李晓平;李愚;王茀玺;崔可心;周艳红
【摘 要】介绍了非金属复合管道的分类与生产工艺,总结出非金属复合材料在管道上应用时的特点和使用条件,指出了非金属复合材料管道在设计选型、质量监管、施工维护方面的问题,探讨了非金属复合材料管道目前所存在的问题及发展方向. 【期刊名称】《石油工业技术监督》
【年(卷),期】2017(033)010
【总页数】4页(P1-4)
【关键词】多媒体教学平台非金属复合材料;腐蚀;破裂穿孔;介质相容
【作 者】李晓平;李愚;王茀玺;崔可心;周艳红
【作者单位】中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室 北京102249;中国石油 大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室 北京102249;中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室 北京102249;中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室 北京102249;中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室 北京102249
【正文语种】中 文
油气管道发展的一个重要趋势就是不断采用新材料，许多非金属复合材料在石油天然气领域有了很好的发展。长期以来，腐蚀一直困扰着传统的金属管道，反观非金属复合管道，可大大降低腐蚀速率，不仅节省了防腐上的投资，更延长了管道的寿命，使其达到40年甚至50年，这一数据往往是金属管道的几倍。非金属复合管道的另一优势还在于其导热系数和绝对粗糙度小，通常只有金属管道的1%左右，甚至更低。非金属复合管道绝热性能好、内层表面粗糙度低，大大降低了输送过程中的热能和压力能损失，增强了管道的输送能力。此外，输送油品中的微生物所产生的代谢物、析出的蜡晶或污垢等，很难附着在光滑的管道内壁上，因此使用非金属复合管道可降低管道内壁的内腐蚀，同时也可以延长清管周期。非金属长输管道的主要实现形式依赖于复合管材的发展，国内外非金属复合管道的研究与应用主要集中在陆地或海底的油气田集输及短距离输油、输气和输水管道上。目前仍无大型长输管道的应用实例，非金属复合材料管道还有待发展。
锌铝镁
非金属复合管按其制造材质的成型工艺特点可划分成热固性增强复合管和热塑性增强复合管。热固性塑料复合材料是以热固性树脂为基体，以高强玻璃纤维为增强材料的复合管道。热塑性增强复合管是以热塑性树脂为基体，以钢丝或纤维丝为增强材料的复合管道。 1.1.1 高压玻璃管
高压玻璃钢管道是由高性能连续无碱玻璃纤维经树脂浸渍后，以纤维缠绕工艺生产制成的，其承压范围在3.45~34.5 MPa。高压玻璃钢管主要包括由耐热、耐蚀、机械强度高的玻璃纤维、硬化剂和有机化合物环氧树脂构成的酸酐固化玻璃钢管和胺固化玻璃钢管，最大公称直径可达到200 mm。用于集输的管道工作时压力不超过6.3 MPa，用于井中注入的管道工作压力不超过25 MPa，主要应用于油气田的集输、热洗和掺水管道。选用管道时需根据输送介质的不同选择不同的温度。一般情况下用于油的输送时，酸酐固化玻璃钢管温度的上限达到80℃，如果长时间应用，温度应设置不超过65℃；胺固化玻璃钢管温度的上限更高一些，可以达到93℃，如果介质显碱性，长时间应用不应超过65℃。
玻璃钢管的优点是耐腐蚀能力强，具有良好的韧性和极高的强度，其比强度是合金钢的2~3倍[1]，但其材质很脆，柔性很差，在外力作用下很容易破碎，冬季室外施工困难，需
要环境温度达到6℃以上才能连接。
浮油1.1.2 塑料合金复合管钢段
塑料合金复合管里面为塑料合金材料，外面包裹连续纤维增加管道强度。由外到内分别为保护层、增强层和功能层。输送介质温度范围为-30~110℃，压力等级范围为1.6~32 MPa。管线一般采用管螺纹或活接连接。
管材将热塑性树脂与热固性树脂独特的优质特点充分利用起来，具有不易被腐蚀、水力特性好、寿命长、重量轻、耐热范围广和连接密封可靠等优良特性。但其缺点在于塑料合金复合管的结头需要用钢制的，制作上需要更精细的加工，增加成本费用，另外其耐温性能也有待进一步提高。
1.2.1 钢骨架聚乙烯塑料复合管
吸油茶钢骨架聚乙烯塑料复合管使用钢制骨架增加其强度，以热塑性塑料（中密度或高密度聚乙烯）为中间连续的基质，通过管壁中间的钢骨架孔将管壁内层与外层塑料连在一起，以避免钢和塑料这2种材料因热胀冷缩现象而导致的分离问题，同时也可提高管材的抗腐蚀性能。
钢骨架塑料复合管内、外壁的热塑性材料具有：①腐蚀性很小，不会脱落；②管道内壁粗糙度小，摩阻系数小；③保温性好，传热系数低；④柔韧性良好等优点。而其缺点就在于适用温度范围较窄，介质输送温度要求在-20~80℃之间；其次，其压力极限较低，系统的工作压力最高只能到4 MPa，条件受到限制；第三，此种管道的施工难度较大，需要由专业人员进行施工、维修和保护；且如果在恶劣条件下管道发生冻结，无法用热力方法进行解堵[2]。
1.2.2 增强热塑性塑料连续管
增强热塑性塑料连续管也称为连续管、RTP管。现今使用的RTP管基本上采用3层结构，内层一般为不易腐蚀、不易磨损的热塑性塑料管，中间层是起到增加强度的增强层，最外层是具有密封和防护作用的外包覆层；其中，中间层一般是编织缠绕而成，材料常选用聚乙烯纤维丝带、芳纶纤维丝带、聚酰胺纤维带等。RTP管有很高的强度和韧性，在陆地和浅海的石油天然气开采、海底输水管道、消防管道及城镇输水管网中使用居多。高压管的使用压力不超过25 MPa，低压管使用压力不超过7 MPa。使用温度在-40~90℃之间。RTP管为连续的软管，可将管道卷起且方便运输，对敷设的条件要求低。
增强热塑性塑料连续管管道的连续性很好，其单根连续长度可达1 km以上。此外还具有可进行电加热、检测方式更加简便容易等优点。而其缺点在于生产规格小，最大设计规格的内径只能达到65 mm；而且管道保温工作需要到现场操作，若管内介质温度变化较大，操作不便。
1.2.3 柔性复合管
柔性复合管包括柔性复合高压输送管、连续增强塑料复合管和塑钢复合耐高压油田专用管。这3种管道均为连续软管，柔性好、寿命长，设管线的条件要求低，没有焊口的存在。此种管材主要用于油田注水、管线注醇、油气集输等方面。
柔性复合管是一种新材料新工艺创新产品，具有强度高、耐高压、不易腐蚀、表面光滑，摩阻系数小、传热系数低、柔韧性好、使用时间长、绝热性能好、不用防腐处理和增加保温层、操作方便、便于运输、抗低温冲击性能好等优点。工作压力范围为0~32 MPa，内径尺寸范围为17~300 mm，使用寿命为30~50年，使用温度范围为-35~110℃。
复合增强钢管是C-FER、Transcanada等管道公司和管道协会（PRCI）等团体正在研究的
一种创新型管道。复合增强钢管综合了钢材的强度与玻璃纤维等塑料材料的韧性，利用钢管承受轴向力和弯曲应力，利用玻璃纤维增强钢管的承压能力。管道规格没有固定的标准，可以达到提高性能节约成本的目的，实际应用中复合增强钢管在X100级以上高压力输气管道中的优势明显，可以用来代替高强度钢材，对未来油气管道的发展有很大的促进作用，目前实际应用中其压力上限为15 MPa。
内层用树脂作为涂层决定了在输送介质时的抗腐蚀性能强，而外防腐的防护，只需对外防腐层应用不同的树脂，便可针对不同的外防腐进行相应防护。
而且非金属材质管道表面摩阻小，不易产生蜡沉积、不易结垢，输送聚合物的母液时，不会对聚合物进行降解。
由于非金属复合管内表面相对光滑、水利摩阻小，在输送过程中，输送能力不会随使用时间的增加而降低很多。
玻璃钢管道的相对密度为1.9左右，只有钢管和铸铁管的25%，口径大小一样、长度相等的玻璃钢管道的重量大约是钢管的30%。玻璃钢管道运送时可将玻璃钢管道进行套装，节省了运费、人工等费用。
物流导航高压玻璃钢管道环向拉伸的强度极限与低碳钢钢管相近，但有更高的比强度。由于钢骨架强度施加的影响，钢骨架聚乙烯塑料复合管的径向承受力增强，抗拉裂能力显著提高。由于网状钢骨架自身的性能的影响，塑料复合管在轴向柔性性能上也具有很好的优势。
缠绕玻璃钢管道每个管子长度最大可达12 m。长距离管线安装时接头数量降低，使流动时水的阻力降低，施工费用减少，同时也会不易发生渗漏。由于管道重量轻，在维修操作时更加方便便捷，只需小型设备即可。
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