一种高性能快速连接高压FRP输油管的设计研发

麻士琦，张 雨，崔 虎，刘申武

（1.衡水职业技术学院 机电工程系，河北衡水 053000；2.河北可耐特玻璃钢有限公司，河北衡水 053000）

一种高性能快速连接高压FRP输油管的设计研发

麻士琦1，张 雨1，崔 虎2，刘申武2

（1.衡水职业技术学院 机电工程系，河北衡水 053000；2.河北可耐特玻璃钢有限公司，河北衡水 053000）

复合材料管道以其轻质高强、耐腐蚀、可设计性强等特点，应用领域不断扩充。设计了一种FRP输油管，可用于野外应急输油，在保证各项性能的前提下，减轻重量，提高耐腐蚀性、抗静电性及连接速度，可大幅度提高管线的铺设、撤收速度和抢险救援效率，提高管线系统的安全可靠性。

快速连接；输油管；FRP；修复

1 前言

当供油中心或油库发生故障时，为保证油料安全及时的输送，常需要铺设应急供油管线。目前，我国抢险救灾、应急救援、野战用输油管线主要为金属硬质管。金属管线以薄壁碳素钢或低合金钢为主，薄壁碳素钢或低合金钢管线有很多缺陷，如每根6m长的油管，重量达60～80kg，铺设地点往往在野外，地形复杂，需要大量人工；管钢和接头部分都是焊接而成，焊缝缺陷处极易渗漏、撕裂；虽管内外壁均涂有防腐层，当防腐层破坏后，会产生腐蚀凹坑等缺陷。

2 快速连接高压FRP输油管的设计

快速连接高压RRP输油管的设计主要包括材料的选择、快速连接机构的设计、泄露快速修补方法的研究等。

2.1 输油管材料的选择

易腐蚀已成为金属输油管线难以克服的缺陷，而复合材料管道以其高强轻质、耐腐蚀的特性应运而生。但是传统的FRP材料虽然同样具有耐腐性好，设计性强的特性，往往只适用于低温低压环境中，不满足应急输油管线的使用条件。

在快速连接高压FRP输油管的设计过程中，基体树脂及增强材料的选择尤为重要，决定了输油管的成品特性。采用玻璃钢纤维布、工程塑料以及碳纤维短切丝、碳纤维编织布高温熔化制成专用原料，再通过树脂高温固化形成复合材料缠带。

2.2 快速连接机构的设计

快速连接机构的设计与输油管铺设速度紧密相关，同时对其又有操作方便、结构简单以及耐压方面的要求。

本文设计了一种塞销式快速接头。这种塞销式快速接头结构简单，仅由承管和插管组成，承管中带有销片和U形密封圈，插管中带有凹圆形的销槽。装接时，只需要将插管插入承管，转动一下，放置地面即可；拆卸时只要抬起一根管子，转动1/4圈，就可以将管子分离开。另外如果需要临时将管路搬移位置时，也可在连接状态下移动。在输送燃料时，承管内的橡胶密封圈将压紧插管头部，并施加销片一定压力使其牢牢固定在插管的销槽内，从而使输油管在工作状态下保持良好的密封状态，且稳固连接。

2.3 泄露快速修补方法的研究

本文设计的输油管主要应用于抢险救灾、应急救援以及野战输油等。腐蚀以及人为破坏是输油管线失效的主要原因。油料一旦泄露，将严重影响物资输送，甚至引起爆炸，所以需要及时对输油管进行快速的维修补强。

通过对国内外先进补强技术的研究，可将维修补强技术分为三大类，如焊接修复、夹具修复、复合材料修复等。考虑到材料的匹配性，本文设计的玻璃钢输油管采用复合材料修复的方法，另外此种方法的最大优点是可以在“不停输、不动火”的条件下进行，更加安全，且不影响正常的油料输送。

复合材料修复常用的材料为碳纤维和玻璃纤维。通过实验对比，两者的区别主要有以下几点：碳纤维补强具有更优异的拉伸强度和弹性模量；玻璃纤维适用于干法缠绕，碳纤维适用于湿法缠绕，在施工方面，碳纤维补强技术更易于实施；另外玻璃纤维强度较低，补强层较厚。综上所述，本文设计的输油管采用了碳纤维复合材料修复方法。在施工时，先采用专用的填补剂将缺陷填平，然后在管壁上涂环氧底漆，最后在管道上缠绕碳纤维和环氧树脂，待固化后则形成修补层。

3 结论

采用复合材料工艺技术，代替传统薄壁碳钢或者低合金钢硬质输油管线，研制了一种轻质高强、耐高压、快速连接、可快速修复的复合材料输油管。主要应用于集中油库输油管线、野外油料的应急输送管线、其他输油管线等。采用这种输油管线输送油料与传统的硬质管线系统相比，还具有耐腐蚀、阻燃、内壁光滑阻力小、耐冲击、安装速度快等优势，将会提高管线的铺设和撤收速度，减小劳动强度及施工成本，应用价值非常突出。

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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

河北省科技计划项目 课题编号：15211237。

麻士琦（1969—），男，河北石家庄人，高级工程师，主要研究方向为机械设计。