CN114962803A - 一种耐低温耐老化防爆燃气管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及管道领域，尤其是涉及一种耐低温耐老化防爆燃气管及其制备方法，包括不锈钢管和套设在不锈钢管外侧的保护层，所述保护层包括质量份数比10~25：0.2~1.2：0.3~0.7：3~8发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝；本申请针对现有技术采用多层结构，在安装使用时操作复杂，每层结构功能单一，在复杂化境中使用时耐用性低，性能表现不佳的问题，提供了一种耐低温耐老化防爆燃气管及其制备方法，通过在不锈钢管外侧设置耐低温耐老化结构强度高的保护层，显著提高燃气管道的防冻防老化防爆性能，本申请的制备方法工艺简单，易于工业化生产。

Description

一种耐低温耐老化防爆燃气管及其制备方法
技术领域
本发明涉及管道领域，尤其是涉及一种耐低温耐老化防爆燃气管及其制备方法。
背景技术
燃气管道是将天然气从开采地或处理厂输送到城市配气中心或工业企业用户的管道，运输成本低、占地少、建设快、油气运输量大、安全性能高、运输损耗少、无三废排放、发生泄漏危险小、对环境污染小、受恶劣气候影响小、设备维修量小、便于管理、易于实现远程集中监控等优势。现有技术中的燃气管道种类功能多样，如公开号CN214305734U，公开了一种具有防冻防腐功能的燃气管道，包括管道主体，管道主体左右两端口均安装有连接头，连接头内部均匀开设有多个螺孔，螺孔内部均螺接有螺钉，管道主体下方安装有基座，基座上方连接有托板，托板上壁中部设有凹槽，凹槽与管道主体相适配，托板内腔上壁设有缓冲防护层，缓冲防护层外表面与管道主体下壁外表面相接触，在第一防冻层。第二防冻层、耐腐蚀层的共同作用下，使管道主体具有防冻防腐的功能，在防漏垫圈的作用下，使多个管道主体通过连接头连接三之后不易漏气，在缓冲防护层的作用下，在剧烈高震动下管道主体与托板之间不易发生损伤。
再如公开号CN210462175U，公开了一种保温防冻燃气管道，提供了一种保温效果好，防冻效果好以及结构简单的燃气管道，其技术方案要点是还包括包覆于外包层外的保温机构，该保温机构包括包覆于外包层外的第一保温层、包覆于外包层外的第二保温层以及依次连接第一保温层和第二保温层的连接组件，第一保温层与外包层的抵触面上以及第二保温层和外包层的抵触面上均设有限位块，外包层上设有与限位块相适配的外环槽，适用于燃气管道技术领域。
再如公开号CN214368520U，公开了一种管道防冻结构，包括管道本体，管道本体顶部的中间位置固定设有定位管，定位管的顶端固定设有定位板，定位板的顶端固定设有电机，电机的输出端穿过定位板固定设有转动轴，转动轴的底端固定设有第一齿轮，通过电机的输出端穿过定位板固定设有转动轴，转动轴的底端固定设有第一齿轮，第一齿轮的外壁通过与第二齿轮的外壁啮合，从而使得第二齿轮带动两个丝杆转动连接，两个滑块的顶端通过卡槽和卡条便于移动，从而防止管道本体内部的液体结冰，不仅使得管道防冻效率更高，便于内部液体输送效率，而且保护管道本体，提高管道的使用寿命。
申请人发现燃气管道从地下输送段接入用户端时，需要从深埋在地下的燃气管道上连接一端燃气管道，这段燃气管道会暴露在外界环境中，在经过长时间紫外性照射后容易发生老化，在环境温度较低时燃气管道就会发生破裂造成泄露，现有技术中会在这段管道上增加多层结构来增加该段燃气管道的安全性，但现有技术也存在以下问题：采用多层结构，在安装使用时操作复杂，每层结构只拥有耐老化、耐低温、结构强度其中的一种性质，同时多层组合结构在复杂化境中使用时耐用性低，性能表现不佳。
发明内容
为了克服现有技术采用多层结构，在安装使用时操作复杂，每层结构功能单一，在复杂化境中使用时，耐用性低，性能表现不佳的问题，提供了一种耐低温耐老化防爆燃气管及其制备方法，通过在不锈钢管外侧设置一层耐低温耐老化结构强度高的保护层，显著提高燃气管道的防冻防老化防爆性能，本申请的制备方法工艺简单，易于工业化生产。
本发明的具体技术方案为：
一种耐低温耐老化防爆燃气管，包括不锈钢管和套设在不锈钢管外侧的保护层，所述保护层包括质量份数比10～30：0.2～0.5：0.3～0.7：3～5发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝。
本申请提供了一种耐低温耐老化防爆燃气管，通过在不锈钢管外侧设置一层保护层显著提高了燃气管的防冻防老化防爆性能，保护层材料包括发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝，通过添加耐老化剂起到增强保护层的抗紫外性能，减少紫外线对材料的腐蚀，降低材料的老化速率，通过添加增塑剂起到增加保护层的耐寒性，本申请使用的增塑剂为耐寒性增塑剂，可以增强保护层的韧性，同时耐寒性增塑剂与发泡体结合后形成的化学键不会因低温发生断裂，在低温环境下结构强度更高，耐老化性能增强，通过添加弹簧微丝，可以显著增强保护层的结构强度，本申请采用的弹簧微丝为微米级的金属弹簧，该金属弹簧具有一定的应力载荷，当保护层收到外界应力时，可作为缓冲体，缓冲外界应力，当保护层处于寒冷环境时，保护层材料本身会发生收缩，此时保护层内部的弹簧微丝可对材料产生的收缩力产生抵抗，支撑材料结构，防止保护层发生断裂，此外，弹簧微丝还可以在保护层内部起到加强筋的作用，当保护层内部受到从内到外的压力时，弹簧微丝可以增强保护层材料间的连接关系，当压力在弹簧微丝的应力载荷区间时，弹簧微丝自身可以缓冲收到的压力，保证保护层材料的结构安全，当压力超过弹簧微丝的应力载荷区间时，弹簧微丝还能作为连接体使材料结构连接在一起，减少材料的破碎程度，当发生爆破时，减少材料碎片对周围环境的破坏，增强安全性。
作为优选，所述发泡体选自聚氯乙烯、聚乙烯和聚氨酯中的任一一种或几种。
作为优选，所述弹簧微丝选自不锈钢、铝合金和铜合金的任一一种或几种。
作为优选，所述耐老化剂选自UV-531、UV-326、UV-741和JW-791中的任一一种或几种。
作为优选，所述增塑剂选自己二酸二辛脂、癸二酸二辛脂、对苯二甲酸二辛脂和环氧大豆油中的任一一种或几种。
作为优选，所述弹簧微丝的丝径为5～100μm，长度为300～500μm。
作为优选，所述弹簧微丝的制备步骤如下：
(1)粗拉丝：将不锈钢原丝进行粗拉丝制成不锈钢粗丝，不锈钢粗丝的丝径为5mm，拉丝后将不锈钢粗丝进行一次退火，退火温度为300～1050℃，退火速率为5m/s；
(2)中拉丝：将步骤(1)中的不锈钢粗丝进行二次拉丝制成不锈钢中丝，不锈钢中丝的丝径为1mm，拉丝后将不锈钢中丝进行二次退火，退火温度为300～1050℃，退火速率为5m/s；
(3)微拉丝：将步骤(2)中的不锈钢中丝进行三次拉丝制成不锈钢微丝，不锈钢微丝的丝径为0.15mm，拉丝后将不锈钢微丝进行三次退火，退火温度为300～1050℃，退火速率为5m/s；
(4)四次拉丝：将步骤(3)中的不锈钢微丝进行四次拉丝制成弹簧微丝，拉丝后将弹簧微丝进行四次退火，退火温度为300～1000℃，退火时间为10min。
一种耐低温耐老化防爆燃气管的制备方法，包括以下步骤：
a)制备弹簧微丝；
b)制备保护层：将发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝进行混炼，混炼转速为混炼均匀后挤出混合体并吹塑成管状，同时快速降温定型制成保护层；
c)热缩包覆：将保护层套设在不锈钢管外，加热使保护层收缩并与不锈钢管外壁贴合，制成耐低温耐老化防爆燃气管。
本申请还提供了一种耐低温耐老化防爆燃气管的制备方法，采用热缩包覆的加工方式，将保护层套设在不锈钢管上，加工时，将处于高弹态保护层快速冷却，使其进入玻璃态，此时保护层的形状被固定，当使用时，在通过加热时使保护层转变为玻璃态，此时的保护层就会体积缩小，完成热缩包覆；该工艺的组装简单易操作，易于工业化生产。
作为优选，所述步骤c)的加热温度为80～120℃。
与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：
(1)本申请采用了单层结构的保护层，结构简单且防冻防老化防爆性能高；
(2)本申请的制备方法简单易操作，易于工业化生产；
(3)本申请的弹簧微丝可作为缓冲体，缓冲外界应力，当保护层处于寒冷环境时，保护层材料本身会发生收缩，此时保护层内部的弹簧微丝可对材料产生的收缩力产生抵抗，支撑材料结构，防止保护层发生断裂；
(4)本申请的弹簧微丝还可以在保护层内部起到加强筋的作用，可以使材料结构连接在一起，减少材料的破碎程度，当发生爆破时，减少材料碎片对周围环境的破坏，增强安全性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
一种耐低温耐老化防爆燃气管，包括不锈钢管和套设在不锈钢管外侧的保护层，保护层包括质量份数比18：0.3：0.4：4发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝；发泡体为聚氯乙烯，弹簧微丝为不锈钢；耐老化剂选自UV-531；增塑剂为己二酸二辛脂；弹簧微丝的丝径为5～100μm，长度为300～500μm。
弹簧微丝的制备步骤如下：
(1)粗拉丝：使用拉丝机将不锈钢原丝进行粗拉丝制成不锈钢粗丝，不锈钢粗丝的丝径为5mm，拉丝后将不锈钢粗丝进行一次退火，退火温度为1000℃，退火速率为5m/s；
(2)中拉丝：将步骤(1)中的不锈钢粗丝进行二次拉丝制成不锈钢中丝，不锈钢中丝的丝径为1mm，拉丝后将不锈钢中丝进行二次退火，退火温度为1000℃，退火速率为5m/s；
(3)微拉丝：将步骤(2)中的不锈钢中丝进行三次拉丝制成不锈钢微丝，不锈钢微丝的丝径为0.15mm，拉丝后将不锈钢微丝进行三次退火，退火温度为1000℃，退火速率为5m/s；
(4)四次拉丝：将步骤(3)中的不锈钢微丝进行四次拉丝制成弹簧微丝，拉丝后将弹簧微丝进行四次退火，退火温度为975℃，退火时间为10min。
一种耐低温耐老化防爆燃气管的制备方法，包括以下步骤：
a)制备弹簧微丝；
b)制备保护层：将发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝进行混炼，混炼转速为500～700r/min，混炼时间为60～90min，混炼均匀后挤出混合体并吹塑成管状，同时快速降温定型制成保护层；
c)热缩包覆：将保护层套设在不锈钢管外，加热使保护层收缩并与不锈钢管外壁贴合，制成耐低温耐老化防爆燃气管，加热温度为80℃。
实施例2：
与实施例1相比，保护层包括质量份数比15：0.8：0.5：5发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝，发泡体为聚氯乙烯，弹簧微丝为不锈钢，老化剂为UV-531；增塑剂为癸二酸二辛脂；弹簧微丝的丝径为50μm，长度为400μm；其余条件均与实施例1相同。
实施例3：
与实施例1相比，保护层包括质量份数比25：0.4：0.6：6.5发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝，发泡体为聚乙烯，弹簧微丝为不锈钢，老化剂为UV-741；增塑剂为对苯二甲酸二辛脂；弹簧微丝的丝径为80μm，长度为350μm；其余条件均与实施例1相同。
实施例4：
与实施例1相比，保护层包括质量份数比22：0.9：0.3：5发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝，发泡体为聚乙烯，弹簧微丝为不锈钢，老化剂为UV-326；增塑剂为环氧大豆油；弹簧微丝的丝径为100μm，长度为300μm；其余条件均与实施例1相同。
实施例5：
与实施例1相比，保护层包括质量份数比17：0.6：0.45：7发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝，发泡体为聚氨酯，弹簧微丝为不锈钢，老化剂为JW-791；增塑剂为己二酸二辛脂；弹簧微丝的丝径为30μm，长度为500μm；其余条件均与实施例1相同。
实施例6：
与实施例1相比，保护层包括质量份数比22：0.9：0.3：5发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝，发泡体为聚氨酯，弹簧微丝为不锈钢，老化剂为UV-326；增塑剂为环氧大豆油；弹簧微丝的丝径为100μm，长度为300μm；其余条件均与实施例1相同。。
实施例7
与实施例1相比，弹簧微丝为铝合金；弹簧微丝的丝径为100μm，长度为400μm。
弹簧微丝的制备步骤如下：
(1)粗拉丝：使用拉丝机将铝合金原丝进行粗拉丝制成铝合金粗丝，铝合金粗丝的丝径为5mm，拉丝后将铝合金粗丝进行一次退火，退火温度为340℃，退火速率为5m/s；
(2)中拉丝：将步骤(1)中的铝合金粗丝进行二次拉丝制成不锈钢中丝，铝合金中丝的丝径为1mm，拉丝后将铝合金中丝进行二次退火，退火温度为340℃，退火速率为5m/s；
(3)微拉丝：将步骤(2)中的铝合金中丝进行三次拉丝制成铝合金微丝，铝合金微丝的丝径为0.15mm，拉丝后将铝合金微丝进行三次退火，退火温度为340℃，退火速率为5m/s；
(4)四次拉丝：将步骤(3)中的铝合金微丝进行四次拉丝制成弹簧微丝，拉丝后将弹簧微丝进行四次退火，退火温度为340℃，退火时间为10min；
其余条件均与实施例1相同。
实施例8
与实施例1相比，与实施例1相比，弹簧微丝为黄铜；弹簧微丝的丝径为50μm，长度为500μm。
弹簧微丝的制备步骤如下：
(1)粗拉丝：使用拉丝机将黄铜原丝进行粗拉丝制成黄铜粗丝，黄铜粗丝的丝径为5mm，拉丝后将不锈钢粗丝进行一次退火，退火温度为600℃，退火速率为5m/s；
(2)中拉丝：将步骤(1)中的黄铜粗丝进行二次拉丝制成黄铜中丝，黄铜中丝的丝径为1mm，拉丝后将黄铜中丝进行二次退火，退火温度为600℃，退火速率为5m/s；
(3)微拉丝：将步骤(2)中的黄铜中丝进行三次拉丝制成黄铜微丝，黄铜微丝的丝径为0.15mm，拉丝后将黄铜微丝进行三次退火，退火温度为600℃，退火速率为5m/s；
(4)四次拉丝：将步骤(3)中的不锈钢微丝进行四次拉丝制成弹簧微丝，拉丝后将弹簧微丝进行四次退火，退火温度为620℃，退火时间为10min；
其余条件均与实施例1相同。
对比例1
一种耐低温耐老化防爆燃气管道，包括不锈钢管以及套设在不锈钢管外的保护层，保护层包括防护层、耐低温层和耐老化层；防护层为不锈钢，耐低温层为耐低温聚氨酯发泡体，耐老化层为抗紫外聚乙烯发泡体。
将上述实施例和对比例制成的燃气管道的保护层进行试验，保护层厚度为5mm。
耐候性试验：置于特殊环境下测试其耐候性，环境温度为-40℃，紫外线灯(290nm～400nm)持续照射，记录燃气管道保护层的开裂时间。
压力极限试验：将保护两端封住，对保护层持续加压，检验保护层的压力极限。
性能检测：使用拉力试验机将上述实施例的进行性能检测，测试保护层的拉伸强度和断裂伸长率
表1检测结果
开裂时间(d) 压力极限(MPa) 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％)
实施例1 90 18.2 84.1 65.2
实施例2 85 16.8 83.8 64.1
实施例3 95 16.1 79.4 58.4
实施例4 87 14.9 76.3 57.9
实施例5 79 15.5 81.4 52.1
实施例6 80 17.8 81.8 59.8
实施例7 82 15.4 83.5 68.1
实施例8 84 16.4 82.6 82.1
对比例1 54 8.3 180 34.7
实施例与对比例相比，在持续紫外照射的寒冷环境下的开裂速度显著减小，同时实施例的压力极限、拉伸强度以及断裂伸长率都显著增加，释然结果表明本申请提供耐低温耐老化防爆燃气管的耐寒性、耐老化性以及结构强度高，且本申请的燃气管道工艺简单，易于生产且安装操作便捷。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐低温耐老化防爆燃气管，其特征是，包括不锈钢管和套设在不锈钢管外侧的保护层，所述保护层包括质量份数比为10~25：0.2~1.2：0.3~0.7：3~8发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝。
2.如权利要求1所述的一种耐低温耐老化防爆燃气管，其特征是，所述发泡体选自聚氯乙烯、聚乙烯和聚氨酯中的任一一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种耐低温耐老化防爆燃气管，其特征是，所述弹簧微丝选自不锈钢、铝合金和铜合金中的任一一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种耐低温耐老化防爆燃气管，其特征是，所述耐老化剂选自UV-531、UV-326、UV-741和JW-791中的任一一种或几种。
5.如权利要求1所述的一种耐低温耐老化防爆燃气管，其特征是，所述增塑剂选自己二酸二辛脂、癸二酸二辛脂、对苯二甲酸二辛脂和环氧大豆油中的任一一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种耐低温耐老化防爆燃气管，其特征是，所述弹簧微丝的丝径为5~100μm，长度为300~500μm。
7.如权利要求1所述一种耐低温耐老化防爆燃气管，其特征是，所述弹簧微丝的制备步骤如下：
（1）粗拉丝：将不锈钢原丝进行粗拉丝制成不锈钢粗丝，不锈钢粗丝的丝径为5mm，拉丝后将不锈钢粗丝进行一次退火，退火温度为300~1050℃，退火速率为5m/s；
（2）中拉丝：将步骤（1）中的不锈钢粗丝进行二次拉丝制成不锈钢中丝，不锈钢中丝的丝径为1mm，拉丝后将不锈钢中丝进行二次退火，退火温度为300~1050℃，退火速率为5m/s；
（3）微拉丝：将步骤（2）中的不锈钢中丝进行三次拉丝制成不锈钢微丝，不锈钢微丝的丝径为0.15mm，拉丝后将不锈钢微丝进行三次退火，退火温度为300~1050℃，退火速率为5m/s；
（4）四次拉丝：将步骤（3）中的不锈钢微丝进行四次拉丝制成弹簧微丝，拉丝后将弹簧微丝进行四次退火，退火温度为300~1000℃，退火时间为10min。
8.一种如权利要求1~7任一所述的耐低温耐老化防爆燃气管的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
a)制备弹簧微丝；
b)制备保护层：将发泡体、耐老化剂、增塑剂和弹簧微丝进行混炼，混炼均匀后挤出混合体并吹塑成管状，同时快速降温定型制成保护层；
c）热缩包覆：将保护层套设在不锈钢管外，加热使保护层收缩并与不锈钢管外壁贴合，制成耐低温耐老化防爆燃气管。
9.如权利要求8所述的一种耐低温耐老化防爆燃气管的制备方法，其特征是，所述步骤c）的加热温度为80~120℃。
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