阅读说明：本技术 一种柔性高压管线及其制作工艺 (Flexible high-pressure pipeline and manufacturing process thereof ) 是由 赵坤芳 曹琛 丁智远 吴明泉 刘春梅 孙显洁 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种柔性高压管线及其制作工艺,所述柔性高压管线包括内衬层、至少一层设于所述内衬层外表面上的增强层以及设于所述增强层外的保护层；所述内衬层、增强层和保护层之间紧密粘接。通过对内衬层改性,加入了mPE后,由于其丰富的支链结构而具优良的物理机械性能以及很好的成型加工性能,加入了EVOH后能够增强内衬层的耐腐蚀能力,缠绕层加强了其抗压能力,能够绕卷盘缠绕几百米甚至上千米,可以地面铺敷,更加便于施工。(The invention discloses a flexible high-pressure pipeline and a manufacturing process thereof, wherein the flexible high-pressure pipeline comprises an inner liner, at least one reinforcing layer arranged on the outer surface of the inner liner and a protective layer arranged outside the reinforcing layer; and the lining layer, the reinforcing layer and the protective layer are tightly bonded. Through modifying the lining layer, after having added the mPE, have good physical and mechanical properties and fine shaping processing performance owing to its abundant branched chain structure, can strengthen the corrosion resisting ability of inner liner layer after having added EVOH, its compressive capacity has been strengthened to the winding layer, can wind several hundred meters or even last kilometers around the reel, can ground laying apply, the construction of being convenient for more.)

一种柔性高压管线及其制作工艺

技术领域

本发明涉及能源运输技术领域，具体涉及一种柔性高压管线及其制作工艺。

背景技术

目前，油气输送管道较为常见的有钢管、玻璃钢管和柔性管线。钢管和玻璃钢管用于输送油气较为常见，然而钢管笨重，且连接处易漏气，铺设时极不方便，而且钢管的耐腐蚀性能较差；玻璃钢管在耐腐蚀性方面虽然有所改善，然而玻璃钢管的耐冲击性能差，多设计为长直管，应用场所受限。柔性管线在内、外两层塑料管道之间设置有能够环绕在内层管道外壁的含有玻璃纤维或钢丝的增强介质，使其具有柔性的同时又能达到一定的强度。然而油气管道输送的介质复杂，一般为油、气、水以及固相共存的多项介质，尤其是随着原油的深度开采，输送的油气中CO₂、H₂S等酸性气体含量高，在高压环境下，热塑性塑料与各种气体充分接触，经过长期接触后，气体组分在材料表面大量吸附后渗透进入热塑性塑料中，材料内部积聚的气体压力与管道运行压力趋于平衡，当管线突然降压时，热塑性塑料内气体体积瞬间膨胀造成“气泡”，造成油气管道内堵管，严重制约了油气输送的发展。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种柔性高压管线及其制作工艺，通过对柔性管线进行改性，解决了现有技术中柔性管线不耐腐蚀的问题，具有耐腐蚀、耐高压的的特点。

本发明的一个方面是提供了一种柔性高压管线，包括内衬层、至少一层设于所述内衬层外表面上的增强层以及设于所述增强层外的保护层；所述内衬层由高密度聚乙烯、mPE、EVOH、SEBS接枝马来酸酐和增容剂制作而成；所述内衬层、增强层和保护层之间紧密粘接。

在本发明的一些实施方案中，制作所述内衬层的原料包括以下重量份的原料：高密度聚乙烯70-90重量份、mPE 1-5重量份、EVOH 5-10重量份、SEBS接枝马来酸酐1-5重量份和增容剂5-10重量份。

在本发明的一些实施方案中，所述增容剂为马来酸酐接枝聚烯烃、NF528的共混物，且所述马来酸酐接枝聚烯烃、NF528的质量比为1:2。

在本发明的一些实施方案中，所述原料还包括3-7重量份碳纤维。

在本发明的一些实施方案中，所述增强层的原料为聚酯纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、碳纤维或金属丝中的一种或两种以上的组合，所述增强层的原料螺旋缠绕或编织而成。

在本发明的一些实施方案中，所述保护层为高密度聚乙烯树脂或超高分子量聚乙烯纤维树脂。所述高密度聚乙烯树脂在190℃、5kg时的熔体质量流动速率大于等于18g/10min。

本发明的另一个方面是提供了上述的柔性高压管线的制作工艺，包括如下步骤：

(1)将内衬层原料加入挤出机中，设置运行参数，挤出内衬层；并对内衬层进行定壁厚及定径；

(2)对内衬层进行冷却，然后利用牵引机牵引内衬层；

(3)将内衬层送入圆织机以在内衬层外表面编织增强层，或使用缠绕机在内衬层外表面沿一定方向缠绕制作增强层；

(4)通过高温熔融挤出设置在增强层外的保护层。

在本发明的一些实施方案中，所述增强层的材料为聚酯纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、碳纤维或金属丝中的一种或两种以上的组合；编织或缠绕前对编织材料合股加捻处理；缠绕机的缠绕行程为内衬层外径的2.12-2.35倍，缠绕张力为6.1-6.6kgf。

在本发明的一些实施方案中，内衬层为通过高温熔融挤出而成，挤出温度包括9个温度控制区，每个温度控制区的温度分别控制在：一区：170±3℃；二区：210±3℃；三区：230±3℃；四区：270±3℃；五区：290±3℃；六区：270±3℃；七区：270±3℃；八区：250±3℃；九区：220±3℃；其中，一区、二区、三区为喂料段；四区、五区、六区为熔融段；七区、八区、九区为混炼段。

在本发明的一些实施方案中，所述保护层为通过高温熔融挤出而成，挤出温度包括6个温度控制区，每个温度控制区的温度分别控制在：一区：160±2℃；二区：170±2℃；三区：190±2℃；四区：220±2℃；五区：200±2℃；六区：170±2℃。

本发明的有益效果体现在：

本发明的柔性管线包括内衬层、至少一层设于所述内衬层外表面上的增强层以及设于所述增强层外的保护层；内衬层、增强层和保护层之间紧密粘接。通过对内衬层改性，加入了mPE后，由于其丰富的支链结构而具优良的物理机械性能以及很好的成型加工性能，加入了EVOH后能够增强内衬层的耐腐蚀能力，缠绕层加强了其抗压能力，能够绕卷盘缠绕几百米甚至上千米，可以地面铺敷，更加便于施工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一个实施例的柔性高压管线的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

下面的实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规生化试剂商店购买得到。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。

本发明提供一种柔性高压管线，如图1所示，包括内衬层1、至少一层设于所述内衬层外表面上的增强层2以及设于所述增强层外的保护层3，且内衬层、增强层和保护层之间紧密粘接。

柔性管线的制作工艺包括如下步骤：

(1)将内衬层原料加入挤出机中，设置运行参数，挤出内衬层；并对内衬层进行定壁厚及定径；

(2)对内衬层进行冷却，然后利用牵引机牵引内衬层；

(3)将内衬层送入圆织机以在内衬层外表面编织增强层，或使用缠绕机在内衬层外表面沿一定方向缠绕制作增强层；

(4)通过高温熔融挤出设置在增强层外的保护层。

具体地，增强层的材料为聚酯纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、碳纤维或金属丝中的一种或两种以上的组合。所述增强层的厚度根据压力要求设计，根据增强层的厚度设定缠绕层数，相邻层间缠绕角度分别为+55°和-55°。

编织前对编织材料合股加捻处理，具体为5-8股。

缠绕机的缠绕行程为内衬层外径的2.12-2.35倍，缠绕张力为6.1-6.6kgf。缠绕前也需对材料合股加捻，具体为5-20股。

具体地，内衬层的原料主要为高密度聚乙烯、mPE、EVOH和增容剂。高密度聚乙烯在190℃、5kg时的熔体质量流动速率大于等于18g/10min，可以为P6006N，增容剂可以为马来酸酐接枝聚烯烃和NF528的质量比为1:2的共混物。mPE可以选用Eltex系列。

所述防护层中还可添加抗氧化剂、抗紫外线添加剂中的一种或多种，以对管道进行防护，防止管线因长期处于露天环境下老化。

本发明的柔性高压管线的管径为2-6英寸，设计压力可达8000psi，可耐低温-40℃，耐高温90℃。

实施例1

本实施例提供一种柔性高压管线，包括内衬层、至少一层设于所述内衬层外表面上的增强层以及设于所述增强层外的保护层；所述内衬层、增强层和保护层之间紧密粘接。制作内衬层的原料包括以下重量份的原料：高密度聚乙烯80重量份、mPE 3重量份、EVOH 10重量份、SEBS接枝马来酸酐3重量份和增容剂8重量份；增容剂为马来酸酐接枝聚烯烃和NF528的共混物，质量比为1:2。

柔性高压管线的制作工艺包括如下步骤：

(1)将内衬层原料加入挤出机中，设置运行参数，挤出内衬层；并对内衬层进行定壁厚及定径；

(2)对内衬层进行冷却，然后利用牵引机牵引内衬层；

(3)将内衬层送入圆织机以在内衬层外表面编织增强层；

(4)通过高温熔融挤出设置在增强层外的保护层。

具体地，增强层的材料为玻璃纤维，编织前对编织材料合股加捻处理，具体为5股。

具体地，缠绕机的缠绕行程为内衬层外径的2.3倍，缠绕张力为6.3kgf。

具体地，内衬层为通过高温熔融挤出而成，挤出温度包括9个温度控制区，每个温度控制区的温度分别控制在：一区：170±3℃；二区：210±3℃；三区：230±3℃；四区：270±3℃；五区：290±3℃；六区：270±3℃；七区：270±3℃；八区：250±3℃；九区：220±3℃；其中，一区、二区、三区为喂料段，主要作用是将原料颗粒压入挤出机的螺杆内；四区、五区、六区为熔融段，主要作用是将原料颗粒融化；七区、八区、九区为混炼段。

保护层为通过高温熔融挤出而成，挤出温度包括6个温度控制区，每个温度控制区的温度分别控制在：一区：160±2℃；二区：170±2℃；三区：190±2℃；四区：220±2℃；五区：200±2℃；六区：170±2℃。其中，一区、二区为喂料段，主要作用是将原料颗粒压入挤出机的螺杆内；三区、四区为熔融段，主要作用是将原料颗粒融化；五区、六区为混炼段。

具体地，牵引机的牵引力频率为55Hz，牵引速度为4.5-5.5米/分钟。

实施例2

本实施例提供一种柔性高压管线，包括内衬层、至少一层设于所述内衬层外表面上的增强层以及设于所述增强层外的保护层；所述内衬层、增强层和保护层之间紧密粘接。制作内衬层的原料包括以下重量份的原料：高密度聚乙烯85重量份、mPE 5重量份、EVOH 8重量份、SEBS接枝马来酸酐2重量份和增容剂5重量份；增容剂为马来酸酐接枝聚烯烃和NF528的共混物，质量比为1:2。

柔性高压管线的制作工艺包括如下步骤：

(1)将内衬层原料加入挤出机中，设置运行参数，挤出内衬层；并对内衬层进行定壁厚及定径；

(2)对内衬层进行冷却，然后利用牵引机牵引内衬层；

(3)使用缠绕机在内衬层外表面沿一定方向缠绕制作增强层；

(4)通过高温熔融挤出设置在增强层外的保护层。

具体地，增强层的材料为钢丝，缠绕前对材料进行合股加捻；优选为20股；缠绕机的缠绕行程为内衬层外径的2.3倍，缠绕张力为6.3kgf。

具体地，内衬层为通过高温熔融挤出而成，挤出温度包括9个温度控制区，每个温度控制区的温度分别控制在：一区：170±3℃；二区：220±3℃；三区：260±3℃；四区：290±3℃；五区：300±3℃；六区：290±3℃；七区：290±3℃；八区：270±3℃；九区：250±3℃；其中，一区、二区、三区为喂料段，主要作用是将原料颗粒压入挤出机的螺杆内；四区、五区、六区为熔融段，主要作用是将原料颗粒融化；七区、八区、九区为混炼段。

保护层的制作方法同实施例1。

具体地，牵引机的牵引力频率为55Hz，牵引速度为4.5-5.5米/分钟。

实施例3

本实施例提供一种柔性高压管线，包括内衬层、至少一层设于所述内衬层外表面上的增强层以及设于所述增强层外的保护层；所述内衬层、增强层和保护层之间紧密粘接。制作内衬层的原料包括以下重量份的原料：高密度聚乙烯90重量份、mPE 1重量份、EVOH 5重量份、SEBS接枝马来酸酐5重量份和增容剂10重量份；增容剂为马来酸酐接枝聚烯烃和NF528的共混物，质量比为1:2。

柔性高压管线的制作工艺包括如下步骤：

(1)将内衬层原料加入挤出机中，设置运行参数，挤出内衬层；并对内衬层进行定壁厚及定径；

(2)对内衬层进行冷却，然后利用牵引机牵引内衬层；

(3)将内衬层送入圆织机以在内衬层外表面编织增强层；

(4)通过高温熔融挤出设置在增强层外的保护层。

具体地，增强层的材料为玻璃纤维，编织前对编织材料合股加捻处理，具体为5股。

具体地，增强层的材料为碳纤维，编织前对材料进行合股加捻，优选为15股。

具体地，内衬层为通过高温熔融挤出而成，挤出温度包括9个温度控制区，每个温度控制区的温度分别控制在：一区：165±3℃；二区：220±3℃；三区：2350±3℃；四区：275±3℃；五区：300±3℃；六区：290±3℃；七区：270±3℃；八区：260±3℃；九区：220±3℃；其中，一区、二区、三区为喂料段，主要作用是将原料颗粒压入挤出机的螺杆内；四区、五区、六区为熔融段，主要作用是将原料颗粒融化；七区、八区、九区为混炼段。

保护层的制作方法同实施例1。

具体地，牵引机的牵引力频率为55Hz，牵引速度为4.5-5.5米/分钟。

实施例4

本实施例提供一种柔性高压管线，包括内衬层、至少一层设于所述内衬层外表面上的增强层以及设于所述增强层外的保护层；所述内衬层、增强层和保护层之间紧密粘接。制作内衬层的原料包括以下重量份的原料：高密度聚乙烯85重量份、mPE 4重量份、EVOH 10重量份、SEBS接枝马来酸酐4重量份、碳纤维4重量份和增容剂9重量份；增容剂为马来酸酐接枝聚烯烃和NF528的共混物，质量比为1:2。

柔性高压管线的制作工艺包括如下步骤：

(1)将内衬层原料加入挤出机中，设置运行参数，挤出内衬层；并对内衬层进行定壁厚及定径；

(2)对内衬层进行冷却，然后利用牵引机牵引内衬层；

(3)使用缠绕机在内衬层外表面沿一定方向缠绕制作增强层；

(4)通过高温熔融挤出设置在增强层外的保护层。

具体地，增强层的材料为钢丝和碳纤维的组合，缠绕前对材料进行合股加捻；优选为20股。

具体地，缠绕机的缠绕行程为内衬层外径的2.15倍，缠绕张力为6.35kgf。

具体地，内衬层为通过高温熔融挤出而成，挤出温度包括9个温度控制区，每个温度控制区的温度分别控制在：一区：175±3℃；二区：230±3℃；三区：290±3℃；四区：290±3℃；五区：300±3℃；六区：290±3℃；七区：270±3℃；八区：250±3℃；九区：220±3℃；其中，一区、二区、三区为喂料段，主要作用是将原料颗粒压入挤出机的螺杆内；四区、五区、六区为熔融段，主要作用是将原料颗粒融化；七区、八区、九区为混炼段。

保护层的制作方法同实施例1。

具体地，牵引机的牵引力频率为55Hz，牵引速度为4.5-5.5米/分钟。

本发明的柔性管线的原料中通过引入mPE和EVOH，可以缓解输送介质对柔性管线的腐蚀，通过采用耐腐蚀的内衬管和在内衬管外设置增强层可以承受高压，同时能够有效阻隔油气集输介质中H₂S和CO₂等气体的渗透，提升了内衬管的性能，能够满足GB 32167-2015《油气输送管道完整性管理规范》的要求。另外，本发明的柔性高压管线的柔韧性较好，能够绕卷盘缠绕几百米甚至上千米，更加便于施工，且寿命长达30-50年。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。