CN102853176A - 一种热塑性塑料复合管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热塑性塑料复合管，其包括热塑性塑料复合管管体和接头。接头由芯管和外套组成，通过扣压固定在管体两端；热塑性塑料复合管管体端部被径向扩管，使芯管内径与管体内径相同；管体端部末端的内层和外层被剥除，扩管后的管体端部被扣压于芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽之间；芯管端部为接头连接部。该热塑性塑料复合管接头扣压牢固，密封性好，耐高压，抗拔脱，接头内径与管道内径相同，减小了流体输送阻力。

Description

一种热塑性塑料复合管

技术领域

本发明涉及增强的热塑性管道，特别涉及可快速拆装的热塑性塑料复合管。

背景技术

热塑性塑料复合管从上世纪90年代起开始在国外油气田逐步使用，本世纪初开始在国内油气田试用，主要用于油气集输、注水和注醇。现在，热塑性塑料复合管应用领域包括海洋柔性管、温泉输送管；石油、成品油、天然气输送；市政给排水、油污水、海水淡化；矿山供水、供风、排水、洗煤水、煤粉输送；化工厂、钢厂腐蚀性液体输送。

复合管一般包括三层结构：内层的内衬层，中间的增强层，和外层的外保护层。作为中间层的增强层，可以根据需要由无机纤维、有机纤维或金属纤维形成。作为内层的内衬层或外层的外保护层，一般由弹性体（如硫化橡胶、热塑性弹性体）或塑料（如热固性塑料、热塑性塑料）形成。如果复合管的内层和外层都是热塑性塑料，则该复合管被称为热塑性塑料复合管。

具体而言，作为内层的内衬层，可由高密度聚乙烯（HDPE）、交联聚乙烯（PEX）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、尼龙（PA）和聚偏二氟乙烯（PVDF）等形成。

作为中间层的增强层，可以提及例如有机纤维（如芳纶、聚酯纤维）、无机纤维（如玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维）和金属纤维（如钢丝）等。

对于应急输送燃油等的热塑性管道而言，特别重要的是其具有高的现场拆装性能，即在施工现场能够快速连接和拆卸。为了将热塑性管道快速安装，对于用于连接的接头和接头与管道的连接方式都有要求。

目前，用于热塑性管道连接的常见方式包括以下三种：（1）熔接，例如热熔连接、电熔连接或电熔-热熔连接，在两根热塑性管道之间使用熔融接头，这种连接方式形成的接头承受压力较低；（2）扣压连接，把一个金属管件的插口端插入增强热塑性塑料管，在增强热塑性塑料管外套一个金属套，用机械方法把金属套-增强热塑性塑料管管端-管件插口端压紧成为接头，这种连接方式常会导致相接处内径比其他部位的热塑性管道内径小，从而导致输送的液体阻力增大，同时如何保证密封并承受较高的轴向和径向负载也各不相同；（3）卡箍直接套接，两根相接处外部设有卡槽，通过卡箍直接套设于卡槽处进行连接，缺点是卡箍式连接器结构长、重量大、连接螺栓多、不能机械化铺设等，比较适合低压管路使用。

此外，对于上述连接方式，还存在接头连接坚固度不够高、安装速度不快等问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：对于具有内衬层、增强层和外保护层的热塑性塑料复合管而言，为使管体内径与接头内径一致，减小流体通过接头时的阻力，进行扩口设计，即在扣压连接时，先将管体末端加热径向扩管，使其内径增大到与接头的内径相同。为了提高扩口过渡处的强度，在扩管后管体端部的管径变化处，在管体和外套之间设有加强环，加强环为厚度变化的圆环，在接头扣压时加强环被同时扣压；为了提高轴向负载，即抗拔脱力，采用车削的方式，剥除管体最末端的内外层，将增强层纤维如钢丝层外露，以便接头扣压时芯管和外套的沟槽能与增强层纤维压合紧密，增加抗拔脱力；为了提高接头连接强度，设计了梯形齿沟槽，沟槽分两部分，一部分扣压在内外层热塑性塑料上，一部分扣压在已剥除内外层裸露的增强层纤维上，沟槽被设计成梯形齿沟槽，以减少对内外层热塑性塑料和中间层纤维的损伤，芯管与外套的梯形齿沟槽相互咬合匹配，沟槽的深度、间距和数量随管体壁厚和压力增加作相应变化。为了增加接头密封性能，在芯管端设有一个特殊的沟槽，内放橡胶密封圈，在接头扣压时橡胶密封圈被同时固定。芯管端部为接头连接部，通过其将管体连接在一起形成管道。通过使用该结构，管体与芯管和外套之间具有极其高的抗拔脱力，连接形成的管道具有极其高的承压能力，而且能够实现快速连接，且连接形成的管道内径均一，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

（1）一种热塑性塑料复合管，其包括热塑性塑料复合管管体，在热塑性塑料复合管管体端部，内部扣压有芯管，外部扣压有外套和加强环，芯管内径与热塑性塑料复合管管体内径相同；

其中，热塑性塑料复合管管体包括：作为内层的内衬层，作为中间层的增强层，和作为外层的外保护层；

热塑性塑料复合管管体端部被径向扩管，扩管后管体端部的末端的内层和外层被剥除，扩管后的管体端部被扣压于芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽之间；

芯管端部为接头连接部。

（2）如上述（1）中所述的热塑性塑料复合管，其中，芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽相互匹配。

（3）如上述（1）或（2）中所述的热塑性塑料复合管，其中，扩管后管体端部的末端暴露的增强层纤维被压接于芯管外部的梯形齿沟槽Ⅰ和外套的梯形齿沟槽Ⅰ之间，扩管后的管体端部其余部分被扣压于芯管外部的梯形齿沟槽Ⅱ和外套的梯形齿沟槽Ⅱ之间。

（4）如上述任一项中所述的热塑性塑料复合管，其中，在扩管后管体端部的管径变化处，在管体和外套之间设有加强环，加强环为厚度变化的圆环，其内表面与管体密接，其外表面与外套密接。

（5）如上述（4）中所述的热塑性塑料复合管，其中，加强环外表面设置梯形齿沟槽，从而与外套密接。

（6）如上述（4）或（5）中所述的热塑性塑料复合管，其中，在热塑性塑料复合管管体端部内部，在管径开始变化处，在管体与芯管相接处设有橡胶密封圈。

（7）如上述任一项中所述的热塑性塑料复合管，其中，在热塑性塑料复合管管体中，内层为超高分子聚乙烯层，中间层为钢丝层，内外层与中间层之间通过粘合剂粘合。

（8）如上述任一项中所述的热塑性塑料复合管，其中，芯管和外套由钢或铝合金制成，芯管端部为承插式接头或槽头式接头。

（9）如上述任一项中所述的热塑性塑料复合管的制造方法，该方法包括以下步骤：

①生产热塑性塑料复合管管体；

②热塑性塑料复合管管体与芯管和外套及加强环扣压：将热塑性塑料复合管管体端部加热，径向扩管，剥除扩管后管体端部的末端的热塑性塑料内层和热塑性塑料外层，在扩管后管体端部的管径变化处外部套设加强环，将扩管后的管体端部扣压于芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽以及加强环之间，任选地，在管体与芯管相接处设有橡胶密封圈。

根据本发明提供的热塑性塑料复合管具有以下优点：

（1）通过使用梯形齿沟槽、抗拔脱、加强环扣压式接头结构，使接头与管体的抗拉强度大于管体本身的抗拉强度，解决了大口径高压复合管接头与管体连接的难题，保证了使用安全；

（2）采用承插式接头或槽头式接头，方便连接和拆卸，能显著降低劳动强度，提高铺设撤收速度；

（3）接头内径与管体内径相同，减小流体通过接头时的阻力，同时方便排空；

（4）管体内衬层采用超高分子量聚乙烯，光滑耐磨，输送阻力小，在同等条件下的输送量比钢管提高约30％；

（5）管体内衬层采用超高分子量聚乙烯，具有优异的耐油性，外保护层采用管道级聚乙烯混配料，具有优异的耐候老化性，提高了管体的使用寿命和贮存寿命；

（6）接头采用钢或铝合金制成，接头与大地接触，管线输油时能及时将产生的静电荷向大地消散；如果管体增强层采用钢丝，钢丝与金属接头扣压连接，使管线形成一个联通的导体，更有利于静电荷的消除，安全性好。

附图说明

图1示出根据本发明的热塑性塑料复合管剖面结构示意图

附图标记：

1-芯管

11-芯管的梯形齿沟槽Ⅰ

12-芯管的梯形齿沟槽II

13-接头连接部

2-外套

21-外套的梯形齿沟槽Ⅰ

22-外套的梯形齿沟槽II

3-加强环

4-热塑性塑料复合管管体

41-内层

42-中间层

43-外层

5-橡胶密封圈

具体实施方式

下面结合附图通过示例性具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明的特点和优点将随着这些描述变得更为清楚、明确。

附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明，提供一种热塑性塑料复合管，其包括热塑性塑料复合管管体，在热塑性塑料复合管管体端部，内部压接有芯管，外部压接有外套，芯管内径与热塑性塑料复合管管体内径相同；

其中，热塑性塑料复合管管体包括：作为内层的内衬层，作为中间层的增强层，和作为外层的外保护层；

热塑性塑料复合管管体端部被径向扩管，扩管后管体端部的末端的内层和外层被剥除，扩管后的管体端部被压接于芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽之间；

芯管端部为接头连接部。

在根据本发明的可快速拆装的热塑性塑料复合管中，热塑性塑料复合管管体从内到外包括至少三层结构：内层的内衬层41，中间层的增强层42，和外层的外保护层43，如图1所示。

作为内层的内衬层，由超高分子量聚乙烯挤出形成，例如由分子量在100万-500万之间的超高分子量聚乙烯形成。至于超高分子量聚乙烯挤出方法，例如可以参见中国专利申请200610039727.6和200810019731.5等。

作为内层的内衬层，输油用复合管的内衬层主要起耐油作用，由于其耐油性可以防止燃料对其的腐蚀和渗透，从而避免管道整体被腐蚀劣化。

作为中间层的增强层，可以由无机或有机纤维形成。作为无机纤维，可以提及例如钢丝、铜丝等。作为有机纤维，可以提及例如芳纶纤维、聚酯纤维等。在增强层中，无机纤维或有机纤维相互缠绕或网织；在缠绕的情况下，缠绕方向可以相同或相反。无论是在缠绕的情况下，还是在网织的情况下，根据需要，可以设置一层或多层纤维层，即增强层可以包括一层或多层纤维层，每层纤维层可以由纤维缠绕或网织形成。在增强层可以包括多层纤维层的情况下，纤维层之间可以通过粘结剂粘合。

在一个优选的实施方案中，增强层由两层纤维层构成，每层纤维层由钢丝缠绕形成，两层纤维层的丝缠绕方向相反，两层纤维层之间通过粘结剂粘合。

作为中间层的增强层，主要用于增强提高管道的抗压能力。由于增强层的纤维缠绕或网织于内衬层上，主要承受所输送液体的流体压力，即内压造成的应力。根据期望的承受能力，可以设置期望层数的增强层。

作为外层的外保护层，可以由耐腐性的有机材料形成，例如热塑性塑料如聚乙烯、尼龙、PVDF等形成。保护层的作用主要在于提供防护性，保护管道免于受到周围环境如土壤、海水等的侵蚀。

在热塑性塑料复合管管体中，内层、中间层和外层之间，可以通过粘合剂粘结。

在一个优选的实施方式中，中间层由钢丝形成。此时，内层和中间层可以通过聚乙烯材料用粘合剂粘结。作为聚乙烯材料用粘合剂，提及例如氯化聚丙烯改性胶粘剂、热熔胶粘剂（如乙烯-醋酸乙烯类聚合物热熔胶粘剂）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）胶粘剂、丙烯酸酯类胶粘剂和有机硅密封胶粘剂等。通过粘合剂，将钢丝骨架与内、外层聚乙烯紧密地粘结在一起。

在根据本发明的热塑性塑料复合管中，热塑性塑料复合管管体的各层还可以根据需要含有其他添加剂，如在内层中含有抗静电剂。

关于热塑性塑料复合管管体的生产，可以先挤出内层，然后在内层上编制、粘合中间层，然后在中间层上挤出外层。

为了对热塑性塑料复合管管体端部进行扩管，采用加热径向扩管，而不是轴向扩管。扩管时，将管体需要扩口的一侧管体端部放入烘箱中预热，一段时间后管端塑料部分变软，迅速移至扩管模具上，测量好放入模具中的尺寸，固定管体位置，使扩口模具的模块均衡、同步地沿向心力反方向移动，从而扩大管端的内腔，达到尺寸要求后开始冷却定型，取出扩口后的管体端部，即完成了扩管过程。

在优选的实施方式中，为了避免由于管径增大导致的短期爆破压力值下降，在扩管后管体端部的管径变化处，在管体和外套之间设有加强环3，加强环为厚度变化的圆环，其内表面与管体密接，其外表面与外套密接。

进一步优选地，加强环外表面设置梯形齿沟槽，从而与外套密接。

外套经过扣压压缩后，将加强环固定在扩口过渡处。实验证明，设置加强环有效避免由于管径增大导致的爆破压力值下降。

在本发明中，芯管为一体化成型的金属管，其内径与管体内径相同，外部设有梯形齿沟槽，其端部设计为接头连接部。

外套为一体化成型的金属管套，其内部设有梯形齿沟槽。

在本发明中，为了提高安全性能，采用了抗拔脱结构，通过例如车削剥除扩管后管体端部末端的内外层，将增强钢丝层外露，扣压时，将暴露的增强钢丝层的直接扣压于芯管尾部的梯形齿沟槽Ⅰ 11和外套的梯形齿沟槽Ⅰ 21之间，在扣压时产生的径向压缩力作用下，使得增强钢丝层在外套和芯管之间被压缩，增强钢丝层被挤压成波浪形，进入外套和芯管的梯形齿沟槽中，增加抗拔脱力，提高安全性能；扩管后的管体端部其余部分被压接于芯管外部的梯形齿沟槽Ⅱ 12和外套的梯形齿沟槽Ⅱ 22之间，扣压时，管体的壁厚在外套和芯管之间被压缩，管体的内层被挤压成波浪形进入芯管的梯形齿沟槽Ⅱ内，管体的外层被挤压成波浪形进入外套的梯形齿沟槽Ⅱ内，使得管体接头获得较大的抗拔脱力，同时提高了密封性能。

在优选的实施方式中，芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽相互匹配，从而将扩管后管体端部（包括末端暴露的增强层纤维和未暴露的部分）扣压于芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽之间。

优选地，芯管外部的梯形齿沟槽包括梯形齿沟槽Ⅰ和梯形齿沟槽Ⅱ，外套的梯形齿沟槽包括梯形齿沟槽Ⅰ和梯形齿沟槽Ⅱ，扩管后管体端部的末端暴露的增强层纤维被压接于芯管外部的梯形齿沟槽Ⅰ和外套的梯形齿沟槽Ⅰ之间，扩管后的管体端部其余部分被压接于芯管外部的梯形齿沟槽Ⅱ和外套的梯形齿沟槽Ⅱ之间。

进一步优选地，梯形齿沟槽Ⅱ形状相同、分布均匀，梯形齿沟槽Ⅰ形状不同、分布不均一，梯形齿沟槽Ⅰ端部沟槽深度比其他梯形齿沟槽深度大，以便将暴露的增强钢丝层有效扣压，进一步增加抗拔脱力。

在一个优选的实施方式中，在热塑性塑料复合管管体端部内部，在管径开始变化处，在管体与芯管相接处设有橡胶密封圈5，避免所输送的流体从接合处的缝隙中渗入、侵蚀。

在优选的实施方式中，芯管和外套由钢或铝合金制成，以提供足够的强度和耐冲击性。特别优选由钢制成，这是因为钢材更坚固，接头连接更坚固，能承受更强的冲击或更大的压力。

在根据本发明的热塑性塑料复合管中，作为芯管端部，可以设计为常用接头连接部，如槽头式接头或法兰接头，也可以是军用承插式接头，以提高连接、拆卸速度，方便机械化铺设。

当接头连接部为对称结构时，如槽头式接头或法兰接头，此时将芯管端部（即接头连接部）对接，然后使用卡箍或螺栓进行固定即可；当接头连接部为不对称结构时，如承插式接头，此时将作为插口部的芯管端部插入作为承口部的芯管端部即可。

本发明人经过研究和大量实验发现，根据本发明提供的热塑性塑料复合管，能在施工现场快速、高效地连接和拆卸，热塑性塑料复合管管体与芯管和外套之间连接牢固，能承受极强的外压和内压，连接处过渡平缓，流体（如汽油、柴油、喷气燃料）不会从缝隙处渗入侵蚀，连接后形成的管道内径均一，所输送油料的压力均衡。

以上通过优选的具体实施方式对本发明进行了范例性说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本发明的阐述性解释，并不对本发明的保护范围构成任何限制，在不超出本发明精神和保护范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明技术内容及其实施方式进行多种改进、替换或修饰，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种热塑性塑料复合管，其包括热塑性塑料复合管管体和接头，在热塑性塑料复合管管体端部，内部扣压有芯管，外部扣压有外套和加强环，芯管内径与热塑性塑料复合管管体内径相同；

其中，热塑性塑料复合管管体包括：作为内层的内衬层，作为中间层的增强层，和作为外层的外保护层；

热塑性塑料复合管管体端部被径向扩管，扩管后管体端部的末端的内层和外层被剥除，扩管后的管体端部被扣压于芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽之间；

芯管端部为接头连接部。

2.根据权利要求1中所述的热塑性塑料复合管，其中，芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽相互匹配。

3.根据权利要求1或2中所述的热塑性塑料复合管，其中，扩管后管体端部的末端暴露的增强层纤维被压接于芯管外部的梯形齿沟槽Ⅰ和外套的梯形齿沟槽Ⅰ之间，扩管后的管体端部其余部分被扣压于芯管外部的梯形齿沟槽Ⅱ和外套的梯形齿沟槽Ⅱ之间。

4.根据上述任一项权利要求中所述的热塑性塑料复合管，其中，在扩管后管体端部的管径变化处，在管体和外套之间设有加强环，加强环为厚度变化的圆环，其内表面与管体密接，其外表面与外套密接。

5.根据权利要求4中所述的热塑性塑料复合管，其中，加强环外表面设置梯形齿沟槽，从而与外套密接。

6.根据权利要求4或5中所述的热塑性塑料复合管，其中，在热塑性塑料复合管管体端部内部，在管径开始变化处，在管体与芯管相接处设有橡胶密封圈。

7.根据上述任一项权利要求中所述的热塑性塑料复合管，其中，在热塑性塑料复合管管体中，内层为超高分子聚乙烯层，中间层为钢丝层，内外层与中间层之间通过粘合剂粘合。

8.根据上述任一项权利要求中所述的热塑性塑料复合管，其中，芯管和外套由钢或铝合金制成，芯管端部为承插式接头或槽头式接头。

9.根据上述任一项权利要求中所述的热塑性塑料复合管的制造方法，该方法包括以下步骤：

（1）生产热塑性塑料复合管管体；

（2）热塑性塑料复合管管体与芯管和套管及加强环扣压：将热塑性塑料复合管管体端部加热，径向扩管，剥除扩管后管体端部的末端的内层和外层，在扩管后管体端部的管径变化处外部套设加强环，将扩管后的管体端部扣压于芯管外部的梯形齿沟槽和外套的梯形齿沟槽以及加强环之间，任选地，在管体与芯管相接处设有橡胶密封圈。

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