CN108561660B - 一种纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接接头及方法 - Google Patents
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Abstract
一种纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接接头及方法，采用凸面接头和凹面接头的连接来实现，凸面接头、凹面接头与复合连续管管体连为整体。凸面接头和凹面接头的制作过程同复合连续管管体生产过程同步连续进行，一条复合连续管一端的凹面接头与另外一条复合连续管一端的凸面接头通过螺栓连接，凸面接头与凹面接头之间安装两个密封圈，两条复合连续管连接之后，与内部输送介质接触的部位均为内衬层，内衬层都为防腐蚀的热塑性塑料，因此连接接头不会降低管线的防腐蚀性能，且管线管径一致，不存在机械扣压式金属接头部分管径变小的问题，不影响输送效率，采用该方法连接的管线内部全部为防腐蚀热塑性塑料，并且易于实现现场连接，安装速度快。
Description
技术领域
本发明属于非金属复合管领域，具体涉及一种纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接接头及方法。
背景技术
非金属管道具有优异的耐腐蚀性，已成为油气田集输管道防腐蚀的一个重要发展方向。油气田用非金属管道已从最初的玻璃钢管，发展到现在包括可盘绕式纤维增强热塑性塑料复合连续管、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。非金属复合连续管一般采用内衬层、增强层和外保护层的三层结构。现有非金属复合连续管主要采用机械扣压式金属接头来连接，即先将金属接头插入复合管体内衬层，再采用外部扣压或者内胀的方式使金属接头与非金属管体复合。如中国专利公开号为CN201925632 U的实用新型专利公开了一种扣压式复合压力管接头以及管道连接结构就属于扣压式金属接头连接形式。采用扣压金属接头连接的整条非金属输送管线存在局部金属通道，局部金属通道的出现会带来四个方面的不利因素。一是金属材料与输送的介质直接接触，若金属材料选材不当，会受到输送介质的腐蚀，进而影响整条管线的服役时间，增加了运行风险；二是由于金属接头是插入非金属复合连续管内部的，因此金属接头形成的通道管径要小于整条管线的管径，影响管线的输送效率；三是扣压金属接头与非金属管体之间的结合力仅由其二者之间的摩擦力提供，结合强度有限，大大小于非金属管体的拉伸强度，在施工工程中有接头滑脱的风险；四是用来输送高压天然气的非金属复合管线，气体介质会从金属接头与复合管内衬层扣压的界面缓慢渗透到复合管的结构层，导致复合管结构层失效。
为此，现有技术也提出了一些新型连接方式，如中国专利公开号为CN 103267192A的发明专利公布了一种柔性复合管接头及其连接方法。该专利中提出采用热塑性塑料材料制作接头，接头与复合管管体通过超声波焊接连接，接头与接头之间通过法兰的方式连接。通过试验发现该发明提出的接头及其连接方法只适用于较低的工作压力，因为接头处没有类似复合管管体增强层的结构，仅为均一塑料材质，其接头处承压性能大大低于复合管管体的承压性能。
发明内容
本发明针对上述现有技术中的不足，目的在于提供一种纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接接头及方法，解决非金属复合连续管采用机械扣压式金属接头连接带来的不利因素。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接接头，包括设置在第一复合连续管管体端部的凸面接头以及设置在第二复合连续管管体端部的凹面接头，凸面接头与凹面接头相配合，其中，所述凸面接头包括凸面金属内嵌体；第一复合连续管管体与第二复合连续管管体结构相同，第一复合连续管管体包括内衬层，内衬层外侧包裹有增强层，增强层外侧包裹有外保护层；凸面金属内嵌体套装在第一复合连续管管体的内衬层的端部，凸面金属内嵌体和第一复合连续管管体的外保护层外部设置有纤维与热固性树脂的复合材料；凹面接头包括与凸面金属内嵌体相配合的凹面金属内嵌体，凹面金属内嵌体设置在第二复合连续管管体的内衬层的端部，凹面金属内嵌体和第二复合连续管管体的外保护层的外侧设置有纤维与热固性树脂的复合材料。
本发明进一步的改进在于，凸面金属内嵌体包括凸面本体，凸面本体端部设置有凸面台肩，凸面本体外壁上设置有若干个环形凸起；凹面金属内嵌体包括凹面本体，凹面本体端部设置有凹面台肩，凹面台肩与凸面台肩相匹配。
本发明进一步的改进在于，凸面本体的环形凸起与凹面本体上的环形凸起均为3～5个；凸面本体和凹面本体上的环形凸起均等间距设置，并且相邻两个环形凸起之间的距离为40～60mm。
本发明进一步的改进在于，凸面本体上距凸面台肩最远的环形凸起上开设有若干个用于改变复合材料的缠绕方向及角度的凹槽；凹面本体上距凹面台肩最远的环形凸起边缘开设有若干个用于改变复合材料的缠绕方向及角度的凹槽。
本发明进一步的改进在于，凸面台肩周向均匀开设有若干螺孔，凹面台肩周向均匀开设有若干螺孔，通过穿过凹面台肩和凸面本体上的螺孔的螺栓将凸面接头与凹面接头相连。
本发明进一步的改进在于，凸面台肩与凹面台肩之间设置密封圈。
本发明进一步的改进在于，纤维与热固性树脂的复合材料缠绕的角度为65°～85°，缠绕的厚度为8～50mm。
一种接头的连接方法，凸面接头的制作过程同复合连续管管体生产过程同步连续进行，在第一复合连续管的内衬层端部上安装凸面金属内嵌体之后，对与凸面金属内嵌体相连的内衬层端部进行加厚翻边处理，然后采用与增强层连续的纤维和热固性树脂复合后在复合连续管管体及凸面金属内嵌体上缠绕，使凸面金属内嵌体完全被置于纤维与热固性树脂的复合材料之中，固化后凸面接头制作完成，同时在内衬层上依次包裹增强层和外保护层；
凹面接头的制作过程同复合连续管管体生产过程同步连续进行，在第二复合连续管的内衬层端部上安装凹面金属内嵌体之后，对与凹面金属内嵌体相连的内衬层端部进行加厚翻边处理，然后与增强层连续的纤维和热固性树脂复合后在复合连续管管体及凹面金属内嵌体上缠绕，使凹面金属内嵌体完全被置于纤维与热固性树脂的复合材料之中，固化后凹面接头制作完成，同时在内衬层上依次包裹增强层和外保护层；采用螺栓将凸面接头与凹面接头相连。
本发明进一步的改进在于，纤维与热固性树脂的复合材料缠绕的角度为65°～85°，缠绕的厚度为8～50mm；凸面金属内嵌体的材质为钢铁。
本发明进一步的改进在于，纤维与热固性树脂的复合材料通过以下过程制备：将纤维浸渍在热固性树脂中制得；其中，纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、涤纶纤维或芳纶纤维；热固性树脂为环氧树脂、不饱和聚酯树脂或乙烯基酯树脂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置凸面接头以及与凸面接头相配合的凹面接头，并且凸面金属内嵌体套装在第一复合连续管管体的内衬层的端部，凹面金属内嵌体设置在第二复合连续管管体的内衬层的端部，凹面金属内嵌体与凸面金属内嵌体相配合，实现纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接，本发明具有较强的工作压力，并且施工工程中有接头不会滑脱，同时具有较好的承压性能。
进一步的，通过穿过凹面台肩和凸面本体的螺栓将凸面接头与凹面接头相连，易于安装。
本发明提出的一种可盘绕式纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接方法，采用凸面接头和凹面接头的连接来实现，凸面接头、凹面接头与复合连续管管体连为整体，因此连接后的接头拉伸强度不低于复合管管体拉伸强度，凹面接头中金属内嵌体上带有增加与纤维及热固性树脂界面面积的环形凸起，可大大增加金属内嵌体与复合连续管的结合强度，避免类似机械扣压式接头易脱出的问题，一条可盘绕式纤维增强热塑性塑料复合连续管一端的凹面接头与另外一条可盘绕式纤维增强热塑性塑料复合连续管一端的凸面接头通过螺栓连接，凸面接头与凹面接头之间安装两个密封圈，两条复合连续管连接之后，与内部输送介质接触的部位均为内衬层，内衬层都为防腐蚀的热塑性塑料，因此连接接头不会降低管线的防腐蚀性能，且管线管径一致，不存在机械扣压式金属接头部分管径变小的问题，不影响输送效率，采用该方法连接的管线内部全部为防腐蚀热塑性塑料，不仅管线内部耐输送介质腐蚀，管线外部局部裸露的马氏体不锈钢也可防止外部环境对管线接头的外部腐蚀，服役寿命长，且该方法易于现场连接，安装速度快。
进一步的，本发明中对与凸面金属内嵌体相连的内衬层端部进行加厚翻边处理，能够增加内衬层与凸面接头端面的密封性。对与凹面金属内嵌体相连的内衬层端部进行加厚翻边处理，能够增加内衬层与凹面接头端面的密封性。
附图说明
图1为带凸面接头的复合连续管纵向剖面示意图；
图2为带凹面接头的复合连续管纵向剖面示意图；
图3为复合连续管连接示意图。
其中：1、内衬层；2、增强层；3、保护层；4、凸面金属内嵌体；5、环形凸起；6、螺孔；7、凹面金属内嵌体；8、第一密封圈；9、螺栓；10、第二密封圈；11、凸面本体；12、凸面台肩；13、凹面本体；14、凹面台肩。
具体实施方式
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。
请参阅图1、图2和图3，本发明提供的一种可盘绕式纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接接头，包括设置在第一复合连续管管体端部的凸面接头以及设置在第二复合连续管管体端部的凹面接头，凸面接头与凹面接头相配合，其中，所述凸面接头包括凸面金属内嵌体4；第一复合连续管管体与第二复合连续管管体结构相同，第一复合连续管管体包括内衬层1，内衬层1外侧包裹有增强层2，增强层2外侧包裹有外保护层3；凸面金属内嵌体4套装在第一复合连续管管体的内衬层1的端部，凸面金属内嵌体4和第一复合连续管管体的外保护层3外部设置有纤维与热固性树脂的复合材料；凸面金属内嵌体4包括凸面本体11，凸面本体11端部设置有凸面台肩12，凸面本体11外壁上设置有3～5个环形凸起5；
凹面接头包括与凸面金属内嵌体4相配合的凹面金属内嵌体7，凹面金属内嵌体7设置在第二复合连续管管体的内衬层1的端部，凹面金属内嵌体7和第二复合连续管管体的外保护层3的外侧设置有纤维与热固性树脂的复合材料。凹面金属内嵌体7包括凹面本体13，凹面本体13端部设置有凹面台肩14，凹面台肩14与凸面台肩12相匹配。
凸面本体11的环形凸起5与凹面本体13上的环形凸起5均为3～5个；凸面本体11和凹面本体13上的环形凸起5均等间距设置，并且相邻两个环形凸起5之间的距离为40～60mm。凸面本体11外壁上的环形凸起5的作用是增强凸面金属内嵌体4与复合连续管管体的结合强度。凹面本体外壁上的环形凸起5的作用是增强凹面金属内嵌体7与复合连续管管体的结合强度。
凸面本体11上距凸面台肩12最远的环形凸起上开设有4个用于改变复合材料的缠绕方向及角度的凹槽；凹面本体13上距凹面台肩14最远的环形凸起边缘开设有4个用于改变复合材料的缠绕方向及角度的凹槽。
凸面台肩12周向均匀开设有若干螺孔6，凹面台肩14周向均匀开设有8个螺孔6，通过穿过凹面台肩14和凸面本体11上的螺孔6的螺栓将凸面接头与凹面接头相连。
凸面台肩12与凹面台肩14之间设置密封圈。
纤维与热固性树脂的复合材料缠绕的角度为65°～85°，缠绕的厚度为8～50mm。
上述连接接头的连接方法具体如下：
凸面接头的制作过程同复合连续管管体生产过程同步连续进行，在第一复合连续管管体的内衬层1端部上安装凸面金属内嵌体4之后，对与凸面金属内嵌体4相连的内衬层1端部进行加厚翻边处理，然后采用与增强层2连续的纤维和热固性树脂复合后在第一复合连续管及凸面金属内嵌体4上采用一定角度缠绕一定的厚度，使凸面金属内嵌体4完全被置于纤维与热固性树脂的复合材料之中，固化后凸面接头制作完成，同时在内衬层1上依次包裹增强层2和外保护层3；
凹面接头的制作过程同凸面接头相同，只将凸面金属内嵌体4换为凹面金属内嵌体7即可。具体为：凹面接头的制作过程同复合连续管管体生产过程同步连续进行，在第二复合连续管的内衬层1端部上安装凹面金属内嵌体7之后，对与凹面金属内嵌体7相连的内衬层1端部进行加厚翻边处理，然后采用与增强层2连续的纤维和热固性树脂复合(纤维和热固性树脂复合为将纤维经热固性树脂浸渍，浸渍后即得到纤维与热固性树脂的复合材料)后在第二复合连续管管体及凹面金属内嵌体7上采用一定角度缠绕一定的厚度，使凹面金属内嵌体7完全被置于纤维与热固性树脂的复合材料之中，固化后凹面接头制作完成，同时在内衬层1上依次包裹增强层2和外保护层3；采用螺栓将凸面接头与凹面接头相连。
将纤维与热固性树脂的复合材料缠绕在凸面金属内嵌体4以及外保护层3上，纤维与热固性树脂的复合材料缠绕的角度为65°～85°，缠绕的厚度为8～50mm。
凸面金属内嵌体4的材质为钢铁，优先选用马氏体不锈钢。
纤维与热固性树脂的复合材料优先选用的纤维材料与复合连续管管体增强层的纤维材料是连续不间断的同一种纤维。
纤维与热固性树脂的复合材料通过以下过程制备：将纤维浸渍在热固性树脂中制得。其中，纤维为无机或有机纤维，优先选用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、涤纶纤维或芳纶纤维；热固性树脂优先选用环氧树脂、不饱和聚酯树脂或乙烯基酯树脂。
本发明中对与凸面金属内嵌体4相连的内衬层1端部进行加厚翻边处理，能够增加内衬层与凸面接头端面的密封性。
对与凹面金属内嵌体7相连的内衬层1端部进行加厚翻边处理，能够增加内衬层与凹面接头端面的密封性。
通过穿过凹面台肩14和凸面本体11上的螺孔6的螺栓将凸面接头与凹面接头相连，连接时，凸面台肩12的凸出面与凹面台肩14的凹陷面之间设置第一密封圈8，凸面台肩12与凹面台肩14之间设置第二密封圈10。
凹面金属内嵌体7的材质与凸面金属内嵌体4相同。一条可盘绕式纤维增强热塑性塑料复合连续管的凸面接头与另外一条可盘绕式纤维增强热塑性塑料复合连续管的凹面接头连接后，可实现可盘绕式纤维增强热塑性塑料复合连续管之间的连接。所述凸面接头尺寸可与凹面接头的尺寸配合，满足密封效果。
实施例1：DN80mm PN26MPa可盘绕式玻璃纤维增强高密度聚乙烯复合连续管的连接方法
复合连续管内衬层1材质为高密度聚乙烯，增强层2为缠绕在内衬层1上的玻璃纤维，外保护层3为包覆在增强层2上的聚乙烯。凸面接头由复合连续管的内衬层1、凸面金属内嵌体4和玻璃纤维与热固性树脂的复合材料三部分构成。所述内衬层1为高密度聚乙烯，凸面金属内嵌体4材质为1Cr13马氏体不锈钢，1Cr13马氏体不锈钢凸面金属内嵌体上加工有三个均匀分布的环形凸起，凸面接头的制作过程同复合连续管管体生产(缠绕)过程同步连续进行，在复合连续管管体的高密度聚乙烯内衬层1端部安装1Cr13马氏体不锈钢凸面金属内嵌体之后，并对与凸面金属内嵌体相连的高密度聚乙烯内衬层1端部进行加厚翻边处理，在安装好的1Cr13马氏体不锈钢凸面金属内嵌体上以及管体增强层2上，缠绕玻璃纤维与环氧树脂的复合材料，其中，环氧树脂按质量份数计，包括6207环氧100份、647酸酐138份、二甲基苯胺1.5份、液体丁腈8份以及丙酮8份，缠绕角度为75°，缠绕完成后在85℃下固化12小时，制作完成；凹面接头制作工艺与凸面接头相同。
一条复合连续管的凸面接头与另一条复合连复合连续管凸面接头续管的凹面接头通过螺栓9紧固连接，连接时加密封圈，实现整条管线连接。连接后进行了验证试验，试验内容包括长时静水压试验和气体密封试验。长时静水压的压力值为39MPa，保压24小时，管体及接头处均未泄漏。气体密封试验的气体压力值为33MPa，保压8小时，管体及接头连接处均未泄漏。
Claims (6)
1.一种纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接接头，其特征在于，包括设置在第一复合连续管管体端部的凸面接头以及设置在第二复合连续管管体端部的凹面接头，凸面接头与凹面接头相配合，其中，所述凸面接头包括凸面金属内嵌体（4）；第一复合连续管管体与第二复合连续管管体结构相同，第一复合连续管管体包括内衬层（1），内衬层（1）外侧包裹有增强层（2），增强层（2）外侧包裹有外保护层（3）；凸面金属内嵌体（4）套装在第一复合连续管管体的内衬层（1）的端部，凸面金属内嵌体（4）和第一复合连续管管体的外保护层（3）外部设置有纤维与热固性树脂的复合材料；凹面接头包括与凸面金属内嵌体（4）相配合的凹面金属内嵌体（7），凹面金属内嵌体（7）设置在第二复合连续管管体的内衬层（1）的端部，凹面金属内嵌体（7）和第二复合连续管管体的外保护层（3）的外侧设置有纤维与热固性树脂的复合材料；
凸面金属内嵌体（4）包括凸面本体（11），凸面本体（11）端部设置有凸面台肩（12），凸面本体（11）外壁上设置有若干个环形凸起（5）；凹面金属内嵌体（7）包括凹面本体（13），凹面本体（13）端部设置有凹面台肩（14），凹面台肩（14）与凸面台肩（12）相匹配；
凸面本体（11）的环形凸起（5）与凹面本体（13）上的环形凸起（5）均为3~5个；凸面本体（11）和凹面本体（13）上的环形凸起（5）均等间距设置，并且相邻两个环形凸起（5）之间的距离为40~60mm；
凸面本体（11）上距凸面台肩（12）最远的环形凸起上开设有若干个用于改变复合材料的缠绕方向及角度的凹槽；凹面本体（13）上距凹面台肩（14）最远的环形凸起边缘开设有若干个用于改变复合材料的缠绕方向及角度的凹槽；
凸面台肩（12）周向均匀开设有若干螺孔（6），凹面台肩（14）周向均匀开设有若干螺孔（6），通过穿过凹面台肩（14）和凸面本体（11）上的螺孔（6）的螺栓将凸面接头与凹面接头相连。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接接头，其特征在于，凸面台肩（12）与凹面台肩（14）之间设置密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性塑料复合连续管的连接接头，其特征在于，纤维与热固性树脂的复合材料缠绕的角度为65°~85°，缠绕的厚度为8~50mm。
4.一种如权利要求1所述的接头的连接方法，其特征在于，凸面接头的制作过程同复合连续管管体生产过程同步连续进行，在第一复合连续管的内衬层（1）端部上安装凸面金属内嵌体（4）之后，对与凸面金属内嵌体（4）相连的内衬层（1）端部进行加厚翻边处理，然后采用与增强层（2）连续的纤维和热固性树脂复合后在复合连续管管体及凸面金属内嵌体（4）上缠绕，使凸面金属内嵌体（4）完全被置于纤维与热固性树脂的复合材料之中，固化后凸面接头制作完成，同时在内衬层（1）上依次包裹增强层（2）和外保护层（3）；
凹面接头的制作过程同复合连续管管体生产过程同步连续进行，在第二复合连续管的内衬层（1）端部上安装凹面金属内嵌体（7）之后，对与凹面金属内嵌体（7）相连的内衬层（1）端部进行加厚翻边处理，然后采用与增强层（2）连续的纤维和热固性树脂复合后在复合连续管管体及凹面金属内嵌体（7）上缠绕，使凹面金属内嵌体（7）完全被置于纤维与热固性树脂的复合材料之中，固化后凹面接头制作完成，同时在内衬层（1）上依次包裹增强层（2）和外保护层（3）；采用螺栓将凸面接头与凹面接头相连。
5.根据权利要求4所述的连接方法，其特征在于，纤维与热固性树脂的复合材料缠绕的角度为65°~85°，缠绕的厚度为8~50mm；凸面金属内嵌体（4）的材质为钢铁。
6.根据权利要求4所述的连接方法，其特征在于，纤维与热固性树脂的复合材料通过以下过程制备：将纤维浸渍在热固性树脂中制得；其中，纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、涤纶纤维或芳纶纤维；热固性树脂为环氧树脂、不饱和聚酯树脂或乙烯基酯树脂。
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