一种油田集输用钢塑复合管道制造与安装的方法.pdf

本发明提供一种钢塑复合管道制造与安装的方法，它是先制备钢塑复合管，然后在管道安装中先将钢塑复合管的塑料管熔焊连接后再连接钢管，做到管道全程无缝隙、无薄弱部位，内衬的塑料管与钢管结合牢固，可充分发挥钢塑复合管在集输流体中的强度作用、耐蚀作用和无泄漏密封作用，为高温、高压力、高腐蚀性流体提供安全可靠的远程输送，并可减少钢塑复合管道的集输维护，提高集输效率，明显提高其管道的使用寿命。

权利要求书
1.  一种钢塑复合管道制造与安装的方法特征是先制备钢塑复合管，然后在管道安装中先将钢塑复合管的塑料管熔焊连接后再把钢管固定，其具体步骤为：
1）制备钢塑复合管：将外径等于或略大于钢管内径的塑料管穿入钢管，并在管口保留足够的用于熔焊的塑料管头；
2）把制备的钢塑复合管运至管道铺设安装现场，清理和切割塑料管头端面，将两钢塑复合管的管口相对，调整其管口间距并使其同轴对接，然后用热熔器热熔两对接的塑料管头后快速轴向移动钢塑复合管使两热熔的塑料管头接触挤压粘合至两钢管端面间靠紧或留有含有热熔塑料的间隙后静置，待热熔塑料完全凝固并降温后即完成钢塑复合管之间塑料管头的熔焊；
3）在完成塑料管头熔焊的两钢塑复合管之间，用机械方法或是用焊接方法将两钢管管口连接。

2.  根据权利要求1所述的一种钢塑复合管道制造与安装的方法，其特征在于所述的外径等于或略大于钢管内径的塑料管的外径比钢管内径大0～5%，且将塑料管在10～60℃温度下进行缩径变形，使其外径比钢管内径小0.5～10%，然后将缩径变形的塑料管穿入钢管后静置5～48小时。

3.  根据权利要求1所述的一种钢塑复合管道制造与安装的方法，其特征在于所述的塑料管穿入钢管是将温度≤30℃的塑料管快速穿入80～150℃的钢管中，随后对钢管进行冷却。

4.  根据权利要求1或3所述的一种钢塑复合管道制造与安装的方法，其特征在于所述的塑料管穿入钢管是把常温下外径比钢管内径大0～2%的的塑料管降温至-20～-30℃，然后快速穿入80～100℃的钢管中，随后对钢管进行冷却。

5.  根据权利要求1所述的一种钢塑复合管道制造与安装的方法，其特征在于所述的切割塑料管头端面是将塑料管头端面加工为内圆线和外圆线低而中部高的凸起面或是将塑料管头端面加工为端面内圆线高而外圆线低的楔形管口端面。

6.  根据权利要求1所述的一种钢塑复合管道制造与安装的方法，其特征在于所述的用热熔器热熔塑料管头是用外径稍小于塑料管内径的内置圆形热熔器来加热两对接的塑料管头的内圆表面使其热熔，再把两对接的热熔塑料管头接触挤压粘合后，再将内置圆形热熔器移出。

7.  根据权利要求1所述的一种钢塑复合管道制造与安装的方法，其特征在于所述的用热熔器热熔两对接的塑料管头是先采用盘形热熔器热熔塑料管头端面，再在两对接的热熔塑料管头接触挤压粘合前将内置圆形热熔器移至热熔塑料管头处进行补充加热或保温。

8.  根据权利要求1所述的一种钢塑复合管道制造与安装的方法，其特征在于所述的用机械方法将其两钢管管口连接是采用内径大于钢管外径的钢制管箍套在两钢管管口处，再用高分子粘合剂充填连接。

9.  根据权利要求1所述的一种钢塑复合管道制造与安装的方法，其特征在于所述的用焊接方法将两钢管管口连接是将预制在两钢管管口上的套环进行焊接连接，并在两套环之间充填高分子粘合剂。

说明书一种油田集输用钢塑复合管道制造与安装的方法
技术领域
本发明涉及集输管道的制造与安装方法，是一种钢塑复合管道的制造与安装方法。
背景技术
采用塑料内衬的钢塑复合管道具有高耐蚀和高承载以及流体阻力小、安全卫生、使用寿命长等优势，已在油气田等各集输领域获得较大应用。钢塑复合管道应用的重要关键技术是如何发挥钢塑结合的性能，既要保证足够的强度，又要保证可靠地耐蚀性，特别是输送高温高压力流体介质的钢塑复合管道，其内衬塑料与钢管的牢固结合和管口的密封技术尤为关键，许多文献提出了有关制造及安装钢塑复合管的技术如：CN1169666C专利提出将涂胶聚乙烯塑料管材穿插进镀锌钢管后再加热加压使其粘合的制造钢塑复合管的方法；CN1319732C专利公开了将超高分子量聚乙烯管材通过缩径导入钢管中后经回复与钢管紧密复合的复合管加工工艺；CN1963278专利申请提出将衬于钢管内的超高分子量聚乙烯管两端热翻并与钢管管口法兰形成整体结构；CN1064439专利申请提出在复合管两端的塑料法兰及钢管法兰间加胶固紧固化。上述钢塑复合管管道的连接方法多为法兰连接或法兰添加粘合剂连接，而这种密封结合是钢塑复合管管道的薄弱部位，使钢塑复合管的强度作用和防腐作用大大减弱，尤其是在通入高温高压力流体条件下容易在钢塑复合管间的管口密封连接处发生流体泄露。
为此本发明提供一种钢塑复合管道制造与安装的方法，可避免钢塑复合管间连接处发生流体泄露，内衬的塑料管与钢管结合牢固，可充分发挥钢塑复合管在集输流体中的强度作用、耐蚀作用和无泄漏密封作用。
发明内容
本发明提供的一种钢塑复合管道制造与安装的方法特征是先制备钢塑复合管，然后在管道安装中先将钢塑复合管的塑料管熔焊连接后再连接钢管，其具体步骤为：
1）制备钢塑复合管：将外径等于或略大于钢管内径的塑料管穿入钢管，并在管口保留足够的用于熔焊的塑料管头；
2）把制备的钢塑复合管运至管道铺设安装现场，清理和切割塑料管头端面，将两钢塑复合管的管口相对，调整其管口间距并使其同轴对接，然后用热熔器热熔两对接的塑料管头后快速轴向移动钢塑复合管使两热熔的塑料管头接触挤压粘合至两钢管端面间靠紧或留有含有热熔塑料的间隙后静置，待热熔塑料完全凝固并降温后即完成钢塑复合管之间塑料管头的熔焊；
3）在完成塑料管头熔焊的两钢塑复合管之间，用机械方法或是用焊接方法将两钢管管口连接。
所述的钢塑复合管包括钢塑复合管件，钢塑复合管件包括钢塑复合三通、钢塑复合弯头等。
所述的钢管可为无缝钢管或为焊接钢管，其管口可以加工成垂直于钢管轴向的端面，也可以预制有法兰，还可以预制有焊接连接用套环。
所述的外径等于或略大于钢管内径的塑料管的外径比钢管内径大0～5%。
所述的将外径等于或略大于钢管内径的塑料管穿入钢管是将塑料管在10～60℃温度下进行缩径变形，使其外径比钢管内径小0.5～10%，然后将缩径变形的塑料管穿入钢管后静置5～48小时。
所述的把经冷缩径变形的塑料管穿入钢管后静置是指在常温下静置。
所述的把经冷缩径变形的塑料管穿入钢管后静置是指在加热中静置，其加热温度为20～100℃。由此可提高缩径变形塑料管的恢复速度尤其是可提高在冬季的加工效率。
所述的塑料管穿入钢管是将温度≤30℃的塑料管快速穿入80～150℃的钢管中，随后对钢管进行冷却。
所述的塑料管穿入钢管是把常温下外径比钢管内径大0～2%的的塑料管降温至-20～-30℃，然后快速穿入80～100℃的钢管中，随后对钢管进行冷却。
所述的对钢管进行冷却是指对钢管进行自然冷却或是对钢管进行快速冷却，其快速冷却方式为风冷或是水冷。
所述的塑料管头是指从钢塑复合管的钢管管口露出的塑料管头，其露出长度可根据塑料管直径和壁厚设定为5～50mm。
所述的切割塑料管头端面是将塑料管头的端面加工为垂直于钢塑复合管轴向的平面。
所述的切割塑料管头端面是将塑料管头端面加工为内圆线和外圆线低而中部高的凸起面或是将塑料管头端面加工为端面内圆线高而外圆线低的楔形管口端面。由此可有效减少热熔塑料管头在粘合中夹入的气泡。
所述的用热熔器热熔两对接的塑料管头是用盘形热熔器来热熔塑料管头的端面。
所述的用热熔器热熔塑料管头是用外径稍小于塑料管内径的内置圆形热熔器来加热两对接的塑料管头的内圆表面使其热熔，再把两对接的热熔塑料管头接触挤压粘合后，再将内置圆形热熔器移出。内置圆形热熔器的形状可为环状也可为圆棒状，由此可使熔焊接头的内圆表面平整无凸台，从而可进一步降低流体的流动阻力。
所述的用热熔器热熔两对接的塑料管头是先采用盘形热熔器热熔塑料管头端面，再在两对接的热熔塑料管头接触挤压粘合前将内置圆形热熔器移至热熔塑料管头处进行补充加热或保温。由此也可使熔焊接头内圆表面达到平整无凸台的效果。
所述的用机械方法将其两钢管管口连接是通过管口预制法兰进行连接或者采用套入管箍连接或者采用卡箍连接。
所述的套入管箍连接可采用是采用内径大于钢管外径的钢制管箍套在两钢管管口处，再用高分子粘合剂充填连接。该连接方法根据输送高压力流体的管道主要承受较大的径向载荷和较小的轴向载荷得出，即套在钢管上的管箍只需承受来自管接头处外露的已粘合的塑料管头传递的径向压力，而管道可能出现的轴向移动可由埋入的泥石土固定，管与管件的连接处可用法兰连接或打桩固定。
所述的用焊接方法将两钢管管口连接是将预制在两钢管管口上的套环进行焊接连接，并在两套环之间充填高分子粘合剂。用该方法可以减少焊接热传递给塑料管，避免塑料管受热损伤。
所述的塑料管的材料为聚乙烯（PE），包括高密聚乙烯（HDPE）、低密聚乙烯（LDPE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）或是它们的共混物。
本发明所述的钢塑复合管道适用的流体输送为气体或液体或含有固体颗粒的液体或是它们的混合体的流体输送。
本发明未涉及钢塑复合管外表面防腐技术措施，在钢塑复合管道安装施工中可按用户要求采用公知技术的外表面防腐技术措施。
本发明的积极效果是：
1）安装的钢塑复合管道可以做到管道全程无缝隙、无薄弱部位，内衬的塑料管与钢管结合牢固，可为高温、高压力、高腐蚀性流体提供更加安全可靠的远程输送；
2）可减少钢塑复合管道的集输维护，提高集输效率，明显提高其管道的使用寿命；
3）制造难度低，管道安装方便。
附图说明
图1为本发明制备的钢塑复合管示意图。
图2为本发明制备的钢塑复合三通示意图。
图3为本发明制备的钢塑复合弯头示意图。
图4为本发明的塑料管头对接示意图。
图5为本发明用内置圆形热熔器熔焊塑料管头示意图。
图6为本发明钢管管口套入管箍连接示意图。
图7为本发明钢管管口法兰连接示意图。
图8为本发明钢管管口焊接连接示意图。
图9为本发明钢管管口采用卡箍连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述，其中所述构件名称可能与其通用名词不符，仅作为对本发明实施描述之用；另外，所描述的实施例不对本发明做任何形式的限定。
实施例
选用材料：⑴选取外径φ114mm、内径φ97mm（壁厚8.5mm）、长度9500mm的无缝钢管及相同内径的三通、弯头等管件，包括在管口预制有法兰和焊接连接用套环的无缝钢管，三通、弯头的管口预制有法兰或焊接连接用套环；⑵塑料管选用外径φ102的高密聚乙烯（HDPE），约比钢管内径大5%，壁厚9mm；⑶钢制管箍选取外径φ133mm、内径φ121mm（壁厚6mm）、长度320mm的无缝钢管；⑷环氧树脂粘合剂等。
步骤
1）钢塑复合管制备：参照图1将截为9560mm长的高密聚乙烯管1，加温至45℃保温10分钟后用缩径机缩径至外径95mm（缩径约7%），再快速穿入钢管2中，并从钢管2的管口21露出长度约30mm的塑料管头11，然后在常温（约20℃）下静置约48小时后即完成钢塑复合管制备，其中：
参照图1-a将钢塑复合管的钢管管口21的端面22加工成垂直于钢管轴向的端面；
参照图1-b可在钢塑复合管的钢管管口21上预制有法兰23；
参照图1-c可在钢塑复合管的钢管管口21上预制有套环24，在套环24的外圆处可加工焊接坡口25。
2）钢塑复合管件制备：钢塑复合管件用高密聚乙烯管和缩径尺寸及加工工序与上述相同，其中：
参照图2制备钢塑复合三通，可在钢制三通4的管口41上焊接法兰42或焊接用于焊接连接的套环，将钢制三通4内相互连接的塑料管3的管口33按相贯线切割后啮合并在钢制三通4的管口41处露出长度约30mm的塑料管头31，然后在常温（约20℃）下静置约48小时，再用填丝热熔焊接将相贯线处相互连接的管口33焊合即完成钢塑复合三通的制备；
参照图3制备钢塑复合弯头，可在钢制弯头6的管口61上焊接法兰或焊接用于焊接连接的套环62，将塑料管5穿入钢制弯头6并在管口61处露出长度约30mm的塑料管头51，然后在常温（约20℃）下静置约48小时即完成钢塑复合弯头的制备。
3）钢塑复合管的塑料管头加工：将制备好的钢塑复合管和钢塑复合管件在加工厂或运至管道安装试验现场进行塑料管头清理和切割，其中：
可参照图1-A和图2将塑料管头11、31的端面12、32加工为垂直于钢塑复合管轴向的平面；
也可参照图1-B将塑料管头11的端面12加工为内圆线和外圆线低而中部高的凸起面；
也可参照图1-C和图3将塑料管头11、51的端面12、52加工为端面内圆线高而外圆线低的楔形管口端面。
4）钢塑复合管道安装之一：塑料管头的熔焊。把制备的钢塑复合管运至管道安装试验现场，进行塑料管头11的熔焊，其中：
⑴可参照图4对接熔焊塑料管头11，把塑料管头端面12加工为内圆线和外圆线低而中部高的凸起面，将两钢塑复合管A、B的管口相对，调整其管口间距并使其同轴如图4-a所示，然后用盘形热熔器对塑料管头端面12加热使塑料管头11热熔，加热温度在200～230℃，加热时间约为100s，然后抽去盘形热熔器，快速将钢塑复合管B轴向移向钢塑复合管A，使两热熔的塑料管头11接触挤压粘合至两钢管端面22间留有约5～10mm充满热熔塑料的间隙后静置并保持熔焊接头轴向压力约0.15MPa，静置约15min后即完成如图4-b所示的钢塑复合管A、B之间塑料管头的熔焊；钢塑复合管与钢塑复合管件的塑料管头对接熔焊同上。检测表明把塑料管头端面12加工为内圆线和外圆线低而中部高的凸起面后再进行熔焊，可有效减少熔焊接头熔焊中夹入的气泡；
⑵可参照图5对接熔焊塑料管头11，把塑料管头端面12加工为端面内圆线高而外圆线低的楔形管头端面。将两钢塑复合管A、B的管口相对，调整其管口间距并使其同轴如图5-a所示，然后用内置圆形热熔器7加热塑料管头11的内圆表面使塑料管头11热熔，加热温度在200～230℃，加热时间约为100s，然后快速将钢塑复合管B轴向移向钢塑复合管A，当热熔的塑料管头11接触挤压粘合后将内置圆形热熔器7移出，静置并保持熔焊接头轴向压力约0.15MPa，静置约15min后即完成如图5-b所示的钢塑复合管A、B之间塑料管头的熔焊；钢塑复合管与钢塑复合管件的塑料管头对接熔焊同上。检测表明，把塑料管头端面12加工为楔形管头端面后再进行熔焊，可有效减少熔焊接头熔焊中夹入的气泡；用内置圆形热熔器7熔焊塑料管头11，得到的熔焊接头内圆表面平整无凸台。
5）钢塑复合管道安装之二：钢管连接。对完成熔焊塑料管头的两钢塑复合管的钢管2的管口进行连接，其中：
⑴可参照图6把两钢管管口21采用管箍套入连接的方法是：把熔焊塑料管头挤出到两钢管管口21外形成的凸环13的外圆进行切削（切削后余高约为3.5mm），使内径大于钢管外径的钢制管箍9可套入到两钢塑复合管的接口处，调制环氧树脂粘合剂并涂刷到管口21外圆表面，再向管口21套入管箍9，将其对中并调整与钢管2同轴，密封管箍9的边缘并采用负压将调制的环氧树脂粘合剂吸入管箍9与钢管2之间的缝隙中，直至无气泡排除为止，待环氧树脂粘合剂固化后就形成了连接于管箍9与钢管2之间的环氧树脂层10，至此完成两钢管管口21采用管箍9套入的连接。该管箍套入连接适用于钢塑复合管与钢塑复合管的连接，对于钢塑复合管与钢塑复合管件的连接以及管道起始端的连接可采用法兰连接或焊接连接或采用卡箍连接；
⑵可参照图7把两钢管管口21连接采用法兰23进行连接的方法是：先将两法兰23之间灌入环氧树脂粘合剂，再用螺栓将预制在钢管管口21上的法兰23紧固，待固化后就形成了密封于法兰23之间的环氧树脂层20，至此完成两钢管管口21采用法兰23的连接；
⑶可参照图8把两钢管管口21连接采用焊接连接的方法是：把两钢管管口21上预制的套环24之间灌入环氧树脂粘合剂，待固化形成环氧树脂层30后，将两套环24焊接连接，其焊缝26可以是连续的，也可以是均分断续的；或者先把两套环24满焊连接并留有上口和下口，在其上口施加负压，把环氧树脂粘合剂从下口吸入两套环24之间，待固化形成环氧树脂层30后，即形成对两钢管管口21的焊接连接；
⑷可参照图9把两钢管管口21连接采用卡箍8进行连接的方法是：把卡箍8内表面和两钢管管口21外表面涂刷环氧树脂粘合剂后，再将卡箍8紧固在钢管管口21上，待环氧树脂粘合剂固化后就形成了密封于卡箍8钢和管管口21之间的环氧树脂层40，至此完成两钢管管口21采用卡箍8的连接。
检测：将多根钢塑复合管及钢塑复合管件在试验现场按上述方法连接后，将其它管口用盲板密封，水平放置并在管道长度方向的始终端用桩固定，将管道各管固定于地面。向检测管道内通入压缩空气使其压力达到4MPa，经24小时同温度下未见压力下降且未检测出漏点；在管道上安装管道泵并在管道内安装加热器、测温热电偶，向检测管道内注水使其压力达到3.75MPa，循环水水温控制在78～80℃，经24小时后未见压力明显下降且未检测出漏点。