CN204004861U - 混合结构增强柔性管 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混合结构增强柔性管，其特征在于由内而外依次设有内衬层、纤维增强层、内保护层、骨架层、拉伸层和外保护层，其中内衬层、纤维增强层、内保护层粘结为一体，内保护层、骨架层、拉伸层和外保护层彼此互不粘结，且内保护层、骨架层、拉伸层和外保护层中相邻的结构层之间分别设有抗磨层，所述抗磨层采用尼龙纤维带以45度角缠绕，尼龙纤维带宽30-60mm，抗磨层厚度2-3mm，本实用新型与现有技术相比，管韧性极高，具有良好的耐冲击性，抗地面车载荷、土壤沉降、地震等能力强。此外，本实用新型提出的管材还具有重量轻，使用寿命长，施工便捷等，有效地节约工程材料成本。

Description

混合结构增强柔性管

技术领域

本实用新型涉及一种管材，具体地说是一种结构合理、使用寿命长、耐腐蚀性能高，承压能力较高、且具有重量轻、强度高、柔性好等优点的特别适用于海洋油气输送的混合结构增强柔性管。

背景技术

随着陆地和浅海的石油天然气资源开采殆尽,海洋油气勘探开发正高速向深海发展，与此同时对海洋石油管道需求大大增加。与传统的金属管道相比,柔性管道最突出的优点是可以承受较大的变形。不仅在边际油田开发中采用柔性管道存在一定的优势,如更易铺设和回收,可以降低综合成本，而且对于深海平台的立管如果采用柔性管可以避免大变形及涡激振动引起的疲劳破坏。同时，柔性管还有质量轻、有着极其高的抗内压、抗外压和拉伸能力强等优势。纤维材料的应用，使柔性管管材可以达到传统柔性管技术无法达到的深度。

现有的海洋柔性管主要结构包括：位于最内层的金属线圈结构的骨架层，高分子材料的含液层，螺旋自锁的异性钢带压力铠装层，两个反方向钢带螺旋钢带拉伸层和外保护层。

此种管道存在以下缺点：采用金属结构功能层具有很大的张力，且容易受到海水中的微生物以及油气中含有的硫化氢气体、二氧化碳气体等物质的侵蚀，使用寿命较短；金属结构的耐疲劳性能较差，容易疲劳失效。

其次，金属线圈结构的骨架层，在流体流动过程中产生涡激震动，这种结构摩擦系数大，降低了流体流速，容易结蜡结垢造成堵塞；再次，传统的金属制柔性管内需要添加保温材料，导致管材生产成本较高，生产工艺复杂。

发明内容

本实用新型针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种结构合理、使用寿命长、耐腐蚀性能高，且具有重量轻、强度高、柔性好等优点的混合结构增强柔性管。

本实用新型可以通过以下措施达到：

一种混合结构增强柔性管，其特征在于由内而外依次设有内衬层、纤维增强层、内保护层、骨架层、拉伸层和外保护层，其中内衬层、纤维增强层、内保护层粘结为一体，内保护层、骨架层、拉伸层和外保护层彼此互不粘结，且内保护层、骨架层、拉伸层和外保护层中相邻的结构层之间分别设有抗磨层，所述抗磨层采用尼龙纤维带以45度角缠绕，尼龙纤维带宽30-60mm，抗磨层厚度2-3mm。

本实用新型中内衬层为高分子聚合物管层，厚度为5至25 mm，用于输送流体，支撑外部径向荷载。

本实用新型所述的纤维增强层用于保证管材强度，设有至少30层增强单元层，增强单元层经高温粘结为一体，每个增强单元层由至少50层的纤维缠绕层组成，每层纤维缠绕层采用热塑性玻璃纤维带交叉缠绕而成，其纤维带宽度30-80mm，其中最内层的纤维缠绕层采用并列的至少3根纤维带以80°角度缠绕，保持此种缠绕方式与角度形成至少10层纤维层，随后的一层纤维层采用并列的至少6根以上偶数纤维带以40-45°缠绕角度，优选43°，保持此种缠绕方式和角度形成至少20层的纤维层，接着之后的一层纤维层采用并列的至少12根以上的偶数根纤维带以155°缠绕角度，保持此种缠绕方式和角度形成至少10层的纤维层。

本实用新型所述内保护层由高分子聚合物组成，厚度为3至10mm，用于保护内部结构，特别用于保护纤维增强层的完整性。

本实用新型所述骨架层，作用为抵抗骨架层以外的外部压力，支撑拉伸层的径向荷载，由热塑性/热固性树脂和纤维制成的纤维带交叉缠绕而成，缠绕角度为60-90°，缠绕带带宽可以为40mm。

本实用新型所述拉伸层采用聚乙烯和纤维制成的高强度纤维带缠绕制成；外保护层采用高分子聚合物管。

本实用新型中用于缠绕制成增强层的树脂和纤维可以采用热塑性玻璃纤维。

本实用新型中内衬层和保护层所用的高分子聚合物可以选择聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。

本实用新型与现有技术相比，管韧性极高，具有良好的耐冲击性，抗地面车载荷、土壤沉降、地震等能力强。此外，本实用新型提出的管材还具有重量轻，使用寿命长，施工便捷等，有效地节约工程材料成本。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图标记：内衬层1、纤维增强层2、内保护层3、骨架层4、拉伸层5、外保护层6、抗磨层7。

具体实施方式：

如附图1所示，本实用新型提出了一种混合结构增强柔性管，其特征在于由内而外依次设有内衬层1、纤维增强层2、内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6，其中内衬层1、纤维增强层2、内保护层3粘结为一体，内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6彼此互不粘结，且内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6中相邻的结构层之间分别设有抗磨层7，所述抗磨层7采用尼龙纤维带以45度角缠绕，尼龙纤维带宽30-60mm，抗磨层厚度2-3mm。

本实用新型中内衬层1为高分子聚合物管层，厚度为5至25 mm，用于输送流体，支撑外部径向荷载。

本实用新型所述的纤维增强层2用于保证管材强度，设有至少30层增强单元层，增强单元层经高温粘结为一体，每个增强单元层由至少50层的纤维缠绕层组成，每层纤维缠绕层采用热塑性玻璃纤维带交叉缠绕而成，其纤维带宽度30-80mm，其中最内层的纤维缠绕层采用并列的至少3根纤维带以80°角度缠绕，保持此种缠绕方式与角度形成至少10层纤维层，随后的一层纤维层采用并列的至少6根以上偶数纤维带以40-45°缠绕角度，优选43°，保持此种缠绕方式和角度形成至少20层的纤维层，接着之后的一层纤维层采用并列的至少12根以上的偶数根纤维带以155°缠绕角度，保持此种缠绕方式和角度形成至少10层的纤维层。

本实用新型所述内保护层3由高分子聚合物组成，厚度为3至10mm，用于保护内部结构，特别用于保护纤维增强层的完整性。

本实用新型所述骨架层4，作用为抵抗骨架层4以外的外部压力，支撑拉伸层的径向荷载，由热塑性/热固性树脂和纤维交叉缠绕而成，缠绕角度为60-90°，缠绕带带宽可以为40mm。

本实用新型所述拉伸层5采用聚乙烯和纤维制成的高强度纤维带缠绕制成；外保护层采用高分子聚合物管。

本实用新型中用于缠绕制成纤维增强层2的树脂和纤维可以采用热塑性玻璃纤维。

本实用新型中内衬层和保护层所用的高分子聚合物可以选择聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

实施例1：

一种混合结构增强柔性管，由内而外依次设有内衬层1、纤维增强层2、内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6，其中内衬层1、纤维增强层2、内保护层3粘结为一体，内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6彼此互不粘结，且内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6中相邻的结构层之间分别设有抗磨层7，所述抗磨层7采用尼龙纤维带以45度角缠绕，尼龙纤维带宽35-55mm，抗磨层厚度2.2-2.8mm；

所述内衬层1为高分子聚合物管层，厚度为6至24 mm，用于输送流体，支撑外部径向荷载；

所述纤维增强层2用于保证管材强度，设有至少30层增强单元层，两个以上的增强单元层经高温粘结为一体，每个增强单元层由60层的纤维缠绕层组成，每层纤维缠绕层采用热塑性玻璃纤维带交叉缠绕而成，其纤维带宽度30-80mm，其中最内层的纤维缠绕层采用并列的至少3根纤维带以80°角度缠绕，保持此种缠绕方式与角度形成20层纤维层，随后的一层纤维层采用并列的至少6根以上偶数纤维带以40-45°缠绕角度，优选43°，保持此种缠绕方式和角度形成30层的纤维层，接着之后的一层纤维层采用并列的至少12根以上的偶数根纤维带以155°缠绕角度，保持此种缠绕方式和角度形成至少10层的纤维层；

所述内保护层3由高分子聚合物组成，厚度为4.5至8.5mm，用于保护内部结构，特别用于保护纤维增强层的完整性。

所述骨架层4，作用为抵抗骨架层4以外的外部压力，支撑拉伸层的径向荷载，由热塑性/热固性树脂和纤维交叉缠绕而成，缠绕角度为62-88°，缠绕带带宽可以为40mm。

实施例2：

一种混合结构增强柔性管，由内而外依次设有内衬层1、纤维增强层2、内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6，其中内衬层1、纤维增强层2、内保护层3粘结为一体，内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6彼此互不粘结，且内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6中相邻的结构层之间分别设有抗磨层7，所述抗磨层7采用尼龙纤维带以45度角缠绕，尼龙纤维带宽40-50mm，抗磨层厚度2.4-2.6mm；

所述内衬层1为高分子聚合物管层，厚度为10-20 mm，用于输送流体，支撑外部径向荷载；

所述纤维增强层2用于保证管材强度，设有40层增强单元层，增强单元层经高温粘结为一体，每个增强单元层由50层的纤维缠绕层组成，每层纤维缠绕层采用热塑性玻璃纤维带交叉缠绕而成，其纤维带宽度45-70mm，其中最内层的纤维缠绕层采用并列的4根纤维带以80°角度缠绕，保持此种缠绕方式与角度形成10层纤维层，随后的一层纤维层采用并列的8根以上偶数纤维带以40-45°缠绕角度，优选42°，保持此种缠绕方式和角度形成20层的纤维层，接着之后的一层纤维层采用并列的至少12根以上的偶数根纤维带以155°缠绕角度，保持此种缠绕方式和角度形成10层的纤维层；

所述内保护层3由高分子聚合物组成，厚度为3至10mm，用于保护内部结构，特别用于保护纤维增强层的完整性。

所述骨架层4，作用为抵抗骨架层4以外的外部压力，支撑拉伸层的径向荷载，由热塑性/热固性树脂和纤维交叉缠绕而成，缠绕角度为60-90°，缠绕带带宽可以为40mm。

实施例3：

一种混合结构增强柔性管，由内而外依次设有内衬层1、纤维增强层2、内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6，其中内衬层1、纤维增强层2、内保护层3粘结为一体，内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6彼此互不粘结，且内保护层3、骨架层4、拉伸层5和外保护层6中相邻的结构层之间分别设有抗磨层7，所述抗磨层7采用尼龙纤维带以45度角缠绕，尼龙纤维带宽42-48mm，抗磨层厚度2.5mm；

所述内衬层1为高分子聚合物管层，厚度为12-18mm，用于输送流体，支撑外部径向荷载；

所述纤维增强层2用于保证管材强度，设有50层增强单元层，增强单元层经高温粘结为一体，每个增强单元层由70层的纤维缠绕层组成，每层纤维缠绕层采用热塑性玻璃纤维带交叉缠绕而成，其纤维带宽度50-60mm，其中最内层的纤维缠绕层采用并列的6根纤维带以80°角度缠绕，保持此种缠绕方式与角度形成20层纤维层，随后的一层纤维层采用并列的8根以上偶数纤维带以40-45°缠绕角度，优选44°，保持此种缠绕方式和角度形成30层的纤维层，接着之后的一层纤维层采用并列的14根纤维带以155°缠绕角度，保持此种缠绕方式和角度形成20层的纤维层；

所述内保护层3由高分子聚合物组成，厚度为3至10mm，用于保护内部结构，特别用于保护纤维增强层的完整性。

所述骨架层4，作用为抵抗骨架层4以外的外部压力，支撑拉伸层的径向荷载，由热塑性/热固性树脂和纤维交叉缠绕而成，缠绕角度为60-90°，缠绕带带宽可以为40mm。

本实用新型与现有技术相比，管韧性极高，具有良好的耐冲击性，抗地面车载荷、土壤沉降、地震等能力强。此外，本实用新型提出的管材还具有重量轻，使用寿命长，施工便捷等，有效地节约工程材料成本。

Claims (8)

1.一种混合结构增强柔性管，其特征在于由内而外依次设有内衬层、纤维增强层、内保护层、骨架层、拉伸层和外保护层，其中内衬层、纤维增强层、内保护层粘结为一体，内保护层、骨架层、拉伸层和外保护层彼此互不粘结，且内保护层、骨架层、拉伸层和外保护层中相邻的结构层之间分别设有抗磨层，所述抗磨层采用尼龙纤维带以45度角缠绕，尼龙纤维带宽30-60mm，抗磨层厚度2-3mm。

2.根据权利要求1所述的一种混合结构增强柔性管，其特征在于内衬层为高分子聚合物管层，厚度为5至25 mm。

3.根据权利要求1所述的一种混合结构增强柔性管，其特征在于所述纤维增强层用于保证管材强度，设有至少30层增强单元层，增强单元层经高温粘结为一体，每个增强单元层由至少50层的纤维缠绕层组成，每层纤维缠绕层采用热塑性玻璃纤维带交叉缠绕而成，其纤维带宽度30-80mm，其中最内层的纤维缠绕层采用并列的至少3根纤维带以80°角度缠绕，保持此种缠绕方式与角度形成至少10层纤维层，随后的一层纤维层采用并列的至少6根以上偶数纤维带以40-45°缠绕角度，优选43°，保持此种缠绕方式和角度形成至少20层的纤维层，接着之后的一层纤维层采用并列的至少12根以上的偶数根纤维带以155°缠绕角度，保持此种缠绕方式和角度形成至少10层的纤维层。

4.根据权利要求1所述的一种混合结构增强柔性管，其特征在于所述内保护层由高分子聚合物组成，厚度为3至10mm。

5.根据权利要求1所述的一种混合结构增强柔性管，其特征在于所述骨架层，由热塑性/热固性树脂和纤维交叉缠绕而成，缠绕角度为60-90°，缠绕带带宽为40mm。

6.根据权利要求1所述的一种混合结构增强柔性管，其特征在于所述拉伸层采用聚乙烯和纤维制成的高强度纤维带缠绕制成；外保护层采用高分子聚合物管。

7.根据权利要求1所述的一种混合结构增强柔性管，其特征在于用于缠绕制成增强层的树脂和纤维采用热塑性玻璃纤维。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种混合结构增强柔性管，其特征在于内衬层和保护层所用的高分子聚合物选择聚偏氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯。