一种预浸料型管道保温装置及其施工方法、施工设备
阅读说明：本技术 一种预浸料型管道保温装置及其施工方法、施工设备 (Prepreg type pipeline heat preservation device and construction method and construction equipment thereof ) 是由 张继承 董会娜 何凤霞 张珂 张东生 刘喜宗 陈帅 李帅帅 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种预浸料型管道保温装置及其施工方法、施工设备,包裹于管道本体的外部,其特征在于：包括由内至外依次设置的隔热机构和外防护机构,所述隔热机构通过片状隔热件或条状隔热件包裹于管道本体的外壁,所述外防护机构通过片状的预浸料或条状的预浸料包裹于热反射机构的外壁后固化成型。具体步骤包括沿管道主体的外壁铺设隔热机构、热反射机构及未固化的预浸料；然后未固化的预浸料通过常温固化或者通过施工设备的加热机构加热固化。本发明的结构完整性好,降低管网运行时的热损失,施工方法简单便捷。(The invention relates to a prepreg type pipeline heat preservation device, a construction method and construction equipment thereof, which are wrapped outside a pipeline body and are characterized in that: the heat insulation mechanism comprises a heat insulation mechanism and an outer protection mechanism, wherein the heat insulation mechanism and the outer protection mechanism are sequentially arranged from inside to outside, the heat insulation mechanism wraps the outer wall of the pipeline body through a sheet heat insulation piece or a strip heat insulation piece, and the outer protection mechanism is formed by curing and molding the outer wall of the heat reflection mechanism through a sheet prepreg or a strip prepreg. The method comprises the following steps of paving a heat insulation mechanism, a heat reflection mechanism and uncured prepreg along the outer wall of a pipeline main body; the uncured prepreg is then cured by ambient temperature curing or heat curing by the heating mechanism of the construction equipment. The invention has good structural integrity, reduces the heat loss of the pipe network during operation, and has simple and convenient construction method.)
技术领域
本发明属于保温技术领域，具体涉及一种预浸料型管道保温装置及其施工方法、施工设备。
背景技术
在石油、化工、冶金、电力等工业生产过程中，均存在高温介质管道输送，如高温高压蒸汽。热力输送过程中，由于保温效果不佳，导致沿程热损失较为严重，造成极大的能源浪费，更为严重的后果是由于沿程热损失太大，从而造成末端用汽点的温度压力达不到生产工艺要求，影响产品质量。
近年来，随着保温材料技术的发展，供热管网保温结构技术也得到了相应的发展。国内目前供热管线保温结构有毡、双层瓦块、单层微孔硅酸钙瓦+单层型材等形式，保温材料一般选用的是岩棉(矿渣、棉)及其制品、玻璃棉及其制品、硬质成型微孔硅酸钙绝热制品、硅酸铝棉及其制品等。其中，长距离输送管道通常采用内层微孔硅酸钙瓦，外层复合硅酸盐毡软质材料结合使用的保温结构，但两者不能形成一个有机整体，长期高温使用且受管线内蒸汽压力波动、水力冲击、人为踩踏等因素影响，存在保温材料变形、滑移、下沉的情况，从而导致保温管线上部热损失日益严重。另外，多层型材对接处存在缝隙，振动后缝隙增大，使保温效果大打折扣。此外，对于管壳这种保温结构形式，连接处一般采用涂料固定接缝，其保温材料虽不出现下沉现象，但保温材料接头开裂的情况比较普遍，从而导致热损失增大、保温效果会随使用时间的延长而日渐劣化。
发明内容
为解决上述问题，发明提供一种预浸料型管道保温装置及其施工方法、施工设备，管道保温装置结构完整性好，降低管网运行时的热损失，施工方法简单便捷。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种预浸料型管道保温装置，包裹于管道本体的外部，其特征在于：包括由内至外依次设置的隔热机构和外防护机构，所述外防护机构为预浸料，所述预浸料包裹在外防护机构的外部后固化成型。
进一步地，所述隔热机构与所述外防护机构中间还设置热反射机构，热反射机构为铜箔、铝箔或者热反射涂料中的一种，所述热反射涂料可以通过市购获得。
进一步的，所述隔热机构通过隔热件包裹于管道本体的外壁，所述隔热件为气凝胶毡或保温软管，所述隔热件还通过耐腐蚀层包裹，所述气凝胶毡可以为片状、条状或卷状的气凝胶毡，所述耐腐蚀层包括耐腐蚀布或者耐腐蚀涂料，所述耐腐蚀布为特氟龙布、四氟布、聚四氟乙烯布中的一种，所述耐腐蚀涂料可以通过市购获得。
进一步的，所述保温软管为填充有保温隔热填料的软管；所述保温隔热填料为气凝胶粉、二氧化钛颗粒、二氧化硅颗粒、氧化锌颗粒、空心玻璃微珠、白云母粉、刚玉粉、莫来石粉、空心酚醛树脂微球、空心碳微球中的一种或多种组合，所述软管为橡胶软管、硅胶软管中的一种。
进一步的，所述预浸料为通过强化纤维浸渍的基体材料，所述强化纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、生物纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维中的一种，所述基体材料为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂中的一种。
一种预浸料型管道保温装置的施工方法，其特征在于：具体步骤为：
1）沿管道主体的外壁铺设隔热机构，片状隔热件或条状隔热件均合围成筒壁连续的筒状；
2）在步骤1）所得的隔热机构的外部铺设未固化的预浸料；
3）将步骤2）的预浸料进行常温固化成型或通过施工设备进行加热固化成型。
进一步的，步骤4）中进行加热固化成型时，铺设未固化的预浸料时还将预浸料的一端固定于隔热机构表面，所述施工设备从预浸料的固定端开始并沿着管道本体对铺设好的预浸料加热固化。
进一步的，固化成型温度为25~160℃。
施工方法所用的施工设备，其特征在于：所述施工设备包括筒体和连接于筒体的伸缩机构、加热机构，所述筒体包括对称设置的第一筒体和第二筒体，所述第一筒体和所述第二筒体为对称设置的两个半圆筒状壳体，第一筒体和第二筒体的一侧侧壁相互铰接，另一侧侧壁通过螺栓固定；筒体带动加热机构在铺设好的预浸料外壁处旋转并沿管道本体的方向行进，加热机构在预浸料表面对预浸料进行加热固化，所述加热机构包括加热辊和分别连接于加热辊端面的两个连接柱，所述加热辊还连接电源和温度控制器，所述加热机构通过所述伸缩机构连接所述筒体；所述伸缩机构包括安装座和液压杆，所述液压杆通过所述安装座连接于筒体的内壁，液压杆的活动杆端预留供连接柱穿过的通孔。
进一步的，加热辊的端面连接便于进料的圆台，圆台的顶面通过所述连接柱连接所述液压杆，圆台的母线与轴的夹角为5~15°。
本发明的有益效果为：
1、本发明的一种预浸料型保温装置，外防护机构首先采用未固化的预浸料进行包裹，包裹完毕后再对预浸料进行固化成型，预浸料固化后产生一定强度，可以提升整体的管道保温装置的力学性能；隔热机构通过隔热件直接包覆或缠绕在管道本体的外壁处，保温效果良好；
2、预浸料的可设计性强，可以根据不同环境条件下，管道保温装置所需外防护机构的厚度及力学性能的要求进行叠层设计，得到的外防护机构能够适应不同环境需求；现场包覆后直接常温固化或者通过施工设备进行加热固化的施工方法还能够简化施工步骤，不需要额外的固定件即可得到贴合于隔热机构的外防护机构，不存在安装缝隙，同时节约施工时间。
附图说明
图1为管道保温装置的结构示意图；
图2为施工设备的结构示意图；
图3为第一筒体和第二筒体的配合图；
图4为第一筒体与加热机构、伸缩机构的配合图；
图5为加热机构的结构示意图；
图6为伸缩机构的结构示意图；
图7为填充保温隔热料的软管的结构示意图。
其中，图中各标号为：1、筒体；101、第一筒体；102、第二筒体；2、加热辊；3、连接柱；4、电源；5、温度控制器；6、转动把手；7、安装座；8、液压杆；9、通孔；10、圆台；11、隔热机构；12、热反射机构；13、外防护机构；14、保温隔热料；15、软管。
具体实施方式
为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。
实施例1
图1为管道保温装置的结构示意图，包裹在需要保温的管道本体的外部，具体包括，由内至外设置的隔热机构11、热反射机构12和外防护机构13，其中，隔热机构11和外防护机构13均采用片状材料直接包裹或者条状材料缠绕后包裹的形式进行设置。隔热机构11采用的片状隔热件为片状气凝胶毡，气凝胶毡在使用过程中还在其四周涂覆耐腐蚀涂料进行防护。外防护机构13为经过固化的预浸料层，预浸料为通过强化纤维浸渍的基体材料，其中强化纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、生物纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维中的一种，所用基体材料聚酯树脂，使用过程中，具体是先将未固化的预浸料以片状直接包覆或以条状缠绕包裹方式设置于热反射机构12的外部，固化成型后产生一定强度，能够提升整体的管道保温装置的力学性能。
施工方法的具体步骤包括：
1）沿管道主体的外壁铺设隔热机构11，片状隔热件或条状隔热件均合围成筒壁连续的筒状；其中，隔热机构11采用气凝胶毡材质时，还预先在气凝胶毡的四周涂覆用于防护的耐腐蚀涂料，待耐腐蚀涂料干结牢固后再进行包裹；
2）在步骤1）所得的隔热机构11的外部铺设热反射机构12；
3）在步骤2）所得的热反射机构12的外部铺设未固化的预浸料；
4）步骤3）中未固化的预浸料直接在热反射机构12的外部固化成型。
其中，预浸料的基体材料为添加引发剂和促进剂的不饱和聚酯材料，其中，引发剂采用过氧化苯甲酰，促进剂采用N,N-二甲基苯胺，强化纤维可以依据强度需求及其管道保温装置预算的不同，选择碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、生物纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维中的一种，该预浸料制备后在低温下储存（通常是4℃以下）。使用时，将预浸料从低温环境中取出快速缠绕于热反射机构12的外部（对应步骤3）），缠绕好的预浸料逐渐趋于常温并在常温下固化成型。
实施例2
管道保温装置由内至外设置的隔热机构11、热反射机构12和外防护机构13。隔热机构11可采用填充有保温隔热料14的软管15进行缠绕包裹，填充有保温隔热料14的软管15中的保温隔热料14包括气凝胶粉、二氧化钛颗粒、二氧化硅颗粒、氧化锌颗粒、空心玻璃微珠、白云母粉、刚玉粉、莫来石粉、空心酚醛树脂微球、空心碳微球中的一种或多种组合，软管15为橡胶软管、硅胶软管等软管中的一种，软管15的外壁可以包裹耐腐蚀步或者涂覆耐腐蚀涂料实现耐腐蚀防护。外防护机构13为经过加热固化的预浸料层，预浸料为玻璃纤维增强环氧树脂预浸料，具体是先将未固化的预浸料以片状直接包覆或以条状缠绕包裹方式设置于热反射机构12的外部，之后再通过施工设备进行加热固化，产生一定强度，能够提升整体的管道保温装置的力学性能。
施工方法的具体步骤包括：
1）沿管道主体的外壁缠绕作为隔热机构11的软管15合围成筒壁连续的筒状；
2）在步骤1）所得的隔热机构11的外部铺设热反射机构12；
3）在步骤2）所得的热反射机构12的外部包覆未固化的玻璃纤维增强环氧树脂预浸料，包覆未固化的预浸料时还将预浸料的其中一端固定于热反射层表面，且预浸料的铺设优选为连续的、无缝隙的；
4）施工设备的加热机构保持一定温度在铺设好的未固化的预浸料外壁处旋转并沿管道本体的方向行进，通过施工设备在步骤3）铺设好的预浸料表面移动加热，对预浸料进行加热固化，加热固化温度为130~140℃，得预浸料型管道保温装置。其中，加热固化时，施工设备从预浸料固定的一端开始并沿着管道本体对铺设好的预浸料加热固化。
图2、图3为施工设备的结构示意图；步骤4）中的施工设备包括筒体1和连接于筒体1的伸缩机构、加热机构，筒体1包括对称设置的第一筒体101和第二筒体102，第一筒体101和第二筒体102为对称设置的两个半圆筒状壳体，第一筒体101和第二筒体102的一侧侧壁相互铰接，另一侧侧壁通过螺栓固定；图5为加热机构的结构示意图，加热机构包括多个加热辊2和连接于加热辊2端面的连接柱3，加热辊2的一端端部连接便于预浸料进入施工设备的圆台10，圆台10的顶面通过所述连接柱3连接所述液压杆8，圆台10的母线与轴的夹角为5~15°，以圆台10面的侧面预留的斜面给刚进入施工设备的预浸料空间上的缓冲，便于未固化的预浸料的顺利进入，避免预浸料在施工设备处出现卡料等现象；加热辊2可以选用电加热辊2，电加热辊2还连接电源4、温度控制器5和转动把手6，也可选用精度更好的电磁加热辊2及其配套设施，电源4、温度控制器5等配套设施还固定在筒体1的外表面，使其能够随着筒体1的转动而转动，增加其机动性。加热机构通过伸缩机构连接筒体1。图6为伸缩机构的结构示意图，伸缩机构包括安装座6和液压杆8，液压杆8通过安装座6连接于筒体1的内壁，液压杆8的活动杆端预留供连接柱3穿过的通孔9。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
实施例3
管道保温装置整体包裹于管道本体的外部，隔热机构11、热反射机构12和外防护机构13均设为外壁连续的筒状。隔热机构11采用条状隔热件进行卷绕，条状隔热件为条状气凝胶毡可以为圆柱条或者矩形条，常用的为矩形条，条状的气凝胶毡在使用过程中也是在其四周涂覆耐腐蚀涂料进行防护。外防护机构13为固化后的碳纤维增强酚醛树脂预浸料。
一种预浸料高效保温管道的制备方法，步骤如下：
1）在条状气凝胶毡四周涂覆耐腐蚀涂料，然后将预处理后的气凝胶毡隔热层包裹在管道主体的外侧，得隔热机构11；
2）在步骤1）所得隔热机构11外侧包覆热反射机构12；
3）在步骤2）所得结构的端部沿管道本体的长度方向缠绕未固化的碳纤维增强酚醛树脂预浸料；
4）在步骤（3）结构的端部同时设置可移动的施工设备，施工设备同实施例2的施工设备。施工设备沿管道本体的长度方向，边铺设碳纤维增强酚醛树脂预浸料，边加热固化，固化完毕即得所需的预浸料高效保温管道。
控制施工设备内部设置的加热辊2温度为160℃，在加热辊2的碾压及高温作用下对未固化碳纤维增强酚醛树脂预浸料进行固化。通过施工设备在沿管道长度方向实现边铺设未固化预浸料边加热固化，设置加热辊，既能对预浸料起到整形拉伸作用，又能使其固化，使由预浸料制备的外防护机构更好的贴覆在管道保温结构的最外侧，得到外防护机构13结构平整，节约施工时间。
实施例4
管道保温装置包裹在需要保温的管道本体的外部，具体包括，由内至外设置的隔热机构11、外防护机构13，不包括热反射机构12和气凝胶毡外的耐腐蚀涂料。其与管道保温装置及施工方法同实施例1。
实施例5
管道保温装置包裹在需要保温的管道本体的外部，具体包括，由内至外设置的隔热机构11、热反射机构12、外防护机构13，不包括气凝胶毡外的耐腐蚀涂料。其与管道保温装置及施工方法同实施例1。
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