一种抗拉rtp管及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种抗拉RTP管及其制造方法，该管包括内管和缠绕在内管上的增强层，增强层外包裹保护层，增强层由两条以预定缠绕角从相反旋向缠绕在内管外壁上的缠绕带构成，在增强层与保护层之间设有抗拉层，抗拉层由一组周向均布的预张紧轴向的纤维绳组成。将原料放进内管挤出机挤出并冷却定型形成内管，在内管外壁上按照预定缠绕角从相反旋向缠绕两条高强度缠绕带形成增强层，将一组纤维绳预张紧后沿管道轴线方向均匀排布在增强层的外表构成抗拉层，将原料放入外管挤出机内并挤出包覆在抗拉层外构成保护层，通过圈收实现在线连续生产。本发明具有抗拉性能高、柔性高、耐高压、耐腐蚀和安全可靠等优点，其制作工艺一次成型，生产周期短，生产效率高。
【专利说明】一种抗拉RTP管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种RTP管，尤其是一种用于穿插的抗拉RTP管，同时还涉及其制造方法，属于流体输送管路【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现有的穿插RTP管(又称增强热塑性塑料管)，主要是将高密度聚乙烯管道插入需要修复的旧管道内，利用旧管道的刚性和强度为承力结构，并利用高密度聚乙烯管具有的耐腐蚀、耐磨损、耐渗透等特点，形成“管中管”复合结构，使修复后的管道具备钢管和高密度聚乙烯的综合性能。该方法对旧管道的清洗要求低，减少了清管时间和投入，不仅施工周期短、费用低，还可实现管道的长距离铺设，将管道的接头数量降到最低，进而降低了使用成本，同时修复后管道的可靠性得到最大限度的提高。并且，对于腐蚀严重或泄漏的旧铁管或钢管，其内衬RTP管可达到恢复管线功能，延长使用寿命的目的。目前市场上的内衬RTP管主要用于低压，低拉力的场合，使用范围比较局限。在海底油气管线、陆地穿插内管等的安装过程中管道将承受较大的轴向张力，而且由于洋流和海浪作用也将使海洋立管、海洋跨接管线等管道承受大的随机轴向张力。目前海洋油气管线、陆地穿插内管、海洋立管和海洋跨接管线等使用的管道多为RTP管，然而现有的RTP管仅能承受少量的瞬时轴向拉力，其抗拉能力远远达不到上述规定的使用要求，再则，当RTP管承受轴向拉力时，其增强带的缠绕平衡角将会变小，管道出现径向的收缩，从而降低了管道的承压能力和使用寿命。
[0003]
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是根据现有技术存在的缺陷，提出一种抗拉RTP管，同时给出了制造方法，不仅能够承受流体输送的工作载荷，还能在不影响管道输送性能的前提下承受管道安装过程中的牵引载荷和环境因素造成的轴向张力。
[0004]本发明通过以下技术方案解决技术问题，一种抗拉RTP管，包括内管和缠绕在内管上的增强层，所述增强层外包裹保护层，所述增强层由两条以预定缠绕角从相反旋向缠绕在内管外壁上的缠绕带构成，在所述增强层与保护层之间设有抗拉层，所述抗拉层由一组周向均布的预张紧轴向的纤维绳组成。
[0005]本发明的RTP管由四层结构复合而成，其中内管起到输送流体的作用，内管采用高密度聚乙烯，不仅能够保证流体输送的致密性，还具有耐腐蚀，低磨损，密封效果好等优点；增强层起到承受内压的作用，进而保证RTP管受内压时不发生变形；抗拉层可以承受管道安装载荷和环境随机载荷，组成抗拉层的纤维绳需要进行预张紧处理，以保证使用过程中张紧力的最大化；保护层可以保护管道各承力结构在安装和使用过程中不受损伤。这样，将管道输送压力与安装载荷及环境随机载荷产生的轴向张力分别对待，流体输送压力主要由增强层承受，而轴向张力主要由抗拉层承受，以实现管道在不同载荷状态下工作应力的合理分工，使得RTP管不仅可以承受管道输送流体的压力载荷，还可以承受管道安装过程的牵引载荷和环境因素造成的轴向张力，进而使管道在不损伤流体输送性能的前提下大幅度提高其抗拉能力。与此同时，RTP管在具有普通聚乙烯穿插管优点的同时，还能满足在高压力及高拉力情况下使用。
[0006]本发明通过以下技术方案进一步解决技术问题:
前述的抗拉RTP管，其中所述缠绕角为50?60°。
[0007]前述的抗拉RTP管，其中所述纤维绳预张紧应力为180?220牛顿。
[0008]前述的抗拉RTP管，其中所述预张紧纤维绳的周向间隔大于或等于2mm。这样使得，RTP管的保护层能与增强层粘接，并且使抗拉层能够较好地承受轴向压力。
[0009]一般来讲，在管件受到轴向拉力时，管件增强层的螺旋缠绕角度将会发生变化(一般是变小)，承受压力载荷的能力降低，进而导致管件变形，轻则使管件内径变小，影响流体介质传输，重则导致整个管件断裂失效。这样，抗拉层中轴向分布的预张紧纤维绳能够避免安装载荷作用于RTP管本身，在受到轴向拉力的同时不影响RTP管抗内外压的使用性能。
[0010]前述的抗拉RTP管，其中所述缠绕带为芳纶纤维与高密度聚乙烯组成的复合带。高密度聚乙烯(简称HDPE)为主链中平均每1000个碳原子仅含几个支链，密度通常为
0.946 ?0.976g/cm3 的聚乙烯。
[0011]前述的抗拉RTP管，其中所述增强层通过热熔方式粘结在挤塑成形的内管外壁上，所述抗拉层通过热熔方式粘结在增强层外表，所述增强层外再挤出包覆高密度聚乙烯形成保护层。高密度聚乙烯为PE100或PE80。
[0012]本发明的抗拉RTP管的制造方法，包括以下步骤:
一、将高密度聚乙烯原料放进内管挤出机中，对其进行加热及剪切压缩处理后得到粘流态物料，挤出成型并冷却定型形成内管；
二、在冷却定型后的内管外壁上按照预定缠绕角从相反旋向缠绕两条高强度缠绕带，形成增强层；
三、将一组纤维绳预张紧至其预紧张应力为180?220牛顿，再通过放线架将该组预张紧的纤维绳沿管道轴线方向均匀排布在增强层的外表面，构成抗拉层；
四、将高密度聚乙烯原料放入外管挤出机内，对其进行加热及剪切压缩处理后得到粘流态物料，外管挤出机将粘流态物料挤出包覆在抗拉层外，构成保护层，得到RTP管；
五、对RTP管进行圈收以实现在线连续生产。
[0013]上述抗拉RTP管的制造方法其使用的设备按照加工顺序依次包括内管挤出机，螺旋缠绕机，张紧机，放线架和外管挤出机。本发明采用一步法生产工艺，制作流程方便快捷。本发明的制造设备还包括设置在布线机上的纤维绳预紧调节装置，可以增加和调节纤维绳的预张紧力，降低纤维绳的松弛度和张力不均衡性，提高管道的抗拉模量。
[0014]前述的抗拉RTP管的制造方法，其中在所述步骤二中，增强层加工完成后对其进行塑料焊接，采用层间加热焊机对内管和包覆在内管外的增强层进行加热，直至内管和增强层的高密度聚乙烯熔融在一起，使得内管与增强层粘接在一起；在所述步骤三中，得到抗拉层后，采用层间加热焊机对增强层和包裹在增强层外的抗拉层进行加热，直至二者熔融后粘接在一起；在所述步骤四中，保护层成型后，采用层间加热焊机对抗拉层和包覆在抗拉层外的保护层进行加热，直至二者熔融后粘接在一起。在上述生产工艺中，采用多台层间加热焊机将管道的隔层粘结为一整体复合结构，消除内管与增强层缠绕带，增强层缠绕带与抗拉层纤维绳，抗拉层纤维绳与保护层之间的空隙。
[0015]前述的抗拉RTP管的制造方法，在其中所述步骤三中，所述抗拉层纤维绳的材质为芳纶纤维，所述纤维绳的一端固定在放线架上，另一端穿过外管挤出机的机头口模与张紧机连接，在所述外管挤出机的机头上均匀设置一组带排线孔的圆环，布线时将所述纤维绳穿过外管挤出机机头口模内的排线孔后采用张紧机预张紧，再将所述预张紧的纤维绳均匀分布在增强层的外表面。这样，纤维绳预张紧后不会对内管产生压缩力，在管件受力拉伸过程中其余三层结构几乎无变形，能够满足管件在高拉力及使用压力的要求，而且可以选择不同强度的纤维绳来满足客户不同的压力及拉力使用要求。
[0016]前述的抗拉RTP管的制造方法，其中所述缠绕角为50?60° ;所述高密度聚乙烯原料的加热温度为180?230°C。
[0017]本发明的RTP管不仅可以承受管道输送流体的压力载荷，还可以承受管道安装过程的牵引载荷和环境因素造成的轴向张力，同时具有抗拉性能高、柔性高、耐高压、耐腐蚀和安全可靠等优点，其制作工艺一次成型，无周转，生产周期短，生产效率高，工艺损耗小，可用作海底油气管线、海洋立管、海洋跨接管线和陆地穿插内管等，尤其适用于旧管道的改造修复。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0019]图1为本发明一个实施例的结构示意图。
[0020]图2为本发明中内管的结构示意图。
[0021]图3为本发明中增强层缠绕带的结构示意图。
[0022]图4为本发明中抗拉层及保护层加工流程图。
【具体实施方式】
[0023]实施例一
本实施例的抗拉RTP管，其结构如图1和图2所示，包括内管I和缠绕在内管I上的增强层2，增强层2由两条以预定缠绕角从相反旋向缠绕在内管I外壁上的缠绕带构成，其中缠绕角为54.7°。增强层2外包裹保护层4，在增强层2与保护层4之间设有抗拉层3，抗拉层3由一组周向均布的预张紧轴向的纤维绳8组成，纤维绳8通过张紧机预张紧，纤维绳8的预张紧应力为200牛顿，将预张紧后的纤维绳8通过放线架5沿管道轴线方向均匀排布在增强层2外表面，且预张紧纤维绳8的周向间隔(即相邻两纤维绳的排布间距)为2mm，以使RTP管的保护层4能与增强层2粘接，并且抗拉层3能较好地承受轴向压力。另外，缠绕带为芳纶纤维21与高密度聚乙烯22 (其材料等级为PE80)组成的复合带(见图3)。增强层2通过热熔方式粘结在挤塑成形的内管I外壁上，抗拉层3通过热熔方式粘结在增强层2外表，增强层2外再挤出包覆高密度聚乙烯形成保护层4，其中高密度聚乙烯的材料等级为 PE100 或 PE80。
[0024]本实施例中抗拉RTP管的制造方法，包括以下步骤:首先将材料等级为聚乙烯PE80或PE100的高密度聚乙烯经挤出机料斗放进内管挤出机内，并对其进行加热(温度为180?230°C)及剪切压缩处理，得到粘流态物料，挤出机的挤压系统对粘流态物料进行挤压成型处理后冷却定型，得到内管I ;采用螺旋缠绕机将两条高强度缠绕带按照54.V的缠绕角从相反旋向缠绕在内管I外壁上，形成增强层2。在增强层2加工完成后对其进行塑料焊接，采用层间加热焊机对内管I和包覆在内管I外的增强层2进行加热，直至内管I和增强层2的高密度聚乙烯熔融在一起，使得内管I与增强层2粘接在一起。其次，将位于放线架5上的一组纤维绳8采用张紧机预张紧至其预紧张应力为200牛顿，再通过放线架5将该组预张紧的纤维绳8沿管道轴线方向均匀排布在增强层2的外表面，构成抗拉层3(见图4)，得到抗拉层3后，采用层间加热焊机对增强层2和包裹在增强层2外的抗拉层3进行加热，直至二者熔融后粘接在一起。然后将材料等级为聚乙烯PE80或PE100的高密度聚乙烯放入外管挤出机内并对其进行加热(温度为180?230°C)及剪切压缩处理，得到粘流态物料，挤出机将粘流态物料挤出包覆在抗拉层3外，构成保护层4，冷却定型，保护层4成型后，采用层间加热焊机对抗拉层3和包覆在抗拉层3外的保护层4进行加热，直至二者熔融后粘接在一起，得到RTP管，最后对上述RTP管进行圈收(即在线盘卷)以实现长距离管线的在线连续生产。
[0025]其中，抗拉RTP管的制造设备按照加工顺序依次包括内管挤出机，螺旋缠绕机，张紧机，放线架5和外管挤出机。抗拉层纤维绳8的材质为芳纶纤维。挤出机机头结构如图4所示，在外管挤出机机头口模6的内壁上均匀设置一组带排线孔的圆环9，纤维绳8可穿过排线孔均匀分布在增强层2外表面，在机头上还设有可延伸至管材外表面的PE原料管7，布线时先将仅具有内管I和增强层2的管材插入机头口模7内，再将纤维绳8的一端固定在放线架5上，另一端穿过外管挤出机的机头口模6与张紧机连接，即另一端穿过机头口模6内的排线孔均匀布置在增强层2外表面，然后采用张紧机对纤维绳8进行预张紧，将预张紧后的纤维绳8紧贴在管材的增强层2外表面，构成抗拉层3，与此同时，将高密度聚乙烯原料经料斗放入外管挤出机，原料在其由料斗运输至机头口模的过程中经过料筒加热、螺杆剪切压缩处理得到粘流态物料，最终粘流态物料经PE原料管7输送至口模6，在口模6内的管材表面挤压成型，形成保护层4。因此，在管材制造过程中，抗拉层3的加工成型与保护层4的挤压成型是同时进行的，加快了制作流程。
[0026]实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于:增强层2由两条以预定缠绕角从相反旋向缠绕在内管I外壁上的缠绕带构成，其中缠绕角度为50° ;组成抗拉层3的纤维绳8通过张紧机预张紧，纤维绳8的预张紧应力为180牛顿，将预张紧后的纤维绳8通过放线架5沿管道轴线方向均匀排布在增强层2外表面，且预张紧纤维绳8的周向间隔为6mm，以使RTP管的保护层4能与增强层2粘接，并且抗拉层3能较好地承受轴向压力。
[0027]在本实施例的抗拉RTP管制造方法中，采用螺旋缠绕机将两条高强度缠绕带按照50°的缠绕角从相反旋向缠绕在内管I外壁上，形成增强层2 ;将一组纤维绳8采用张紧机预张紧至其预紧张应力为180牛顿，再通过放线架5将该组预张紧的纤维绳8沿管道轴线方向均匀排布在增强层2的外表面，构成抗拉层3，得到抗拉层3。
[0028]实施例三
本实施例与实施例一的不同之处在于:增强层2由两条以预定缠绕角从相反旋向缠绕在内管I外壁上的缠绕带构成，其中缠绕角度为60° ;组成抗拉层3的纤维绳8通过张紧机预张紧，纤维绳8的预张紧应力为220牛顿，将预张紧后的纤维绳8通过放线架5沿管道轴线方向均匀排布在增强层2外表面，且预张紧纤维绳8的周向间隔为2mm，以使RTP管的保护层4能与增强层2粘接，并且抗拉层3能较好地承受轴向压力。[0029]在本实施例的抗拉RTP管制造方法中，采用螺旋缠绕机将两条高强度缠绕带按照60°的缠绕角从相反旋向缠绕在内管I外壁上，形成增强层2 ;将一组纤维绳8采用张紧机预张紧至其预紧张应力为220牛顿，再通过放线架5将该组预张紧的纤维绳8沿管道轴线方向均匀排布在增强层2的外表面，构成抗拉层3，得到抗拉层3。
【权利要求】
1.一种抗拉RTP管，包括内管和缠绕在内管上的增强层，所述增强层外包裹保护层，其特征在于:所述增强层由两条以预定缠绕角从相反旋向缠绕在内管外壁上的缠绕带构成，在所述增强层与保护层之间设有抗拉层，所述抗拉层由一组周向均布的预张紧轴向的纤维绳组成。
2.根据权利要求1所述的抗拉RTP管，其特征在于:所述缠绕角为50?60°。
3.根据权利要求1或2所述的抗拉RTP管，其特征在于:所述纤维绳预张紧应力为180?220牛顿。
4.根据权利要求3所述的抗拉RTP管，其特征在于:所述预张紧纤维绳的周向间隔大于或等于2mmο
5.根据权利要求4所述的抗拉RTP管，其特征在于:所述缠绕带为芳纶纤维与高密度聚乙烯组成的复合带。
6.根据权利要求5所述的抗拉RTP管，其特征在于:所述增强层通过热熔方式粘结在挤塑成形的内管外壁上，所述抗拉层通过热熔方式粘结在增强层外表，所述增强层外再挤出包覆高密度聚乙烯形成保护层。
7.根据权利要求1所述抗拉RTP管的制造方法，其特征在于包括以下步骤: 一、将高密度聚乙烯原料放进内管挤出机中，对其进行加热及剪切压缩处理后得到粘流态物料，挤出成型并冷却定型形成内管； 二、在冷却定型后的内管外壁上按照预定缠绕角从相反旋向缠绕两条高强度缠绕带，形成增强层； 三、将一组纤维绳预张紧至其预紧张应力为180?220牛顿，再通过放线架将该组预张紧的纤维绳沿管道轴线方向均匀排布在增强层的外表面，构成抗拉层； 四、将高密度聚乙烯原料放入外管挤出机内，对其进行加热及剪切压缩处理后得到粘流态物料，外管挤出机将粘流态物料挤出包覆在抗拉层外，构成保护层，得到RTP管； 五、对RTP管进行圈收以实现在线连续生产。
8.根据权利要求7所述的抗拉RTP管的制造方法，其特征在于:在所述步骤二中，增强层加工完成后对其进行塑料焊接，采用层间加热焊机对内管和包覆在内管外的增强层进行加热，直至内管和增强层的高密度聚乙烯熔融在一起，使得内管与增强层粘接在一起；在所述步骤三中，得到抗拉层后，采用层间加热焊机对增强层和包裹在增强层外的抗拉层进行加热，直至二者熔融后粘接在一起；在所述步骤四中，保护层成型后，采用层间加热焊机对抗拉层和包覆在抗拉层外的保护层进行加热，直至二者熔融后粘接在一起。
9.根据权利要求7所述的抗拉RTP管的制造方法，其特征在于:在所述步骤三中，所述抗拉层纤维绳的材质为芳纶纤维，所述纤维绳的一端固定在放线架上，另一端穿过外管挤出机的机头口模与张紧机连接，在所述外管挤出机的机头上均匀设置一组带排线孔的圆环，布线时将所述纤维绳穿过外管挤出机机头口模内的排线孔后采用张紧机预张紧，再将所述预张紧的纤维绳均匀分布在增强层的外表面。
10.根据权利要求7所述的抗拉RTP管的制造方法，其特征在于:所述缠绕角为50?60° ;所述高密度聚乙烯原料的加热温度为180?230°C。
【文档编号】F16L9/14GK103574183SQ201310545478
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】刘强, 季明慧, 荆祥海, 毛杰, 吴勇, 路勇, 陆建权, 吴海波, 郁蓉蓉 申请人:南京晨光欧佩亚复合管工程有限公司