CN115071188A - 一种深层地热保温复合管道及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深层地热保温复合管道及其制备方法，本发明复合管道包括四层复合结构，由内至外依次为内层基管、平面高导热层、PE发泡层和外层管，内层基管为挤出成型的PE或PERT，平面高导热层是由高导热层材料在内层基管外表面缠绕而成，其面内导热率在400W/mK以上、垂直方向导热率在15~40W/mK；其中，内层基管与平面高导热层之间以及平面高导热层与PE发泡层之间均涂覆一层热熔胶，所述外层管为PE保护层。本发明提供的深层地热热水输送管材，可实现既不影响管材耐压性能的前提下，又能降低管道整体的导热系数，起到保温效果，通过增强管道中间层材料顺着管道轴向的导热系数，减少管道在接近地面环境温度较低区域输送热水时的热量散失，起到隔热保温的效果。
Description
技术领域
本发明属于深层地热管道领域，具体涉及一种深层地热保温复合管道及其制备方法。
背景技术
对于深层地热的利用需要在2500多米的井下抽取热水，并通过热交换把深层地下的热能输送到地面使用，实际使用方案中发泡保温管道为主要管道产品，并且它们的衍生产品还包括发泡复合管道，芯层发泡管道等，不过一般发泡管中发泡层的耐压性较低，尤其是在在2500米的高温高压的水介质环境下，管道和发泡层中的泡孔会受到很大的压力，使得泡孔发生挤压变形，甚至泡孔发生破裂而进水，大大的降低保温性能，同时在深层水介质环境中需要一定程度热交换才能更好的将热能输送到地面，发泡管道的热导率降低反而不利于深层区域的热交换。为提高发泡管道的强度有部分专利CN1105743C提到在发泡体系中加入碳酸钙，滑石粉等刚性离子，提高其刚性，但在25MPa的高压下，泡孔也很容易被挤压，还是难以用于深层地热领域实现较好的效果。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种深层地热保温复合管道及其制备方法。
所述的一种深层地热保温复合管道，其特征在于包括四层复合结构，由内至外依次为内层基管、平面高导热层、PE发泡层和外层管，内层基管为挤出成型的PE或PERT，所述平面高导热层是由高导热层材料在内层基管外表面缠绕而成，高导热层材料的面内导热率在400W/mK以上、垂直方向导热率在15～40W/mK，具有非常好的各项异性，能起到使更多的热量发生轴向传导；其中，内层基管与平面高导热层之间以及平面高导热层与PE发泡层之间均涂覆一层热熔胶，所述外层管为PE保护层。
所述的一种深层地热保温复合管道，其特征在于所述内层基管的壁厚为2～4mm，PE发泡层的壁厚为2～4mm，外层管的壁厚为1.5～3mm。
所述的一种深层地热保温复合管道，其特征在于所述热熔胶为PE-g-MAH，热熔胶的涂覆厚度为0.5～1mm。
所述的一种深层地热保温复合管道，其特征在于所述高导热层材料为天然石墨膜、人工石墨膜、石墨烯膜、石墨复合膜或者它们的多层复合膜，宽度为20mm～50mm。
所述的一种深层地热保温复合管道，其特征在于所述PE发泡层的配方包括以下重量份的原材料：HDPE、PERT I型或II型100份、发泡剂1.5～3份；发泡剂选自偶氮二甲酰胺、戊次甲基四胺、柠檬酸、碳酸氢钠中的任意一种。
所述的一种深层地热保温复合管道的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)内层基管挤出：将PE或PERT内层管原料利用单螺杆挤出机熔融挤出，机筒区温度为180～200℃，模头区温度为190～200℃，然后经过真空定径，冷却；
2)中间高导热层缠绕：在内层基管外表面挤出一层热熔胶，热熔胶挤出温度为135～150℃，随后缠绕一层高导热层材料，高导热层材料的沿内层基管的纵向缠绕角度为5°～45°，缠绕张力为5～15N，最后在高导热层材料外表面挤出包覆一层热熔胶；
3)PE发泡层包覆：将PE发泡层的配方原材料混合均匀后，通过包覆机挤出包覆在高导热层材料的外侧，挤出温度为180-190℃；
4)外层管挤出包覆：挤出PE外保护层，挤出温度设定为180～190℃；
5)包覆结束后的管材定型，切割，下线。
本发明取得的有益效果是：本发明提供的一种深层地热热水输送管材，其可实现既不影响管材耐压性能的前提下，又能降低管道整体的导热系数，起到保温效果，通过增强管道中间层材料顺着管道轴向的导热系数，减少管道在接近地面环境温度较低区域输送热水时的热量散失，起到一定程度的隔热保温的效果。
附图说明
图1为本发明深层地热保温复合管道制备的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本申请实施例中的石墨烯膜，购自于常州第六元素材料科技股份有限公司。
实施例1：
一种深层地热保温复合管道的制备方法，包括以下步骤(工艺流程见图1)：
1)内层挤出：利用单螺杆挤出机挤出PE管材，机筒区温度为190℃，模头区温度为195℃，经过真空定径，真空度为0.1MPa，冷却。
2)中间高导热层缠绕：在内层PE管材表面挤出一层热熔胶，热熔胶挤出机温度为140℃，然后再缠绕一层石墨烯膜，厚度为1mm、宽度为20mm，面内热导率为420W/mK，垂直方向的热导率为16W/mK。石墨烯膜的沿内层PE管材的纵向缠绕角度为30°，缠绕张力为10N。最后在石墨烯膜外层包覆一层热熔胶，热熔胶均为PE-g-MAH。
3)发泡层包覆：PE发泡层的配方包括以下重量份的原材料：PERT I型100份、发泡剂2份，发泡剂选自偶氮二甲酰胺。将PE发泡层配方的原材料混合后，通过包覆机挤出包覆在中间高导热层的外侧，包覆机的挤出温度为190℃；
4)外层挤出包覆：最后挤出包覆一层PE外保护层，挤出温度温度为185℃，挤出包覆后定型冷却，切割，下线。
实施例2：
一种深层地热保温复合管道的制备方法，包括以下步骤(工艺流程见图1)：
1)内层挤出：利用单螺杆挤出机挤出PE管材，机筒区温度为185℃，模头区温度为190℃，经过真空定径，真空度为0.1MPa，冷却。
2)中间高导热层缠绕：在内层PE管材表面挤出一层热熔胶，热熔胶挤出机温度为140℃，然后再缠绕一层石墨烯膜，厚度为1mm、宽度为30mm，面内热导率为420W/mK，垂直方向的热导率为16W/mK。石墨烯膜的沿内层PE管材的纵向缠绕角度为10°，缠绕张力为12N。最后在石墨烯膜外层包覆一层热熔胶，热熔胶均为PE-g-MAH。
3)发泡层包覆：PE发泡层的配方包括以下重量份的原材料：PERT I型100份、发泡剂2份，发泡剂选自偶氮二甲酰胺。将PE发泡层配方的原材料混合后，通过包覆机挤出包覆在中间高导热层的外侧，包覆机的挤出温度为190℃；
4)外层挤出包覆：最后挤出包覆一层PE外保护层，挤出温度温度为185℃，挤出包覆后定型冷却，切割，下线。
对照例1：
一种深层地热保温复合管道的制备方法，重复实施例1的步骤，不同之处在于“步骤1)挤出的内管厚度以及步骤4)挤出的外管厚度不同，且不进行步骤3)发泡层包覆”的操作步骤，最终制得复合管道。
对照例2：
一种深层地热保温复合管道的制备方法，重复实施例1的步骤，不同之处在于“步骤1)挤出的内管厚度以及步骤4)挤出的外管厚度不同，且不进行步骤2)中间高导热层缠绕”的操作步骤，最终制得复合管道。
应用实施例1：
实施例1～2和对照例1～2制备的复合管道，分别测试其耐热保温性能和耐外压性能。
测试耐热保温性能的方法为：将工厂内多个水箱拼接起来形成一个大的长水箱，大的长水箱中持续通入45℃的温水，同时对大水箱按照与进水相同的流量向外排水，使得大水箱内维持水温45℃的水浴环境。将复合管道截成20m长度，然后将复合管道放置于大水箱的水温45℃水浴环境中，复合管道的进口和出口从水浴环境中稍稍伸出。然后向复合管道的进口持续通入90℃的热水，热水在复合管道中满管流动，热水在复合管道中的停留时间约为40s，复合管道的出口排出温水，复合管道的出口排水持续稳定10min后，测试复合管道的出口温度。
测试复合管道的耐外压性能检测标准为ASTMD2924。
实施例1～2和对照例1～2制备的复合管道的规格，以及按照上述方法测试的性能测试结果汇总于表1中。
表1
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。
Claims (6)
1.一种深层地热保温复合管道，其特征在于包括四层复合结构，由内至外依次为内层基管、平面高导热层、PE发泡层和外层管，内层基管为挤出成型的PE或PERT，所述平面高导热层是由高导热层材料在内层基管外表面缠绕而成，高导热层材料的面内导热率在400W/mK以上、垂直方向导热率在15~40W/mK；其中，内层基管与平面高导热层之间以及平面高导热层与PE发泡层之间均涂覆一层热熔胶，所述外层管为PE保护层。
2.如权利要求1所述的一种深层地热保温复合管道，其特征在于所述内层基管的壁厚为2~4mm，PE发泡层的壁厚为2~4mm，外层管的壁厚为1.5~3mm。
3.如权利要求1所述的一种深层地热保温复合管道，其特征在于所述热熔胶为PE-g-MAH，热熔胶的涂覆厚度为0.5~1mm。
4.如权利要求1所述的一种深层地热保温复合管道，其特征在于所述高导热层材料为天然石墨膜、人工石墨膜、石墨烯膜、石墨复合膜或者它们的多层复合膜，宽度为20mm~50mm。
5.如权利要求1所述的一种深层地热保温复合管道，其特征在于所述PE发泡层的配方包括以下重量份的原材料：HDPE、PERT I型或II型100份、发泡剂1.5~3份；发泡剂选自偶氮二甲酰胺、戊次甲基四胺、柠檬酸、碳酸氢钠中的任意一种。
6.如权利要求1所述的一种深层地热保温复合管道的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）内层基管挤出：将PE或PERT内层管原料利用单螺杆挤出机熔融挤出，机筒区温度为180~200℃，模头区温度为190~200℃，然后经过真空定径，冷却；
2）中间高导热层缠绕：在内层基管外表面挤出一层热熔胶，热熔胶挤出温度为135~150℃，随后缠绕一层高导热层材料，高导热层材料的沿内层基管的纵向缠绕角度为5°~45°，缠绕张力为5~15N，最后在高导热层材料外表面挤出包覆一层热熔胶；
3）PE发泡层包覆：将PE发泡层的配方原材料混合均匀后，通过包覆机挤出包覆在高导热层材料的外侧，挤出温度为180-190℃；
4）外层管挤出包覆：挤出PE外保护层，挤出温度设定为180~190℃；
5）包覆结束后的管材定型，切割，下线。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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