专利名称:钢管道绝热防腐层“一步法”成型工艺的制作方法
本发明属于钢管道绝热防腐复合层成型工艺。
地下管道最常用聚氨酯硬质泡沫塑料做绝热保温层，用聚乙烯塑料及添加剂(又称黄夹克)做防腐护层。这种复合结构被认为是最理想的绝热防腐体系。其成型工艺通常是采用黄夹克与钢管同心定位灌注泡沫成型法(见美国《Pipe and PipeLine International》1980、voL25、No4、P29)或者是采用先泡沫层成型后挤出包复黄夹克或缠绕聚乙烯带法(见美国《PipeLine Industry》1976、voL44、No3、P61～64英国专利GB1574991，1980年)，或者是预制泡沫瓦块扣在钢管上外包裹固定法(见苏联《CTpoиTeлbcTBo Tpy o poBoлoB》1981、No4、P29～30)。上述几种方法都是泡沫层和黄夹克分两次成型，可统称做“两步法”。其优点是产品绝热防腐性能好，缺点是工序较繁琐，手工作业较多，生产效率不高，材料耗费较多，成本较高，劳动条件较差，幷造成环境污染。日本专利《日公告昭48-35935》中有一种挤出机头，由两台挤出机向它同时分别提供混有发泡剂的聚乙烯熔融料和普通聚乙烯熔融料，钢管从该机头中通过后，卽可包复上发泡聚乙烯内层和聚乙烯外夹克套。这种一次挤出成型的方法虽然克服了上述“两步法”的一些缺点，但其最大缺点是发泡膨胀率只有3倍左右，产品绝热保温效果较差。英国专利《GB1542585、1979》和美国专利《4146562、1979》中有一种带有冷却定径套的挤出机头。钢管从机头中通过后，被挤出的混有发泡剂的聚乙烯熔融料由于外表被冷却定径不能发泡，形成一个致密光滑的外皮。内层则可向着管子方向发泡膨胀，形成一个泡沫绝热层。这种工艺方法的优点是工序更加简化，但最大缺点仍然是发泡膨胀率太低，产品绝热保温性能较差。由于上述日、英、美成型工艺方法在技术实质上都是一次挤出成型，用的都是混有发泡剂的聚乙烯原料，可统称做“一次挤出法”。
本发明的目的在于采用一种与上述不同的成型工艺方法，既具有“两步法”和“一次挤出法”的双重优点，而又克服了这两种方法难以克服的缺点。
本发明的技术实质既不同于“两步法”的泡沫层和黄夹克分两次成型，也不同于“一次挤出法”的只靠挤出而不喷灌泡沫料，它是一种既挤出黄夹克又喷灌泡沫料，使黄夹克和泡沫层同时同步一次成型的工艺方法，故称做“一步法”成型工艺，其工艺流程见附图8所示。图中，1为进管，2为上接头，3为送进机，4为除锈机，5为夹紧装置，6为中频加热装置，7为定位机构，8为复合机头，9为水冷却装置，10为自动纠偏系统，11为自动找接头装置，12为卸接头，13为出管，14为挤出机，15为泡沫喷灌机，16为滚道。
本发明的技术要点之一是工艺路线钢管通过一个特制的复合机头，被挤出的黄夹克就把钢管包在其中，由定压空气把软态黄夹克胀起紧贴在水冷定径套内壁上冷却硬化定径，幷被钢管牵引与钢管同步前进，在这同时，向钢管与黄夹克之间的环形空间喷灌聚氨酯泡沫原料，幷在其内发泡和固化成型，使钢管、泡沫层和黄夹克结合成一整体结构。
本发明的技术要点还在于具有一套完整的工艺参数匹配，对于直径60至273毫米的各种钢管，主要工艺参数是聚乙烯挤出量为每分钟2至2.5公斤，钢管送进速度为每分钟1至3米，泡沫料用量为每分钟1.2至2.3公斤，稳压套内空气压力为每平方厘米0.1至0.3公斤。
本发明的技术要点还在于一种特制的复合机头，它是塑料薄管成型技术、黄夹克包复技术、泡沫塑料喷灌技术的有机合成。有五种物质(聚乙烯、异氰酸酯、组合聚醚、水、气)同时输入该机头，幷通电加热。这五种物质的流量及加热温度、送管速度、发泡时间共八个参数均被控制。该复合机头主要由横向挤出机头、水冷定径套、稳压系统及泡沫料喷灌装置组成。附图1为该复合机头结构示意图。图中，1为泡沫料喷灌装置，2为稳压套，3为稳压排气装置(2和3合称稳压系统)，4为横向挤出机头，5为水冷定径套。横向挤出机头为套管置角式平口结构，有环状分置沟和节流缝，锥体压缩段的压缩比为3左右，平直段长度为30至60毫米。水冷定径套为半螺旋水冷式结构，长度为250至320毫米，内壁珩磨后镀铬处理。其结构示意图见图2所示。图中，1为螺旋挡水板，2为连接端盖，3为定径内壁，4为外壁。稳压系统主要由稳压套和稳压排气装置组成，稳压套为圆筒形结构，与横向挤出机头连接处有快速联接机构，用耐热密封橡胶密封，与钢管之间用大片硅橡胶密封。球形阀、进气气动调压阀、压力表等均装在稳压套上。泡沫料喷灌装置采用喷或灌的方式均可。本发明用的喷枪用φ10×2或φ12×2钢管制成，长900毫米。枪座上有A、B两种组份泡沫料进料口和进气口，料在枪内混合后喷入钢管与黄夹克管之间的环形空间。送入喷枪的压缩空气压力为每平方厘米3至5公斤。喷枪从稳压套端部插入。
本发明的技术要点还在于一种特制的三自由度自动纠偏系统，其作用是强制黄夹克与钢管保持同心，泡沫料就在这个同心度得到保证的环形空间内发泡和固化成型。附图3是该系统工作原理方框图，主要由测偏传感器、控制线路、机械执行机构三大部分构成一个负反馈自动跟踪系统。由测偏传感器把黄夹克对钢管的偏心量δ自动测量出来，幷转化成为电压信号U1，U1经控制线路处理之后变成信号U2，U2去控制执行机构反向推动黄夹克管，使其恢复到与钢管同心。上下和左右两对测偏传感器卽可反应两个自由度，由这两个自由度构成的复合运动可对管子圆周360°任何方向进行纠偏。图5为垂直(或水平)纠偏控制回路方框图。主要由调节放大器、触发器和可控硅整流组成。为了提高系统动态品质，采取了负反馈措施。为了操作方便，设计了手动功能。图6为发泡位置自动跟踪回路方框图，主要由光电传感器、逻辑开关、调节放大器、触发器和可控硅整流组成。光电传感器可利用发泡界面两侧透光与不透光的特点，产生相应逻辑信号，使执行机构沿管子轴向自动跟踪发泡位置，以利于在最理想的部位进行纠偏。图7为机械执行机构示意图。图中，1为纠偏定位从，2为定位滑动板，3为平滑动板，4为垂直升降板，5为机体，6为行走轮，7为气缸，8为水平纠偏电机，9为垂直纠偏电机。该机构的三个动作自由度中，垂直与水平两个自由度为导柱平移结构，螺旋传动，起纠偏作用。沿管子轴线的自由度为滚轮轨道结构，链轮传动，可跟踪发泡位置。三个动作自由度分别受三个控制回路控制，由三个直流电机驱动。
本发明与“两步法”对比，具有工序简化，机械化、自动化程度高，工效高，材料利用率高，产品成本低，劳动条件好，厂房无环境污染等优点。与“一次挤出法”对比，具有泡沫膨胀率高(可达20多倍)，产品绝热防腐性能好等优点。本发明的自动纠偏系统，在绝热防腐层厚度为30至35毫米时，可使偏心量在±3毫米之内的达80%以上。
权利要求
1.一种钢管道绝热防腐层“一步法”成型工艺，其技术特征是采用一种特制的复合机头，并选用一套合理的工艺参数，把聚乙烯挤出技术与聚氨酯泡沫喷灌发泡技术有效地结合在一起，当钢管通过该复合机头后，被挤出的聚乙烯黄夹克就把钢管包在其中，由定压空气把熔融状态黄夹克胀起紧贴在水冷定径套内壁上冷却硬化定径，黄夹克被钢管牵引同步前进，在这同时，向钢管与黄夹克之间的环形空间喷灌聚氨酯泡沫原料，在其发泡而未固化的关键部位由自动纠偏系统强制黄夹克与钢管保持同心，固化成型为一整体结构。
2.根据权利要求
1所述的成型工艺，其特征在于所说的工艺参数主要包括聚乙烯每分钟挤出量为2至2.5公斤，泡沫料每分钟用量为1.2至2.3公斤，钢管送进速度为每分钟1至3米，稳压套内空气压力为0.1至0.3公斤，这些工艺参数主要根据挤出机的挤出量和钢管下径合理选配。
3.根据权利要求
1所述的成型工艺，其特征在于所说的复合机头主要包括横向挤出机头、水冷定径套、稳压系统和泡沫喷灌装置，本机头是塑料薄管成型技术、黄夹克包复技术、泡沫塑料喷灌技术的有机合成，同时向本机头输入五种物质(聚乙烯、异氰酸酯、组合聚醚、水、气)，幷通电加热，这五种物质流量、加热温度、管子送进速度及泡沫料发泡时间共八个参数均被控制。
4.根据权利要求
1所述的成型工艺，其特征在于所说的三自由度自动纠偏系统，主要包括测偏传感器和发泡位置光电传感器、纠偏控制和发泡位置自动跟踪线路、机械执行机构，构成一种负反馈同心度自动跟踪系统，可对管子圆周360°任何方向自动纠偏，又可沿管子轴向自动跟踪发泡位置。
专利摘要
钢管道绝热防腐层“一步法”成型工艺，属于管道绝热防腐层复合结构成型技术领域：
。它是一种既有挤出成型技术又有喷灌发泡技术、聚乙烯护层与聚氨酯硬质泡沫层同时同步一次成型的工艺方法。采用一种特制的复合机头和一种特制的三自由度自动纠偏系统，并有一套合理的工艺参数匹配。可用于直径60至273毫米各种钢管的绝热防腐。优点是工序简化，机械化和自动化程度高，工效高，节省原材料，偏心小，绝热防腐性能好，环境污染小。
文档编号F16L59/02GK85102477SQ85102477
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者于家顺, 吴序木, 黄福鑫, 张景远, 温宗禹, 陈文锋, 金家红, 张玉兰, 张俊科 申请人:胜利油田油田建设第一指挥部油田建设机具研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan