CN115355370A

CN115355370A - 一种大直径高承压海洋输油软管

Info

Publication number: CN115355370A
Application number: CN202211071102.3A
Authority: CN
Inventors: 王浩; 吴智深; 汪昕; 蒋丽娟; 陈兴芬; 李翠梅; 田雨
Original assignee: China Water Resources And Environment Research Institute Suzhou Co ltd; Hengshui Ruixian New Material Technology Co ltd
Current assignee: China Water Resources And Environment Research Institute Suzhou Co ltd; Hengshui Ruixian New Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-02
Filing date: 2022-09-02
Publication date: 2022-11-18

Abstract

本发明公开了一种海洋输油软管，所述海洋输油软管由内向外，依次包括热塑塑料内管、外缠绕预浸带、编织套管和外层涂覆，各层之间呈粘结状态。与现有技术相比，采用本发明制备的海洋输油软管，方便海底复杂地形地貌的铺设；该管道非工作状态下可盘卷，便于储存运输，工作时通过加热加压，使管道恢复工作状态，回收时通过抽真空，使管道再次盘卷，可多次使用。该管道具有良好的力学性能，管道直径可达400‑1000mm，长时间承受内压力55MPa，瞬时承压100Mpa；该管道具有良好的可加工性，可连续生产，接口少，单根管长度可达1公里以上，可在工厂预制或现场加工。该软管各层材料均具有良好的耐化学腐蚀性能，在海底能长时间使用。

Description

一种大直径高承压海洋输油软管

技术领域

本发明属于海洋输油软管技术领域，具体地，涉及一种大直径高承压海洋输油软管。

背景技术

海洋管道按照材质分类来说，主要分为钢管、软管两类，其中软管由金属和聚合物复合而成。相比钢管，软管有易弯曲、易铺设、可回收、更经济、更适合海洋环境等特点。因此，软管材在我国海洋立管和边际油田领域已经逐步开始应用，例如流花11－1和陆丰13－1油田。在国外，软管道已经在陆地及浅水、深水和超深水区域得到了广泛的应用，可以实现长距离、超深水、多方向的输送油气资源。现在海洋立管约85％为软管。

目前的软管一般采用多层复合材料制造，主要由保证液体密闭性的热塑性聚合物材料层以及螺旋结构缠绕的保证管材强度的扁钢组成。热塑性聚合物材料层不仅具有良好的密闭性，还具有良好的耐腐蚀性能；螺旋结构使得软管不仅能承受高压，还能保持弯曲特性，每一层相对独立、但又和其它层相互作用提供需要的结构抗力，使得每一条软管都可以达到不同的力学特性，受到国内外学者及工程界的关注。

但是软管仍然存在一些问题，一方面，管的直径和承压能力仍然不能满足使用需求。目前，代表软管先进水平的康迪泰克公司，生产的软管内径为7英寸时，工作承压达34.5MPa；但当内径到15英寸时，工作承压仅为5MPa。法国Technip公司，生产的软管内径为6英寸时，最大承压120MPa，而当内径为10英寸时，最大承压为72MPa；美国Magma公司，生产的软管直径为2-6英寸，最大承压138MPa。仅通过改变材料属性，很难满足更高的使用需求，必须对结构进行创新；另一方面，当用作海洋输油管时，受其内部传输介质影响，如CO₂、H₂S等含量生产过程中大幅超出设计值等原因，软管中金属结构极易发生腐蚀，降低了软管的使用寿命。因此，亟需一种大直径、高承压、耐腐蚀的软管用于海底输油。

发明内容

发明目的：针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种大直径高承压海洋输油软管，本发明选用了绿色环保的纤维和热塑树脂作为软管主要材料，实现了管道高温充气工作、低温盘卷回收，具有良好的便捷性；并且制备的管道直径大，力学性能高。

技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种海洋输油软管，所述海洋输油软管由内向外，依次包括热塑塑料内管、外缠绕预浸带、编织套管和外层涂覆。

作为优选或者具体实施方案：

所述热塑塑料内管选用高密度聚乙烯HDPE、聚丙烯PP、尼龙PA、聚偏二氟乙烯PVDF、聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK材料的热塑塑料管，具有良好的密封性及耐腐蚀性能，是主要的结构支撑层；该热塑塑料管高温下可二次成型，平时可压缩盘卷，方便运输；工作时通过高温加压，使其成管状；使用完毕后通过负压压缩盘卷。

所述外缠绕预浸带为玄武岩纤维增强或玄武岩纤维与其他纤维混杂增强的热塑塑料预浸带，所述热塑塑料选自高密度聚乙烯HDPE、聚丙烯PP、尼龙PA、聚偏二氟乙烯PVDF、聚苯硫醚PPS或聚醚醚酮PEEK材料，且与热塑塑料内管的材质相同。玄武岩纤维强度高，绿色环保，且具有良好的耐腐蚀性；热塑塑料普遍具有良好的耐腐蚀性能。

进一步优选的，所述其他纤维选自芳纶纤维、碳纤维或玻璃纤维中的一种或几种。

所述外缠绕预浸带的缠绕角度应与热塑塑料内管轴向不小于45°。

所述编织套管采用玄武岩纤维或玄武岩纤维与其他纤维的混合编织套管。编织套管的作用是提供轴向强度，在管道铺设、回收过程中约束管道变形；其中，玄武岩纤维提供强度，其他纤维满足特殊需求。

所述外层涂覆采用聚醚醚酮(PEEK)或聚氨酯材料，使用时将热塑树脂与助剂混合在丙酮溶液中，涂覆于编织管表面，加热烘干，形成整体。

所述热塑塑料内管内壁涂有脱模剂。

有益效果：与现有技术相比，采用本发明制备的海洋输油软管，具有如下特征：本发明一共由3个主要结构组成。内层HDPE管，是一种热塑管道，具有价廉、质轻、耐久性好、可二次成型等优点，在新型海洋软管中获得了成功应用。但是由于HDPE等热塑树脂力学性能较低，既有的软管多采用连续纤维增强做成复合材料作软管。但是在接触油气的过程中，复合材料的密封性相对较差，特别是纤维和基体中的孔隙，往往成为被油气中腐蚀物质腐蚀的关键部位。因此，本发明选择密封性好的纯热塑树脂作为内管，而在内管外部环向缠绕纤维增强热塑性预浸料。预浸带一方面提供高的环向约束，另一方面，预浸料与内管是相同的基体，在加热时预浸料与内管具有良好的粘结性能，能保证内管和预浸带的协同作用。预浸料层是纤维编织套管，起两个作用，分别是提供轴向强度；在管道铺设、回收过程中约束管道变形。由于纤维易受机械损伤，部分纤维耐海水腐蚀性能不行，因此，纤维套管有外层树脂涂覆，作用为：使纤维免受外界机械损伤及腐蚀损伤；使编织套管与预浸带粘结为整体。而考虑到软管高温下二次成型的可行性，在HDPE内关闭涂油脱模剂，使得高温变形后内表面不黏连。该软管实现了对现有海洋输油软管结构和材料的双重创新，具有以下优点：方便海底复杂地形地貌的铺设；该管道非工作状态下可盘卷，便于储存运输，工作时通过加热加压，使管道恢复工作状态，回收时通过抽真空，使管道再次盘卷，可多次使用。该管道具有良好的力学性能，管道直径可达400-1000mm，长时间承受内压力55MPa，瞬时承压100Mpa；该管道具有良好的可加工性，可连续生产，接口少，单根管长度可达1公里以上，可在工厂预制或现场加工。该软管各层材料均具有良好的耐化学腐蚀性能，在海底能长时间使用。

附图说明

图1为本发明海洋输油软管的结构示意图；

图2为本发明海洋输油软管中热塑塑料内管的三个工况下状态图；

具体实施方式

以下对本发明方案进行全面的描述，所述的实施案例是本发明中最优选实施方式，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

一种海洋输油软管，如图1所示，所述海洋输油软管由内向外，依次包括热塑塑料内管、外缠绕预浸带、编织套管和外层涂覆。

所述热塑塑料内管选用高密度聚乙烯HDPE材料的热塑塑料管，具有良好的密封性及耐腐蚀性能，是主要的结构支撑层；该热塑塑料管高温下可二次成型，平时可压缩盘卷，方便运输；工作时通过高温加压，使其成管状；使用完毕后通过负压压缩盘卷。所述热塑塑料内管内壁还涂有脱模剂，避免在回收后，热塑内管的内壁黏在一起无法分离。

所述外缠绕预浸带为玄武岩纤维增强与热塑内管同牌号的HDPE预浸带(采用现有技术中的常规方法进行增强)，其中，纤维体积分数为60％，预浸带总厚度25mm，玄武岩纤维强度高，绿色环保，且具有良好的耐腐蚀性；热塑塑料普遍具有良好的耐腐蚀性能。

所述编织套管采用玄武岩纤维编织套管。编织套管的作用是提供轴向强度，在管道铺设、回收过程中约束管道变形；其中，玄武岩纤维提供强度。

所述外层涂覆采用聚醚醚酮材料，使用时将聚醚醚酮与助剂混合在丙酮溶液中，涂覆于编织套管表面，加热烘干，形成整体。

热塑塑料内管采用挤出工艺制备而成。预浸带采用拉挤工艺制备而成。整个软管的制备过程如下：工序1：管道挤出；工序2：预浸带缠绕；工序3：加热(使热塑塑料内管和外缠绕预浸带有轻微熔融，使两者更贴合)；工序4：套管编织；工序5：涂层涂覆。

管道性能测试：

按照标准《DNV-OS-F101 Submarine Pipilene System》，采用206DP深圳万测液压万能试验机进行测试，当管道直径为400mm时，安全系数取1.5，可承受瞬时压力100MPa。

实施例2

所述外缠绕预浸带为玄武岩纤维和碳纤维增强与热塑内管同牌号的HDPE预浸带(采用现有技术中的常规方法进行增强)，其中，玄武岩纤维和碳纤维体积比为1:1，纤维总体积分数为60％，预浸带总厚度30mm，玄武岩纤维强度高，绿色环保，且具有良好的耐腐蚀性；热塑塑料普遍具有良好的耐腐蚀性能。

所述编织套管采用玄武岩纤维和碳纤维混杂编织套管。编织套管的作用是提供轴向强度，在管道铺设、回收过程中约束管道变形；其中，玄武岩纤维提供强度，碳纤维提高承压能力。

所述外层涂覆采用聚氨酯材料，使用时将聚氨酯与助剂混合在丙酮溶液中，涂覆于编织套管表面，加热烘干，形成整体。

热塑塑料内管采用挤出工艺制备而成，预浸带采用拉挤工艺制备而成。整个软管的制备过程如下：工序1：管道挤出；工序2：预浸带缠绕；工序3：加热；工序4：套管编织；工序5：涂层涂覆。

管道性能测试：

按照标准《DNV-OS-F101 Submarine Pipilene System》，采用206DP深圳万测液压万能试验机进行测试，当管道直径为800mm时，安全系数取1.5，可承受瞬时压力100MPa。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种海洋输油软管，其特征在于，所述海洋输油软管由内向外，依次包括热塑塑料内管、外缠绕预浸带、编织套管和外层涂覆。

2.根据权利要求1所述的海洋输油软管，其特征在于，所述热塑塑料内管选用高密度聚乙烯HDPE、聚丙烯PP、尼龙PA、聚偏二氟乙烯PVDF、聚苯硫醚PPS或聚醚醚酮PEEK材料的热塑塑料管。

3.根据权利要求1所述的海洋输油软管，其特征在于，所述外缠绕预浸带为玄武岩纤维增强或玄武岩纤维与其他纤维混杂增强的热塑塑料预浸带，所述热塑塑料选自高密度聚乙烯HDPE、聚丙烯PP、尼龙PA、聚偏二氟乙烯PVDF、聚苯硫醚PPS或聚醚醚酮PEEK材料，且与热塑塑料内管的材质相同。

4.根据权利要求3所述的海洋输油软管，其特征在于，所述其他纤维选自芳纶纤维、碳纤维或玻璃纤维中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的海洋输油软管，其特征在于，所述外缠绕预浸带的缠绕角度应与热塑塑料内管轴向不小于45°。

6.根据权利要求1所述的海洋输油软管，其特征在于，所述编织套管采用玄武岩纤维或玄武岩纤维与其他纤维的混合编织套管。

7.根据权利要求6所述的海洋输油软管，其特征在于，所述其他纤维选自芳纶纤维、碳纤维或玻璃纤维中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的海洋输油软管，其特征在于，所述外层涂覆采用聚醚醚酮(PEEK)或聚氨酯材料。

9.根据权利要求3所述的海洋输油软管，其特征在于，所述热塑塑料内管内壁涂有脱模剂。