一種高性能快速連接高壓FRP輸油管的設(shè)計(jì)研發(fā)

麻士琦，張 雨，崔 虎，劉申武

（1.衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北衡水 053000；2.河北可耐特玻璃鋼有限公司，河北衡水 053000）

一種高性能快速連接高壓FRP輸油管的設(shè)計(jì)研發(fā)

麻士琦1，張 雨1，崔 虎2，劉申武2

（1.衡水職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北衡水 053000；2.河北可耐特玻璃鋼有限公司，河北衡水 053000）

復(fù)合材料管道以其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)充。設(shè)計(jì)了一種FRP輸油管，可用于野外應(yīng)急輸油，在保證各項(xiàng)性能的前提下，減輕重量，提高耐腐蝕性、抗靜電性及連接速度，可大幅度提高管線的鋪設(shè)、撤收速度和搶險(xiǎn)救援效率，提高管線系統(tǒng)的安全可靠性。

快速連接；輸油管；FRP；修復(fù)

1 前言

當(dāng)供油中心或油庫發(fā)生故障時(shí)，為保證油料安全及時(shí)的輸送，常需要鋪設(shè)應(yīng)急供油管線。目前，我國搶險(xiǎn)救災(zāi)、應(yīng)急救援、野戰(zhàn)用輸油管線主要為金屬硬質(zhì)管。金屬管線以薄壁碳素鋼或低合金鋼為主，薄壁碳素鋼或低合金鋼管線有很多缺陷，如每根6m長的油管，重量達(dá)60～80kg，鋪設(shè)地點(diǎn)往往在野外，地形復(fù)雜，需要大量人工；管鋼和接頭部分都是焊接而成，焊縫缺陷處極易滲漏、撕裂；雖管內(nèi)外壁均涂有防腐層，當(dāng)防腐層破壞后，會(huì)產(chǎn)生腐蝕凹坑等缺陷。

2 快速連接高壓FRP輸油管的設(shè)計(jì)

快速連接高壓RRP輸油管的設(shè)計(jì)主要包括材料的選擇、快速連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、泄露快速修補(bǔ)方法的研究等。

2.1 輸油管材料的選擇

易腐蝕已成為金屬輸油管線難以克服的缺陷，而復(fù)合材料管道以其高強(qiáng)輕質(zhì)、耐腐蝕的特性應(yīng)運(yùn)而生。但是傳統(tǒng)的FRP材料雖然同樣具有耐腐性好，設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特性，往往只適用于低溫低壓環(huán)境中，不滿足應(yīng)急輸油管線的使用條件。

在快速連接高壓FRP輸油管的設(shè)計(jì)過程中，基體樹脂及增強(qiáng)材料的選擇尤為重要，決定了輸油管的成品特性。采用玻璃鋼纖維布、工程塑料以及碳纖維短切絲、碳纖維編織布高溫熔化制成專用原料，再通過樹脂高溫固化形成復(fù)合材料纏帶。

2.2 快速連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

快速連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與輸油管鋪設(shè)速度緊密相關(guān)，同時(shí)對(duì)其又有操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及耐壓方面的要求。

本文設(shè)計(jì)了一種塞銷式快速接頭。這種塞銷式快速接頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅由承管和插管組成，承管中帶有銷片和U形密封圈，插管中帶有凹圓形的銷槽。裝接時(shí)，只需要將插管插入承管，轉(zhuǎn)動(dòng)一下，放置地面即可；拆卸時(shí)只要抬起一根管子，轉(zhuǎn)動(dòng)1/4圈，就可以將管子分離開。另外如果需要臨時(shí)將管路搬移位置時(shí)，也可在連接狀態(tài)下移動(dòng)。在輸送燃料時(shí)，承管內(nèi)的橡膠密封圈將壓緊插管頭部，并施加銷片一定壓力使其牢牢固定在插管的銷槽內(nèi)，從而使輸油管在工作狀態(tài)下保持良好的密封狀態(tài)，且穩(wěn)固連接。

2.3 泄露快速修補(bǔ)方法的研究

本文設(shè)計(jì)的輸油管主要應(yīng)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)、應(yīng)急救援以及野戰(zhàn)輸油等。腐蝕以及人為破壞是輸油管線失效的主要原因。油料一旦泄露，將嚴(yán)重影響物資輸送，甚至引起爆炸，所以需要及時(shí)對(duì)輸油管進(jìn)行快速的維修補(bǔ)強(qiáng)。

通過對(duì)國內(nèi)外先進(jìn)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的研究，可將維修補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)分為三大類，如焊接修復(fù)、夾具修復(fù)、復(fù)合材料修復(fù)等。考慮到材料的匹配性，本文設(shè)計(jì)的玻璃鋼輸油管采用復(fù)合材料修復(fù)的方法，另外此種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以在“不停輸、不動(dòng)火”的條件下進(jìn)行，更加安全，且不影響正常的油料輸送。

復(fù)合材料修復(fù)常用的材料為碳纖維和玻璃纖維。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，兩者的區(qū)別主要有以下幾點(diǎn)：碳纖維補(bǔ)強(qiáng)具有更優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度和彈性模量；玻璃纖維適用于干法纏繞，碳纖維適用于濕法纏繞，在施工方面，碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)更易于實(shí)施；另外玻璃纖維強(qiáng)度較低，補(bǔ)強(qiáng)層較厚。綜上所述，本文設(shè)計(jì)的輸油管采用了碳纖維復(fù)合材料修復(fù)方法。在施工時(shí)，先采用專用的填補(bǔ)劑將缺陷填平，然后在管壁上涂環(huán)氧底漆，最后在管道上纏繞碳纖維和環(huán)氧樹脂，待固化后則形成修補(bǔ)層。

3 結(jié)論

采用復(fù)合材料工藝技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)薄壁碳鋼或者低合金鋼硬質(zhì)輸油管線，研制了一種輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高壓、快速連接、可快速修復(fù)的復(fù)合材料輸油管。主要應(yīng)用于集中油庫輸油管線、野外油料的應(yīng)急輸送管線、其他輸油管線等。采用這種輸油管線輸送油料與傳統(tǒng)的硬質(zhì)管線系統(tǒng)相比，還具有耐腐蝕、阻燃、內(nèi)壁光滑阻力小、耐沖擊、安裝速度快等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)提高管線的鋪設(shè)和撤收速度，減小勞動(dòng)強(qiáng)度及施工成本，應(yīng)用價(jià)值非常突出。

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Design and Development of a High Performance and High Speed FRP Oil Pipeline

Ma Qi，Zhang Yu，Cui Hu，Liu Shen-wu

The composite pipe has been widely used in the fields of light weight，high strength，corrosion resistance and strong design.The design of a FRP pipe can be used for oil field emergency，in the premise of the performance，reduce weight，improve corrosion resistance，antistatic property and connection speed，can greatly improve the efficiency of pipeline laying，withdrawal speed and rescue，improve the safety and reliability of pipeline system.

rapid connection；oil pipeline；FRP；repair

TQ327

B

1003-6490（2017）01-0096-01

2017-01-19

河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目 課題編號(hào)：15211237。

麻士琦（1969—），男，河北石家莊人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。