一种非金属复合管耐压试验设备用试样的制作方法

本发明属于非金属复合管检测评价技术领域，具体涉及一种非金属复合管耐压试验设备用试样。

背景技术：

随着石油天然气勘探开发的深入，油气田用非金属管道已从最初的玻璃钢管，发展到现在包括纤维增强复合管、钢骨架复合管、柔性复合管、塑料合金复合管等多种类型的非金属复合管。海洋石油领域用柔性复合管等具有特殊性能的非金属复合管也得到了应用。巨大的市场需求促进了非金属复合管的生产和使用。由于各企业技术装备水平差异较大，产品质量良莠不齐，相当一部分企业的产品质量存在不稳定、波动大的状况，严重影响了油气田的正常生产和非金属管在石油工业的推广应用。因此，为提高非金属复合管的整体质量水平，必须提高非金属复合管的出厂质量检验及第三方质量检验水平，加强相应检测设备的制造能力。

国家石油管材质量监督检验中心作为油气田用非金属复合管的第三方检测部门，已经具备了非金属复合管的检验项目及必要检测设备。压力管道的耐压试验是一种重要的质量检验项目，几乎所有的非金属复合管产品标准都要求检验此项目，耐压试验一般分为静水压试验和短时水压失效压力试验，短时水压失效压力试验又称液压瞬时爆破试验，需要耐压设备具有非常高和非常快速的打压能力。随着新型非金属复合管朝着压力更高，口径更大的方向发展，非金属复合管的耐压试验检测设备需要更大的打压能力以及更快速的打压速度。对于新设计和研制的非金属复合管耐压试验设备打压能力的验证就需要专用的实物试样来测试。由于非金属复合管种类繁多，且不同品牌不同规格的产品密封接头的制作方法也完全不同，大部分属于专有技术。因此，非金属复合管耐压试验设备的研发或使用单位往往不具备制造测试用大口径实物试样的能力。相同口径的钢管往往承压能力没有相同口径非金属复合管的承压能力高，因此也不能直接用钢管试样来测试设备打压能力，现在需要一种耐压设备研制或使用单位能够快速制作的大口径实物试样。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种能够快速制作的非金属复合管耐压试验设备用试样，解决非金属复合管耐压试验设备的研发或使用单位无法快速制造测试用大口径实物试样的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种非金属复合管耐压试验设备用试样，包括内衬层和非金属增强层，所述内衬层为钢管，所述非金属增强层由非金属材料制成，连续缠绕在所述钢管的外部构成试样。

进一步的，所述非金属增强层的缠绕厚度w根据所述钢管的口径确定。

进一步的，所述非金属增强层缠绕厚度w由下式计算：

其中，pp为实物试样的极限承压压力，d为内衬钢管外径508mm，σb为管线钢的拉伸强度，t为钢管壁厚9.5mm，th为玻璃纤维和不饱和聚酯复合后复合材料的环向拉伸强度。

进一步的，所述非金属材料为玻璃纤维和热固性树脂复合，缠绕角度为80～90°。

进一步的，所述玻璃纤维和热固性树脂复合后的树脂含量为25～30％。

进一步的，所述钢管采用x65钢级的管线钢管。

进一步的，所述试样的承压能力不小于30mpa。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明非金属复合管耐压试验设备用大口径实物试样由内衬钢管和钢管外部的非金属增强层两部分构成，非金属增强层可根据不同的耐压试验设备要求进行设计，采用不同的纤维材料、树脂材料、不同的缠绕厚度，使用同一种钢管可制作出满足不同耐压设备验证试验的实物试样，采用该种结构制作非金属复合管耐压试验设备用大口径实物试样所需要的设备简单，制作周期短，易于实现。

进一步的，非金属增强层由玻璃纤维和热固性树脂复合后连续缠绕于钢管表面，可大大增强内衬钢管的环向承压能力。

进一步的，内衬钢管可选用现有的商品化管线钢管，根据验证耐压设备打压能力的要求，快速制作的实物试样可选用不同口径的内衬钢管，实物试样的非金属增强层可缠绕不同的厚度。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明试样纵向剖面示意图；

图2为本发明试样横向剖面示意图。

其中：1.内衬钢管；2.非金属增强层。

具体实施方式

请参阅图1和图2，本发明提供了一种非金属复合管耐压试验设备用大口径实物试样，采用内外两部分构成，内衬钢管1可选用现有的商品化管线钢管，外部非金属增强层2由玻璃纤维和热固性树脂复合后连续缠绕于钢管表面，可大大增强内衬钢管的环向承压能力。根据验证耐压设备打压能力的要求，快速制作的实物试样可选用不同口径的内衬钢管，实物试样的非金属增强层可缠绕不同的厚度。

本发明非金属复合管耐压试验设备用大口径实物试样，包括内衬钢管1以及设置在所述内衬钢管外部的非金属增强层2，所述非金属增强层2由非金属材料制成，连续缠绕在所述内衬钢管1的外部，所述非金属增强层2的厚度根据所述内衬钢管1的口径确定。

所述非金属增强层缠绕厚度w由下式计算：

其中，pp为实物试样的极限承压压力；d为内衬钢管外径508mm；σb为管线钢的拉伸强度，x65管线钢管的最小拉伸强度为535mpa；t为钢管壁厚9.5mm；th为玻璃纤维和不饱和聚酯复合后复合材料的环向拉伸强度，环向拉伸强度可采用单环缠绕法制作的环形拉伸试样来测试，该环形试样制作材料与内衬钢管外部缠绕的非金属结构层相同，测试结果为1000mpa；w为非金属增强层厚度。

所述非金属材料为玻璃纤维和热固性树脂复合，连续缠绕于所述内衬钢管的表面，缠绕角度为80～90°。

所述玻璃纤维和热固性树脂复合后的树脂含量为25～30％。

实施例1：

制作验证非金属复合管耐压试验设备可打压ф508mm复合管至30mpa的实物试样。

内衬钢管选用市售ф508×9.5mmx65钢级管线钢管，通过爆破试验证明该管线钢管的极限承压能力为21.6mpa，钢管单独承压不能满足需求。钢管外部的非金属增强层选用玻璃纤维和不饱和聚酯复合后连续缠绕包覆在钢管表面，缠绕角度接近90°，确定非金属增强层缠绕的厚度。

如果制作的实物试样承压能力要大于30mpa，则非金属增强层缠绕厚度需达到2.6mm以上。考虑到安全因素，最终缠绕厚度为3.6mm。

缠绕完成后，实物试样放置72小时，打压试验结果为34.5mpa实物试样爆破实效，即该实物试样的极限承压能力为34.5mpa，完全满足设计要求。

实施例2：

制作验证非金属复合管耐压试验设备可打压ф508mm复合管至40mpa的实物试样。

内衬钢管选用市售ф508×9.5mmx65钢级管线钢管。钢管外部的非金属增强层选用玻璃纤维和不饱和聚酯复合后连续缠绕包覆在钢管表面，缠绕角度接近90°，确定非金属增强层缠绕的厚度。

如果制作的实物试样承压能力要大于40mpa，则非金属增强层缠绕厚度需达到6.5mm以上。考虑到安全因素，最终缠绕厚度为7.0mm。缠绕完成后，实物试样放置72小时后，打压测试结果为43.8mpa时，实物试样爆破实效，即该试样的极限承压能力为43.8mpa，完全满足验证测试要求。

本发明采用上述技术措施设计的一种非金属复合管耐压试验设备用大口径实物试样，能够解决快速制作非金属复合管耐压设备用实物试样的问题，使得非金属复合管耐压试验设备的设计、制造和使用单位可以在短时间内验证耐压设备的极限打压能力，为设备的设计研发和制造提供技术支持。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。