一種高性能快速連接高壓FRP輸油管的設計研發

麻士琦，張 雨，崔 虎，劉申武

（1.衡水職業技術學院 機電工程系，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輸油管的設計研發

麻士琦1，張 雨1，崔 虎2，劉申武2

（1.衡水職業技術學院 機電工程系，河北衡水 053000；2.河北可耐特玻璃鋼有限公司，河北衡水 053000）

復合材料管道以其輕質高強、耐腐蝕、可設計性強等特點，應用領域不斷擴充。設計了一種FRP輸油管，可用于野外應急輸油，在保證各項性能的前提下，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、撤收速度和搶險救援效率，提高管線系統的安全可靠性。

快速連接；輸油管；FRP；修復

1 前言

當供油中心或油庫發生故障時，為保證油料安全及時的輸送，常需要鋪設應急供油管線。目前，我國搶險救災、應急救援、野戰用輸油管線主要為金屬硬質管。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60～80kg，鋪設地點往往在野外，地形復雜，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；雖管內外壁均涂有防腐層，當防腐層破壞后，會產生腐蝕凹坑等缺陷。

2 快速連接高壓FRP輸油管的設計

快速連接高壓RRP輸油管的設計主要包括材料的選擇、快速連接機構的設計、泄露快速修補方法的研究等。

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，而復合材料管道以其高強輕質、耐腐蝕的特性應運而生。但是傳統的FRP材料雖然同樣具有耐腐性好，設計性強的特性，往往只適用于低溫低壓環境中，不滿足應急輸油管線的使用條件。

在快速連接高壓FRP輸油管的設計過程中，基體樹脂及增強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合材料纏帶。

2.2 快速連接機構的設計

快速連接機構的設計與輸油管鋪設速度緊密相關，同時對其又有操作方便、結構簡單以及耐壓方面的要求。

本文設計了一種塞銷式快速接頭。這種塞銷式快速接頭結構簡單，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，只需要將插管插入承管，轉動一下，放置地面即可；拆卸時只要抬起一根管子，轉動1/4圈，就可以將管子分離開。另外如果需要臨時將管路搬移位置時，也可在連接狀態下移動。在輸送燃料時，承管內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，從而使輸油管在工作狀態下保持良好的密封狀態，且穩固連接。

2.3 泄露快速修補方法的研究

本文設計的輸油管主要應用于搶險救災、應急救援以及野戰輸油等。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，將嚴重影響物資輸送，甚至引起爆炸，所以需要及時對輸油管進行快速的維修補強。

通過對國內外先進補強技術的研究，可將維修補強技術分為三大類，如焊接修復、夾具修復、復合材料修復等。考慮到材料的匹配性，本文設計的玻璃鋼輸油管采用復合材料修復的方法，另外此種方法的最大優點是可以在“不停輸、不動火”的條件下進行，更加安全，且不影響正常的油料輸送。

復合材料修復常用的材料為碳纖維和玻璃纖維。通過實驗對比，兩者的區別主要有以下幾點：碳纖維補強具有更優異的拉伸強度和彈性模量；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，碳纖維補強技術更易于實施；另外玻璃纖維強度較低，補強層較厚。綜上所述，本文設計的輸油管采用了碳纖維復合材料修復方法。在施工時，先采用專用的填補劑將缺陷填平，然后在管壁上涂環氧底漆，最后在管道上纏繞碳纖維和環氧樹脂，待固化后則形成修補層。

3 結論

采用復合材料工藝技術，代替傳統薄壁碳鋼或者低合金鋼硬質輸油管線，研制了一種輕質高強、耐高壓、快速連接、可快速修復的復合材料輸油管。主要應用于集中油庫輸油管線、野外油料的應急輸送管線、其他輸油管線等。采用這種輸油管線輸送油料與傳統的硬質管線系統相比，還具有耐腐蝕、阻燃、內壁光滑阻力小、耐沖擊、安裝速度快等優勢，將會提高管線的鋪設和撤收速度，減小勞動強度及施工成本，應用價值非常突出。

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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

河北省科技計劃項目 課題編號：15211237。

麻士琦（1969—），男，河北石家莊人，高級工程師，主要研究方向為機械設計。