一種采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，該方法包括：參數設計、樹脂膠液的配制，模具處理，交替纏繞成型，分段加熱固化，脫模打錐，螺紋制作。本發(fā)明整個工藝設計合理，可操作性強，可滿足用于生產不同尺寸和強度要求的煤層氣管道，制備得到的管道質量優(yōu)越。本發(fā)明提供的小角度、大角度雙角度纏繞角交替纏繞工藝，其中的小角度纏繞可以有效地增加管道在軸向的拉伸強度，大角度纏繞可以彌補環(huán)向強度的不足從而使管道在增加軸向強度的同時不會大幅削弱環(huán)向強度和失效強度，在不大幅增加壁厚的情況下來達到煤層氣管道的使用要求，生產成本更低，生產效率更高，可克服現(xiàn)有技術的諸多不足。
【專利說明】一種采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及一種復合材料煤氣層管道的制備方法，具體涉及一種通過玻璃纖 維增強環(huán)氧樹脂工藝來制造具有高軸向拉伸強度的煤層氣管道的方法。

【背景技術】
[0002] 由于環(huán)氧管道具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、耐疲勞性能，具有更長的使用壽命，而且重 量輕，安裝成本低等優(yōu)點，所以被廣泛地用于石油化工、城市給排水、溫泉管線等領域。
[0003] 在上述領域中管道大多數都是以平鋪的方式使用，但在煤氣層管道項目中，由于 使用環(huán)境的特殊性，需要管道堅直工作，因此需要在能滿足失效壓力的同時具有更好的軸 向拉伸強度?，F(xiàn)有技術生產的普通環(huán)氧管道在不大幅增加壁厚的情況下無法滿足煤層氣管 道的軸向拉伸強度的使用要求，現(xiàn)有生產方法制備得到的煤層氣管道，在普通環(huán)氧管道中 的強度主要集中在環(huán)向方向，而無法使纖維的強度很好的體現(xiàn)在軸向方向。因此如果繼續(xù) 使用普通環(huán)氧管道來替代鋼管作為煤氣層管道，就必須大幅增加管道的厚度來保證其具有 足夠的軸向拉伸強度，但這樣就會增加產品的成本，而且也會進一步影響生產效率，運輸成 本，安裝成本，存在較大的不足。


【發(fā)明內容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種工藝設計合理，可 操作性強，成本低，質量易控制的高拉伸強度環(huán)氧管道的制備方法。采用本發(fā)明提供的方法 制備得到的環(huán)氧管道采用API標準螺紋連接，其壁厚沒有大幅增加，而且具有優(yōu)越的軸向 拉伸強度，并成本更低，生產效率更高。
[0005] 技術方案：為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0006] -種采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，其包括以下步驟：
[0007] (a)參數設計：
[0008] 根據管道承受壓力要求和管道直徑計算出管道的壁厚：
[0009] Ps = 0.67 X
[0010] 其中Ps為靜態(tài)壓力等級、t為管道壁厚、Ss為95%的置信下限時，20年長期靜水 壓強度、D為管道平均直徑；
[0011] 將纏繞角設計為小角度、大角度時，根據管道直徑計算相應的纏繞沙片寬度、選擇 切點數、紗股數等參數；
[0012] tana = jiD/d
[0013] 其中a為纏繞角、D為管道的平均直徑、d為纏繞沙片寬度；
[0014] d = nXmX
[0015] 其中d為纏繞沙片寬度，η為切點數、m為纏繞沙股數、d梳為分紗梳的梳寬；
[0016] (b)纏繞前準備，具體方法為：
[0017] 準備好纏繞小車、纏繞芯模、檢查加熱系統(tǒng)；
[0018] 清理膠槽中的雜物，保持導紗板、分紗梳的清潔，并按排列順序穿好纏繞紗；
[0019] 配制好膠液；
[0020] (C)纏繞步驟，具體方法為：
[0021] 第一次纏繞時，首先把纏繞芯模加熱至120?140°C，然后在此溫度下從頭到尾均 勻涂刷三次脫模劑，涂完后，把纏繞芯模冷卻至35?50°C，正式纏繞時再往纏繞芯模上涂 一層脫模劑，
[0022] 將膠液倒入膠槽中，啟動纏繞設備進行纏繞，纏繞紗穿過導紗板、分紗梳后進入膠 槽中浸滿膠液后，在纏繞小車的帶動下，纏繞紗在纏繞芯模上按小角度和大角度纏繞角交 替纏繞，在纏繞芯模上進行鋪層，并且在纏繞芯模的兩端纏繞時，進行加厚纏繞（加厚纏繞 的目的是便于后續(xù)在管道兩端進行打錐，加厚纏繞可以通過增加纏繞紗在小角度方向纏繞 時間來實現(xiàn)）。
[0023] ⑷固化、脫模、制作陽螺紋具體方法為：
[0024] 待纏繞結束后，通入蒸汽加溫固化，分別在IKTC、120°C、130°C、140°C、150°C、 160°C下進行階段分段固化；待管道固化完全后脫模，定長切割、打錐，制作API標準螺紋。
[0025] 作為優(yōu)選方案，以上所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，所 述的纏繞紗為無堿無捻玻璃纖維。
[0026] 作為優(yōu)選方案，以上所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，步 驟（b)中所述的膠液為酸酐體系膠液或者芳胺體系膠液。
[0027] 作為優(yōu)選方案，以上所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，本 發(fā)明通過大量實驗設計篩選，得到根據管道承受壓力要求，計算出管道直徑的方法，并且根 據其中纏繞角和管道的平均直徑計算出最佳的纏繞沙片寬度；另外再經過優(yōu)選的公式計算 出纏繞過程中纏繞紗的切點數，纏繞沙股數和設計出最優(yōu)的分紗梳的梳寬。從而可以纏繞 制備得到具有優(yōu)越的軸向拉伸強度和合適的壁厚的管道。在纏繞過程中不會出現(xiàn)斷紗、毛 紗、白紗等現(xiàn)象。
[0028] 作為優(yōu)選方案，以上所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法步驟 (c)中的小角度為30度，大角度為60度。步驟（c)中纏繞角度為30度時，纏繞的速度為 29. 54mm/s?35mm/s ;纏繞角度為60度時，纏繞的速度為75mm/s?81. 24mm/s。
[0029] 作為更加優(yōu)選方案，以上所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方 法，步驟（c)中纏繞角度為30度時，纏繞的速度為31mm/s，纏繞角度為60度時，纏繞的速度 為80mm/s。本發(fā)明為了得到實現(xiàn)在不大幅增加管道壁厚的前提下，通過大量實驗優(yōu)化設計， 采用小角度（30度）、大角度（60度）雙角度纏繞角交替纏繞工藝，其中纏繞速度是關鍵因 素，本發(fā)明通過大量實驗篩選出最佳的纏繞的速度為：小角度角纏繞時，速度保持在31mm/ s左右；大角度角纏繞時，速度保持在80mm/s左右；這樣可以克服現(xiàn)有技術由于纏繞速度不 合適出現(xiàn)的斷紗、毛紗、白紗等現(xiàn)象，制備得到的管道具有優(yōu)越的軸向拉伸強度和合適的壁 厚。
[0030] 作為優(yōu)選方案，以上所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，步 驟（d)中在110°〇、1201：、1301：、1401：、1501：、1601：下分段固化的時間為
[0031]

【權利要求】
1. 一種采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，其特征在于，包括以下步 驟： (a) 參數設計： 根據管道承受壓力要求和管道直徑計算出管道的壁厚：
其中Ps為靜態(tài)壓力等級、t為管道壁厚、Ss為95%的置信下限時，20年長期靜水壓強 度、D為管道平均直徑； 選定纏繞角度，根據管道直徑計算相應的纏繞沙片寬度、選擇切點數、紗股數等參數； tan a = ji D/d 其中α為纏繞角、D為管道的平均直徑、d為纏繞沙片寬度； d = nXmX dK 其中d為纏繞沙片寬度，η為切點數、m為纏繞沙股數、d梳為分紗梳的梳寬； 然后根據設計好的管道的壁厚值來計算纏繞紗的鋪層數，并使纏繞紗按照小角度、大 角度相間纏繞的原則來作為鋪層順序； (b) 纏繞前準備，具體方法為： 準備好纏繞小車（1)、纏繞芯模（2)、檢查加熱系統(tǒng)； 清理膠槽（3)中的雜物，保持導紗板（4)、分紗梳（5)的清潔，并按排列順序穿好纏繞紗 (6)； 配制好膠液； (c) 纏繞步驟，具體方法為： 第一次纏繞時，首先把纏繞芯模（2)加熱至120?140°C，然后在此溫度下從頭到尾均 勻涂刷三次脫模劑，涂完后，把纏繞芯模（2)冷卻至35?50°C，正式纏繞時再往纏繞芯模 (2)上涂一層脫模劑， 將膠液倒入膠槽（3)中，啟動纏繞設備進行纏繞，纏繞紗￠)穿過導紗板（4)、分紗梳 (5)后進入膠槽（3)中浸滿膠液后，在纏繞小車（1)的帶動下，纏繞紗（6)在纏繞芯模（2) 上按小角度和大角度纏繞角交替纏繞，在纏繞芯模（2)上進行鋪層，并且在纏繞芯模（2)的 兩端纏繞時，進行加厚纏繞； (d) 固化、脫模、制作陽螺紋具體方法為： 待纏繞結束后，通入蒸汽加溫固化，分別在IKTC、120°C、130°C、140°C、150°C、160°C下 進行階段分段固化；待管道固化完全后脫模，定長切割、打錐，制作陽螺紋，螺紋采用API標 準螺紋。
2. 根據權利要求1所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，其特征在 于，所述的纏繞紗（6)為無堿無捻玻璃纖維。
3. 根據權利要求1所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，其特征在 于，步驟（b)中所述的膠液為酸酐體系膠液或者芳胺體系膠液。
4. 根據權利要求1所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，其特征在 于，步驟（c)中的小角度為30度，大角度為60度。
5. 根據權利要求4所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，其特征在 于，步驟（C)中纏繞角度為30度時，纏繞的速度為29. 54mm/s?35mm/s ;纏繞角度為60度 時，纏繞的速度為75mm/s?81. 24mm/s。
6.根據權利要求1所述的采用雙角度交替纏繞工藝制備煤層氣管道的方法，步驟（d) 中在iio°c、i2〇°c、i3(rc、i4(rc、i5(rc、i6(rc下分段固化的時間如下表所示：
【文檔編號】B29C70/32GK104385616SQ201410620298
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權日:2014年11月6日
【發(fā)明者】喬光輝, 郭德有, 徐建英, 王思超, 蘇海波, 孫玉軍, 任新見 申請人:連云港中復連眾復合材料集團有限公司