連續(xù)纏繞工藝在生產(chǎn)海洋油氣管線過(guò)程中的應(yīng)用

王佳佳 侯軍明 王青

摘 要：我國(guó)海洋油氣資源豐富，海洋油氣開(kāi)采裝備中的輸送管線一直被外國(guó)公司壟斷，連續(xù)纏繞工藝是實(shí)現(xiàn)海洋油氣管線生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)化的一項(xiàng)重要技術(shù)突破。

關(guān)鍵詞：濕法；一步成型；連續(xù)纏繞

1 引言

隨著陸地油氣資源的枯竭，油氣開(kāi)采正在向海洋發(fā)展，柔性油氣輸送管道是海洋油氣開(kāi)采中的重要裝備，目前被國(guó)外的Deepflex、Wellstream等幾家公司壟斷，柔性管道生產(chǎn)過(guò)程中的連續(xù)纏繞是制約其國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，解決連續(xù)纏繞工藝對(duì)實(shí)現(xiàn)柔性管道國(guó)產(chǎn)化以及加速我國(guó)海洋油氣開(kāi)采進(jìn)行具有重要意義。

2 纏繞工藝現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)纏繞管材主要是采用兩種方法：干法纏繞和濕法纏繞。

干法纏繞是采用經(jīng)過(guò)預(yù)浸膠處理的預(yù)浸紗或帶，在纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到層位上。其最大優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)效率高，纏繞機(jī)清潔，能夠精確控制產(chǎn)品質(zhì)量。缺點(diǎn)是纏繞設(shè)備貴，需要增加預(yù)浸紗制造設(shè)備，故投資較大，此外干法纏繞制品的層間剪切強(qiáng)度較低。由于預(yù)浸紗（或帶）是單獨(dú)加工且長(zhǎng)度有限，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離連續(xù)管的生產(chǎn)，也無(wú)法根據(jù)產(chǎn)品需求隨時(shí)更改樹(shù)脂及纖維含量。

濕法纏繞是將纖維集束（紗式帶）浸膠后，在張力控制下直接纏繞到層位上。其優(yōu)點(diǎn)為：1）成本較干法纏繞大幅降低；2）產(chǎn)品氣密性好3）纖維排列平行度好；4）生產(chǎn)效率高。在普通定尺寸管的生產(chǎn)中這種纏繞工藝一般采用往復(fù)纏繞，有成型的纏繞設(shè)備和控制程序。

傳統(tǒng)意義上的兩種纏繞工藝不能滿足柔性管道連續(xù)纏繞的需求，為了實(shí)現(xiàn)海洋柔性管道的國(guó)產(chǎn)化，必須對(duì)連續(xù)纏繞工藝進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

3 連續(xù)纏繞工藝具體內(nèi)容

⑴浸膠：要保證合股纖維在樹(shù)脂液中分散均勻，浸潤(rùn)完全才能實(shí)現(xiàn)纖維和樹(shù)脂的有機(jī)結(jié)合，在往復(fù)纏繞設(shè)備中采用的多道對(duì)輥擠壓增加樹(shù)脂的浸潤(rùn)度，而在回轉(zhuǎn)纏繞工藝中這種方法就不行通了。研究采用的方法是制作一個(gè)籠狀滾筒，纖維在滾筒周邊分布，滾筒旋轉(zhuǎn)過(guò)程中纖維逐步進(jìn)入膠槽，纖維先通過(guò)一個(gè)環(huán)形機(jī)構(gòu)，使其合股散開(kāi)，然后再利用一個(gè)縮口，擠壓多余的樹(shù)脂，達(dá)到樹(shù)脂浸潤(rùn)的目的。

⑵纖維集束：研究采用拉擠成型的方法，用塑性材料做成U型帶包覆在浸膠后的紗帶外面，在拉擠模中加熱使纖維和樹(shù)脂預(yù)固化成標(biāo)準(zhǔn)的尺寸和形狀，然后均勻的分布在層位點(diǎn)，加熱固化達(dá)到材料的最佳性能，這種管材層位上固化成型的方法消除了另制增強(qiáng)帶再纏繞易產(chǎn)生的張力和應(yīng)力，其形狀更能和管材圓弧面吻合，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)纏繞。

⑶張力控制：張力的大小直接影響紗式帶的各項(xiàng)力學(xué)性能，如何控制張力的大小并使各個(gè)纖維集束的張力大小相同是一項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)。我們經(jīng)過(guò)多次研究試驗(yàn)，采用在回轉(zhuǎn)式纏繞機(jī)上設(shè)置多處調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)來(lái)解決這一難題，在纏繞機(jī)回轉(zhuǎn)盤(pán)的掛紗線軸上裝有調(diào)節(jié)裝置可以調(diào)節(jié)紗盤(pán)上摩擦盤(pán)阻力的大小，在籠狀滾筒上各個(gè)纖維集束上都安裝有張力控制機(jī)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)纖維集束張力的控制和調(diào)節(jié)。

⑷螺旋模：螺旋模及相應(yīng)導(dǎo)向定位裝置的設(shè)計(jì)是極其復(fù)雜的工作也是增強(qiáng)層加工中的關(guān)鍵技術(shù)，直接影響骨架層和縱向增強(qiáng)層的成型。

⑸各設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)控制：管道采用一步法成型，這就需要各設(shè)備同時(shí)運(yùn)行并且保持設(shè)備間運(yùn)行的協(xié)調(diào)一致，為了解決這一難點(diǎn)，回轉(zhuǎn)式纏繞機(jī)和玻璃紙纏繞機(jī)等加工設(shè)備均采用伺服電機(jī)作為動(dòng)力裝置，通過(guò)伺服電機(jī)控制系統(tǒng)以及編寫(xiě)相關(guān)復(fù)雜控制程序?qū)崿F(xiàn)了各設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)控制。

4 連續(xù)纏繞工藝研發(fā)的戰(zhàn)略意義

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國(guó)能源供應(yīng)與消費(fèi)關(guān)系矛盾日益突出，國(guó)內(nèi)迫切需要對(duì)具有戰(zhàn)略接替性的海洋領(lǐng)域進(jìn)行開(kāi)發(fā)，油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要大量的先進(jìn)裝備，其中柔性輸送管道是必不可少的。

連續(xù)纏繞工藝是海洋柔性管道生產(chǎn)過(guò)程中的重要技術(shù)問(wèn)題，之前一直被國(guó)外少數(shù)幾家公司壟斷，對(duì)我國(guó)實(shí)行技術(shù)封鎖和價(jià)格壟斷，嚴(yán)重制約我國(guó)海洋油氣開(kāi)采的進(jìn)程。連續(xù)纏繞工藝的開(kāi)發(fā)為海洋柔性輸送管道的國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，加速我國(guó)海洋油氣開(kāi)采的進(jìn)程。

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