气体及盐类腐蚀,防气体渗漏,使用寿命长,管道强度高,耐高压,具有高强的刚度,满足高压输送气体需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中:1、聚乙烯内层;2、第一粘结树脂层;3、铝带;4、第二粘结树脂层;5、碳纤维布增强层;6、第三粘结树脂层;7、聚乙烯外层管。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步地说明,但本发明的保护范围并不仅限于此。
如图1所示,一种油气田用增强复合管道,从内到外依次为聚乙烯内层管1、第一粘结树脂层2、铝带3、第二粘结树脂层4、碳纤维布增强层5、第三粘结树脂层6和聚乙烯外层管7。
铝带3为单层结构,所述铝合金的成分及质量含量为Mg:2.6%;Cu:1.5%;Zn:5.5%;Al:90.4%。
实施例1
一种油气田用增强复合管的制备方法,包括如下步骤:
1)铝带3经放卷机、接带机和储带仓完成放卷、接带和储带,经过焊接平台上的滚轮成型装置变成铝半管,铝半管经加热器加热至200℃,然后进入内管机头定径对缝处理后成铝管后出模,由焊枪焊接成铝管,焊接功率为3000w;
2)内管机头挤出热熔胶作为第一粘结树脂层2,挤出聚乙烯作为聚乙烯内层管1,挤出温度为190-200℃,同时吹出压缩空气对内层管进行扩张施压,压缩空气的压强为1MPa,风速为2.0m/s,调整尺寸及内层形貌,然后进入热熔胶挤出机模具内,挤出热熔胶于铝带3表面作为第二粘结树脂层4,调整螺杆转速调节热熔胶挤出量及外表面形貌,保证表面平整,热熔胶内无气泡;
3)碳纤维布的型号为Ⅱ-200,预浸材质为PE基热熔胶,预浸后进入缠绕机内,缠绕机组为两组缠绕机分别以顺时针及逆时针两方向进行交叉缠绕,缠绕张力为10-30N,缠绕6层碳纤维布,作为碳纤维布增强层5,第一台缠绕机以逆时针方向缠绕,缠绕角度为40°,缠绕第二层时,以顺时针方向缠绕,缠绕角度与第一层相同,重复上述过程进行缠绕,第三层和第四层的缠绕角度为57°,缠绕速度为4-6rpm,牵引速度为0.7m/min;
4)进入外层挤出机,挤出热熔胶,作为第三粘结树脂层6,挤出聚乙烯,作为聚乙烯外层管7,挤出温度为190-210℃,通过真空定径及喷淋箱冷却,调整管材尺寸及外表面形貌,最后进行喷码、切割和包装。
预浸用PE基热熔胶为PE接枝马来酸酐,为杜邦公司的E100,作为第一粘结树脂层2、第二粘结树脂层4和第三粘结树脂层6的热熔胶的成分为特制PE基热熔胶,组分为PE和马来酸酐,马来酸酐的接枝率为2%-3%。
制备得到的管材的公称外径为75mm,铝带3厚度为1mm,聚乙烯内层1的厚度为5mm,碳纤维布增强层5的壁厚为2mm,管材的环刚度大于等于150KN/m2,耐压等级为6.3MPa,爆破强度大于等于23MPa,使用寿命为50年,氢气渗透系数为3*10-7cm3·cm/cm2·s·Pa。

Claims (8)

1.一种油气田用增强复合管道,其特征在于,从内到外依次包含聚乙烯内层管(1)、第一粘结树脂层(2)、铝带(3)、第二粘结树脂层(4)、碳纤维布增强层(5)、第三粘结树脂层(6)和聚乙烯外层管(7)。
2.如权利要求1所述的一种油气田用增强复合管,其特征在于,所述的铝带(3)为铝合金,铝带(3)为单层结构,所述铝合金的成分及质量含量为Mg:2.1-2.9%;Cu:1.2-2.0%;Zn:5.1-6.1%;Al:89.3-90.4%,所述的碳纤维布增强层(5)为多层结构。
3.一种如权利要求1所述的油气田用增强复合管的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)铝带(3)经放卷机、接带机和储带仓完成放卷、接带和储带,经过预成型机构变成铝半管,铝半管经加热器加热至200-220℃,然后进入内管机头定径对缝处理后成铝管后出模,由焊枪焊接成铝管,焊接功率为2000-3000w;
2)内管机头挤出热熔胶于铝管内壁作为第一粘结树脂层(2),挤出聚乙烯作为聚乙烯内层管(1),挤出温度为190-200℃,同时吹出压缩空气对内层管进行扩张施压,压缩空气的压强为0-1MPa,风速为0.5-2m/s,然后进入热熔胶挤出机模具内,挤出热熔胶于铝管外表面作为第二粘结树脂层(4),调整螺杆转速调节热熔胶挤出量及外表面形貌,保证表面平整,热熔胶内无气泡;
3)第二粘结树脂层(4)挤出后,进入缠绕机组内,两组缠绕机分别以顺时针及逆时针两方向进行交叉缠绕,缠绕时以角度30-60°缠绕多层碳纤维布,作为碳纤维布增强层(5);
4)碳纤维布增强层(5)缠绕完成后,进入外层挤出机,挤出热熔胶,作为第三粘结树脂层(6),挤出聚乙烯,作为聚乙烯外层管(7),挤出温度为190-210℃,通过真空定径及喷淋箱冷却,调整管材尺寸及外表面形貌,最后进行喷码、切割和包装。
4.如权利要求3所述的一种油气田用增强复合管的制备方法,其特征在于,步骤3)中的缠绕张力为10-30N,缠绕层数为2-6层。
5.如权利要求3所述的一种油气田用增强复合管的制备方法,其特征在于,聚乙烯为高密度聚乙烯PE100或PE-RT。
6.如权利要求3所述的一种油气田用增强复合管的制备方法,其特征在于,聚乙烯内层(1)的壁厚大于总壁厚的50%,铝带(3)的壁厚大于总壁厚的10%,碳纤维布增强层(5)的壁厚大于总壁厚的20%。
7.如权利要求3所述的一种油气田用增强复合管的制备方法,其特征在于,碳纤维布的型号为Ⅱ-200或Ⅱ-300,碳纤维布的拉伸强度均高于3400MPa,碳纤维布在缠绕前需要进行预浸,预浸材质为PE基热熔胶。
8.如权利要求3所述的一种油气田用增强复合管的制备方法,其特征在于,热熔胶的成分为特制PE基热熔胶,特制PE基热熔胶的组分包括PE和马来酸酐,马来酸酐的接枝率为2%-3%。
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