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成果推介
高压玻璃纤维管线管
张彦成张耀峰魏军刘宏峰卞海斌
新疊中石油管业工程有限公司
摘要:高压玻璃纤维管线管最早源于美国,20世纪90年代国内引进该产品并开始在各大油田推广使用,但是由于技
术壁垒等原因,国内一直未能掌握该产品的关键生产技术。近几年通过自主研发,新疆中石油管业工程有限公司开发出高
压玻璃纤维管线管,打破了只有国外技术生产该产品的现状。文章介绍了产品的工艺流程、结构特点、管道连接、结构设
计、固化エ艺等特点及其主要技术参数,在研制过程中解决了管道内固化、一机四轴缠绕、产品连接等工艺技术问题,使
产品的耐腐蚀性、耐温性、耐压性满足了现场使用要求,油田应用效果良好。
关键词:高压玻璃纤维管线管工艺应用
DOl:10.3969/jisn.1002-302x.2012.06.018
高压玻璃纤维管线管主要用来替代传统金属管道
用缠绕工艺而成,缠绕的同时于芯轴内通水蒸气加热
应用于高中低压流体输送、污水回注、清水输送、二固化,固化后再在管道一端制作用于连接的外螺纹后
次(三次)采油注入、化学处理及污水处理、原油输
成型,其生产工艺流程如图1所示。
送等腐蚀性流体的输送,产品符合国家“以塑代钢”、
节能减排的政策。新疆中石油管业工程有限公司在国
模具准备
外生产技术的基础上,进行了创新和发展,研制出高
穿纱
缠绕
固化
切割、磨锥
压玻璃纤维管线管,相比国外生产技术,主要具有以
下3个特点:一是研制了一种用于玻璃钢管道螺纹制
配胶
管箍加工
外螺纹制作
作的胶泥及其制备方法,解决了高压玻璃纤维管线管
螺纹质量不稳定、连接强度低、耐温性不高等问题,提
成
水压实验
高了管道应用的可靠性,并申请一项国家发明专利
图1高压玻璃纤维管线管生产工艺流程
(2011100089.8);二是优化了蒸汽内固化系统,实现
1.2结构特点
了蒸汽内固化系统的工业化应用;三是改进了缠绕设
高压玻璃纤维管线管在结构上没有严格的内衬层
备,使用一机四轴缠绕设备使管道生产工效提高了4
与加强层的区分,因此管道在铺层设计和固化方式等
倍以上,解决了同类产品存在的生产效率低的问题,
方面与普通的玻璃钢管道有很大区别。普通玻璃钢管
使产品的整体生产技术达到了国内先进水平。
道大多在内部制作一层富树脂层或其他材质的内衬层
以防止渗漏,而高压玻璃纤维管线管无内衬层,只是
1工艺特点
通过缠绕与铺层设计和优化固化工艺达到高力学性
工艺流程
能、高承压能力的要求。
高压玻璃纤维管线管以环氧树脂为基体,以高强
1.3管道连接
玻璃纤维为增强材料,在带有内螺纹的钢制芯轴外采
管子的连接技术一直是管道应用中最为关键的技
本中国石油天然气集团公司2011年自主创新重要产品。
第一作者简介:张彦成,1965年生,高级工程师,现任新疆中石油管业工程有限公司董事长,主要从事玻璃钢、PE等非金属制
品的研究。E-mai:liuh2100163.com
66石油科技论坛?2012年第6期
张彦成等:高压跛璃纤维管线管
术之一。高压玻璃纤维管线管可采用玻璃钢阴阳螺纹
含义就是可以边缠绕边固化,管道缠绕完毕的同时固化
连接或管箍连接,螺纹执行美国石油学会API5B《套
也基本完成,这与传统的玻璃钢管道先缠绕,再将管道
管、油管和管线管螺纹的加工、测量和检验规范》,可
置于固化装置上固化有很大区别,生产效率大大提高。
直接与钢管进行连接。
1.4结构设计
2产品特点
高压玻璃纤维管线管在服役过程中长期承受拉
与传统的钢管相比,高压玻璃纤维管线管具有以
伸、压缩、弯曲、内压、外压和热循环的复合应力的
下特点。
作用,对管材的力学性能、耐压性能、密封性能要求2.1耐腐蚀性好
较高,这就需要有合理的缠绕工艺和铺层设计(玻璃
玻璃钢主要由玻璃纤维和基体树脂两部分组成。
纤维在芯轴上缠绕角度、绕规律等),以便充分发挥基体树脂除了起黏接玻璃纤维、传递載荷等作用外,
玻璃纤维的増强能力,提高管道各项力学性能指标。
还起到防腐的作用,高压玻璃纤维管线管基体树脂主
般地埋玻璃钢管道环向强度高,而轴向强度栢对较
要采用的是环氧树脂,这种树脂化学键排布紧密、结
弱,高压玻璃纤维管线管在铺层设计上采用单切点、构对称性好、交联度和分子量较高,表现出良好的防
多切点相结合的缠绕工艺,该工艺同时考虑了管道的
腐性能,可以使产品的设计使用寿命达到20年,从而
环向强度和轴向强度。通过对管道各部位的受力进行
减少油田用管道的综合成本。
分析,在铺层设计中考虑在管道两端缠绕加强层,提
2.2水力特性好
高管道连接部位的强度,确保管道服役中的安全。
玻璃钢管内壁光滑,流体阻力小,并且管道内壁
1.5固化工艺
在长期运行后不易结垢,仍能保持一定的光洁度,可
传统的玻璃钢管道是采用外固化技术即“先缠绕免维护;而钢管在运行过程中,内表面经常发生局部
后固化”的方式进行生产的,管道缠绕完成后,在管
腐蚀,会变得越来越粗糙,易结垢,造成二次污染,其
道外施加热量,完成产品的固化,这种管道容易产能
输送能力会随运行时间的延长而逐渐下降,具体对比
内应力,降低了管道实际使用强度;另外一种是内固
参数见表1。
化技术,即“边缠绕边固化”,在缠绕过程中,在芯轴
表1具体参数对比
内提供热量,完成管道的固化。相比较而言,内固化
项目
玻璃钢管新钢管」腐蚀后钢管
技术对缠绕设备的要求更高,控制系统复杂。但内固
哈森…威廉姆斯系数
50
120
65
化技术在缠绕的同时进行固化,提高生产效率,还可
绝对粗糙度(mm)
0.0084
0.05
有效减少内应力,提高管道的使用强度。内固化与传2.3轻质高强
统的外加热固化相比有如下两个优点:
高压玻璃纤维管线管密度为2.0g/cm3,只有碳钢
一是提高了产品品质。玻璃钢固化是一个放热的
的1/6~1/4,可是拉伸强度却很接近,甚至超过碳钢,
过程,管道从内而外固化,固化反应热可以及时排出,
而其强度可以与高级合金钢相比。因此,玻璃钢管在
使得固化工艺易于控制。在由内向外的固化过程中,运输、安装过程中较为简便,两人即可搬运,可大大
树脂被挤出,其中的孔隙也随树脂而挤出,因而可获
缩短管道安装进程,加快施工进度
得较高的纤维含量,对提高产品的致密性也是有益
的。外固化方式则是先固化外层,然后再固化内层,热3主要技术参数
量由外向内传递,散失不掉的热量造成热量集中,使
产品执行SYT6267~-2006《高玻璃纤维管线管规
管道内应力加大,甚至造成树脂开裂,降低了产品品
范》,2010年6月国家石油管材质量监督检验中心(即
质,缠绕过程中的气泡、空隙等也不能及时排出,产
中国石油集团石油管工程技术研究院〕根据美国石油学
品性能降低。
会的 API SPEC15HR-2001标准(国内对应标准SYT6267
二是提高了生产效率。内固化实现了在线固化,其<