一种内外弹簧骨架结构低温管道

技术领域

本发明涉及低温管道技术领域，具体涉及一种内外弹簧骨架结构低温管道。

背景技术

近年来，液化天然气LNG产业迅猛发展，FLNG(浮式液化天然气生产装置)是海洋天然气开发的高技术船舶。低温柔性管道是FLNG的核心配套装备，用于外输低温液化天然气。低温柔性管道的市场潜力巨大，包含陆用、水用LNG转运、过驳及加注在内的扩展应用，潜在市场达百亿级。

目前的低温管大多为金属波纹管，低温密封效果差，有的密封效果好些但结构复杂，制作麻烦。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种内外弹簧骨架结构低温管道，制作简单，具有良好的密封效果且抗压性好。

为此，本发明提供了一种内外弹簧骨架结构低温管道，其包括由内向外同轴设置的内骨架层、耐磨层、密封膜层、保温层、环向增强层、纵向增强层和外骨架层，耐磨层包覆在内骨架层的外圆周面，密封膜层包覆在耐磨层的外圆周面，保温层包覆在密封膜层的外圆周面，环向增强层包覆在保温层的外圆周面，纵向增强层包覆在环向增强层的外圆周面，外骨架层包覆在纵向增强层的外圆周面。

优选的，内骨架层、耐磨层、密封膜层、保温层、环向增强层、纵向增强层、外骨架层依次层层缠绕而成。

优选的，内骨架层和外骨架层均为9镍钢材料缠绕成的螺旋结构形式。

优选的，内骨架层和外骨架层的螺旋方向和螺距相同，内骨架层的螺旋线与外骨架层的螺旋线间隔均匀分布。

优选的，耐磨层为碳纤维布缠绕而成。

优选的，密封膜层为超低温聚合物材料制成的薄膜带多层缠绕而成。

优选的，保温层为气凝胶材料缠绕而成。

优选的，环向增强层为偶数层碳纤维布按照75°～85°缠绕而成。

优选的，纵向增强层为偶数层碳纤维布按照45°～55°缠绕而成。

本发明提供一种内外弹簧骨架结构低温管道，具有如下有益效果：

该内外弹簧骨架结构低温管道包括由内向外同轴设置的内骨架层、耐磨层、密封膜层、保温层、环向增强层、纵向增强层和外骨架层，内骨架层、耐磨层、密封膜层、保温层、环向增强层、纵向增强层、外骨架层依次层层缠绕成筒状，每层之间为非粘结结构。

内骨架层和外骨架层均采用9镍钢材料缠绕成螺旋结构形式，该结构可同时满足轴向和径向变形，能够承受较大的载荷，在载荷去除后不出现永久变形，增大了管道的抗压强度，耐超低温冲击性能优良。

内骨架层和外骨架层的螺旋结构、螺旋方向和螺距均相同，内骨架层的螺旋线与外骨架层的螺旋线间隔均匀分布，螺旋线的角度均采用83°到89°。外骨架层螺旋线与内骨架层螺旋线错开半个螺距缠绕，内骨架层螺旋线向外张力、外骨架层螺旋线向内张力，内外相互作用，挤压耐磨层、密封膜层、保温层、环向增强层和纵向增强层，限制各层相对滑动，使管道的密封和抗压效果更佳。而且，内外螺旋线结构避免了单层螺旋线缠绕在特殊情况下受到轴向力发生径向屈曲(沿径向突出)和侧向屈曲(沿圆柱表面侧向偏移滑动扭转变形)现象的发生，内外螺旋线缠绕的方法有效限制了径向屈曲和侧向屈曲失效模式的发生。

耐磨层采用碳纤维布编制而成，含水率极低，不会产生大量结冰现象，不影响材料性能。

环向增强层和纵向增强层的设置使管道承受环向力和轴向力，提高整个管道的抗拉强度，更好的抵抗扭转变形，适用范围广泛，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明横截面的延展局部结构示意图。

图中标记：1.内骨架层，2.耐磨层，3.密封膜层，4.保温层，5.环向增强层，6.纵向增强层，7.外骨架层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。

如图1所示：本发明提供一种内外弹簧骨架结构低温管道，其包括由内向外同轴设置的内骨架层1、耐磨层2、密封膜层3、保温层4、环向增强层5、纵向增强层6和外骨架层7，耐磨层2包覆在内骨架层1的外圆周面，密封膜层3包覆在耐磨层2的外圆周面，保温层4包覆在密封膜层3的外圆周面，环向增强层5包覆在保温层4的外圆周面，纵向增强层6包覆在环向增强层5的外圆周面，外骨架层7包覆在纵向增强层6的外圆周面。

内骨架层1、耐磨层2、密封膜层3、保温层4、环向增强层5、纵向增强层6、外骨架层7依次层层缠绕成筒状，每层之间为非粘结结构。

内骨架层1和外骨架层7均为9镍钢材料缠绕成的螺旋结构形式。9镍钢材料低温收缩小，体积变化小，低温韧性良好，满足管道低温运行要求。螺旋结构形式使内骨架层1和外骨架层7在轴向和径向上可产生弹性变形，使其能够承受一定的载荷，且在载荷去除后不出现永久变形，增大了管道的抗压强度，耐超低温冲击性能优良。

内骨架层1和外骨架层7的螺旋方向和螺距相同，内骨架层1的螺旋线与外骨架层7的螺旋线间隔均匀分布，螺旋线的角度均采用83°到89°。管道制作时，外骨架层7螺旋线与内骨架层1螺旋线错开半个螺距缠绕，内骨架层1螺旋线向外张力、外骨架层7螺旋线向内张力，内外相互作用，挤压耐磨层2、密封膜层3、保温层4、环向增强层5和纵向增强层6，限制各层相对滑动，使管道的密封和抗压效果更佳。而且，内外螺旋线结构避免了单层螺旋线缠绕在特殊情况下受到轴向力发生径向屈曲(沿径向突出)和侧向屈曲(沿圆柱表面侧向偏移滑动扭转变形)现象的发生，内外螺旋线缠绕的方法有效限制了径向屈曲和侧向屈曲失效模式的发生。

耐磨层2为碳纤维布缠绕而成。碳纤维布含水率极低，低温下不会产生大量结冰现象，从而影响材料性能。

密封膜层3为超低温聚合物材料制成的薄膜带多层缠绕而成。超低温聚合物材料可以采用PFA可溶性聚四氟乙烯、PCTFE聚三氟氯乙烯以及PTFE(粉)聚四氟乙烯，多层缠绕在耐磨层2的外层，利用纤维丝捆扎成管状，密封、塑性效果良好。

保温层4为气凝胶材料缠绕而成，保温性能优良。

环向增强层5为偶数层碳纤维布按照75°～85°缠绕而成，主要承受环向应力。环向增强层5由回转缠绕机以75°～85°正向、反向缠绕完成。正向、反向缠绕角度一样，但是螺旋方向相反，这样可以起到平衡内外扭矩的作用，以抵抗扭转形变，提高整个管道的抗拉强度，承受环向力，抗部分内压，保护内部的耐磨层2、密封膜层3和保温层4。螺旋方向相反的碳纤维材料的层数相同，以更好的抵抗扭转变形。

纵向增强层6为偶数层碳纤维布按照45°～55°缠绕而成。纵向增强层6也由回转缠绕机以45°～55°正向、反向缠绕完成。该缠绕角度使纵向增强层6承受轴向应力，抗拉伸。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。