一种带有惰性气体保护的智能输氢管道及其制造方法与流程

1.本发明涉及输氢管道技术领域，具体是一种带有惰性气体保护的智能输氢管道及其制造方法。


背景技术：

2.氢能是能源转型升级的重要方向，也是实现碳中和目标的重要途径，在整个氢的产业链当中，安全、高效的输送是产业链的重要组成部分，高压气态输送氢是现阶段最为成熟的氢能源输送方式，氢的输送有很多技术，像长罐拖车、液氢槽车、管道，而管道输送为常用的输送方式，输送过程安全性高。
3.中国专利公开了一种输氢管道加工方法，（公告号cn113103613a），该专利技术利用初次塑料成型工艺和二次加压滚塑形成较大压差，将处于高弹态的内塑料层紧紧的压向钢管的内表面以及微孔，提高与钢管之间的结合效果；同时，通过将初次成型后时温度冷却至100度以内，能够避免内部温度较高导致在输入高压介质时压力较大而导致输入困难的问题，但是，上述输送氢气管道通过塑料层对金属管道内壁保护，达到保护钢制管道不被腐蚀，但上述结构管道的保护结构少，管道容易被破坏，发生泄漏可能性较大，因此有些用于输送氢气的钢制管道材料为特殊材料，如蒙乃尔合金，是一种以金属镍为基体添加铜、铁、锰等其它元素而成的合金，一般合金材料类输氢管道价格昂贵，输氢成本较大，造价数倍于天然气管道造价，不能对漏气监测，不利于管道的管理维护操作。因此，本领域技术人员提供了一种带有惰性气体保护的智能输氢管道及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种带有惰性气体保护的智能输氢管道及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有惰性气体保护的智能输氢管道，包括聚乙烯工作管与第一粘接层，所述第一粘接层位于聚乙烯工作管的外侧位置处，所述第一粘接层的外侧位置处设置有铝箔层，所述铝箔层的外侧设置有第二粘接层，所述第二粘接层的外侧设置有玻纤带缠绕增强层，所述玻纤带缠绕增强层的外侧设置有聚乙烯惰性气体内保护层，所述聚乙烯惰性气体内保护层的外侧设置有加强筋，所述加强筋的外侧设置有聚乙烯惰性气体外保护层。
6.作为本发明进一步的方案：所述的铝箔层为以下重量份组成：si0.25％，fe0.35％，cu0.05％，mn0.03％，mg0.03％，ti0.03％，al99.26％。
7.作为本发明再进一步的方案：所述聚乙烯工作管的外径为150cm，所述聚乙烯工作管的厚度为7mm，所述铝箔层厚度为0.5mm，所述玻纤带缠绕增强层的壁厚为5mm，所述聚乙烯惰性气体外保护层的壁厚为10mm。
8.作为本发明再进一步的方案：所述玻纤带缠绕增强层为多层缠绕结构，所述聚乙
烯惰性气体外保护层的内侧与聚乙烯惰性气体内保护层的外侧位置处通过加强筋分隔为四个空腔，所述四个空腔均安装有氢气泄露监测探头，且每两个氢气泄露监测探头相隔1公里，所述四个空腔内均充有惰性保护气体，所述聚乙烯惰性气体外保护层通过聚乙烯惰性气体内保护层与加强筋固定于玻纤带缠绕增强层的外侧位置处。
9.作为本发明再进一步的方案：一种带有惰性气体保护的智能输氢管道其制造方法，步骤如下：s1、聚乙烯工作管由挤出机直接挤出，挤出温度为160-200℃，通过真空定径及喷淋箱冷却，调整管材尺寸，保证聚乙烯工作管内壁光滑，圆度尺寸不超差；s2、聚乙烯工作管通过粘接胶挤出机模具，模具均匀挤出粘接胶于聚乙烯工作管的外侧作为第一粘接层，通过调整螺杆转速调节粘接胶挤出量及外表面形貌，保证表面平整，粘接胶内无气泡；s3、第一粘接层挤出后，包覆铝箔层，铝箔层通过放卷设备开卷后进入焊接缓存区，缓存区可实现2.5m的铝箔带的存储，满足铝箔带的焊接时长，通过前端的牵引铝箔层进入成型区，通过3-4组成型滚轮滚压，铝箔层成为圆筒状且包裹在工作管外壁，利用滚压焊接机将铝箔层焊接成型后进入下一道工序；s4、铝箔层焊接完成后，进入粘接胶挤出机模具，挤出粘接胶到铝箔层的外侧作为第二粘接层，通过调整螺杆转速调节粘接胶挤出量及外表面形貌，保证表面平整，粘接胶内无气泡；s5、涂覆好粘接剂的聚乙烯工作管随即进入缠绕机组内，缠绕机带动玻纤带存储盘以管道中心线为转轴旋转，同时玻纤带存储盘释放玻纤带、玻纤带以55
°
的夹角角度缠绕在第二粘接层上，通过多台缠绕机的前后排布来控制玻纤层的厚度，层与层之间通过热风枪来加热玻纤带，保证玻纤带具有良好的剥离强度，多层玻纤带叠加组成了玻纤带缠绕增强层，从而保证聚乙烯工作管具备良好的抗压等级；s6、完成玻纤带缠绕的聚乙烯工作管在牵引机的牵引下进入挤出机，挤出机模头挤出温度为160-200℃，同时挤出聚乙烯惰性气体内保护层、加强筋与聚乙烯惰性气体外保护层，通过施加一定的牵引力将聚乙烯惰性气体内保护层紧紧吸附在玻纤带缠绕增强层上，通过温控系统控制，使聚乙烯惰性气体内保护层加强筋与聚乙烯惰性气体外保护层紧紧粘接在一起，形成紧密的一体式结构；s7、根据客户的需求进行自动切割、喷码、包装，确保产品具有高辨识度的产品信息标签及产品性能的永久性标识，并在四个空腔均安装有氢气泄露监测探头，每两组氢气泄露监测探头相隔1公里，四个空腔内充入惰性保护气体。
10.作为本发明再进一步的方案：所述s3中，铝箔沿输送方向与与管道轴线成30度夹角滚压输送，经3-4个滚压模具后包裹在第一粘接层外表面，要求两边搭接，重合的搭接宽度为10mm，焊接要求为滚压式电阻焊，焊接速度控制在2-8m/min,焊接压力控制在20-40n，焊机功率为3kw,工作气源大于0.8mpa。
11.作为本发明再进一步的方案：所述s5中，所述玻纤带的缠绕角度为玻纤带的缠绕切割方向与管道的轴线夹角为55度。
12.作为本发明再进一步的方案：所述s6中，所述聚乙烯惰性气体内保护层的壁厚小于总壁厚的30%，铝箔层的壁厚小于0.5mm，聚乙烯惰性气体内保护层的内壁厚度小于聚乙
烯惰性气体外保护层厚度，聚乙烯惰性气体内保护层与聚乙烯惰性气体外保护层的夹层中有加强筋，加强筋具有一定抗压性能。
13.作为本发明再进一步的方案：所述s6中，所述聚乙烯惰性气体内保护层与聚乙烯惰性气体外保护层中间分为四个独立腔体，互不相通，工作时聚乙烯惰性气体外保护层内四个腔体中充有惰性保护气体。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1．本发明一种带有惰性气体保护的智能输氢管道及其制造方法，采用聚乙烯、玻纤带与铝箔结合的结构，有效的解决了氢脆现象，同时满足高压力管道使用要求，而且产品造价低廉，铝箔层的铝质材料具有良好的抗晶间腐蚀能力以及与氢气良好的相容性，可以使用铝箔作为管道阻隔层，防止氢气泄漏，玻纤带缠绕增强层根据管道需求压力等级设定缠绕层数，可满足0-40mpa管道的生产需求，具有极高的抗拉强度，质量轻，防震效果较好，提高管道的耐压性能，第一粘接层与第二粘接层采用树脂配方增加两种不同材料间的抗剥离强度；2．聚乙烯惰性气体外保护层内侧均匀布置了四个独立的腔体，通过填充惰性气体，防止氢气泄漏与氧气发生反应，并起到支撑管提高耐压的作用，为了有效检测氢气的泄露，每隔1公里布置氢气泄露监测探头，实时智能监测管道泄露情况，在惰性气体的保护下更加安全可靠，聚乙烯惰性气体外保护层与聚乙烯惰性气体内保护层满足现有铺装形式的前提下，可以对管道实时监控，增加输氢管道的智能性，聚乙烯惰性气体外保护层内侧的空腔可充惰性气体，有效避免管道发生破裂泄漏等问题。
附图说明
15.图1为一种带有惰性气体保护的智能输氢管道的结构示意图。
16.图中：1、聚乙烯工作管；2、第一粘接层；3、铝箔层；4、第二粘接层；5、玻纤带缠绕增强层；6、聚乙烯惰性气体外保护层；7、聚乙烯惰性气体内保护层；8、加强筋。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.请参阅图1，本发明实施例中，一种带有惰性气体保护的智能输氢管道，包括聚乙烯工作管1与第一粘接层2，第一粘接层2位于聚乙烯工作管1的外侧位置处，第一粘接层2的外侧位置处设置有铝箔层3，铝箔层3的外侧设置有第二粘接层4，第二粘接层4的外侧设置有玻纤带缠绕增强层5，玻纤带缠绕增强层5的外侧设置有聚乙烯惰性气体内保护层7，聚乙烯惰性气体内保护层7的外侧设置有加强筋8，加强筋8的外侧设置有聚乙烯惰性气体外保护层6，的铝箔层3为以下重量份组成：si0.25％，fe0.35％，cu0.05％，mn0.03％，mg0.03％，ti0.03％，al99.26％，聚乙烯工作管1的外径为150cm，聚乙烯工作管1的厚度为7mm，铝箔层3厚度为0.5mm，玻纤带缠绕增强层5的壁厚为5mm，聚乙烯惰性气体外保护层6的壁厚为10mm，玻纤带缠绕增强层5为多层缠绕结构，聚乙烯惰性气体外保护层6的内侧与聚乙烯惰
性气体内保护层7的外侧位置处通过加强筋8分隔为四个空腔，四个空腔均安装有氢气泄露监测探头，且每两个氢气泄露监测探头相隔1公里，四个空腔内均充有惰性保护气体，聚乙烯惰性气体外保护层6通过聚乙烯惰性气体内保护层7与加强筋8固定于玻纤带缠绕增强层5的外侧位置处，在空腔中布置的氢气监测探头，通过光纤或无线传输技术，可实现管线的实时监控，将输氢管线运转情况汇总到中控室，同时串联阀门、流量监测装置，压力监测装置，通过大屏幕展示管线实时状态，实现实时联调联控。
19.实施例1：s1、聚乙烯工作管1由挤出机直接挤出，挤出温度为160-200℃，通过真空定径及喷淋箱冷却，调整管材尺寸，保证聚乙烯工作管1内壁光滑，圆度尺寸不超差；s2、聚乙烯工作管1通过粘接胶挤出机模具，模具均匀挤出粘接胶于聚乙烯工作管1的外侧作为第一粘接层2，通过调整螺杆转速调节粘接胶挤出量及外表面形貌，保证表面平整，粘接胶内无气泡；s3、第一粘接层2挤出后，包覆铝箔层3，铝箔层3通过放卷设备开卷后进入焊接缓存区，缓存区可实现2.5m的铝箔带的存储，满足铝箔带的焊接时长，通过前端的牵引铝箔层3进入成型区，通过3-4组成型滚轮滚压，铝箔层3成为圆筒状且包裹在工作管外壁，利用滚压焊接机将铝箔层3焊接成型后进入下一道工序，铝箔沿输送方向与与管道轴线成30度夹角滚压输送，经3-4个滚压模具后包裹在第一粘接层2外表面，要求两边搭接，重合的搭接宽度为10mm，焊接要求为滚压式电阻焊，焊接速度控制在2-8m/min,焊接压力控制在20-40n，焊机功率为3kw,工作气源大于0.8mpa；s4、铝箔层3焊接完成后，进入粘接胶挤出机模具，挤出粘接胶到铝箔层3的外侧作为第二粘接层4，通过调整螺杆转速调节粘接胶挤出量及外表面形貌，保证表面平整，粘接胶内无气泡；s5、涂覆好粘接剂的聚乙烯工作管1随即进入缠绕机组内，缠绕机带动玻纤带存储盘以管道中心线为转轴旋转，同时玻纤带存储盘释放玻纤带、玻纤带以55
°
的夹角角度缠绕在第二粘接层4上，通过多台缠绕机的前后排布来控制玻纤层的厚度，层与层之间通过热风枪来加热玻纤带，保证玻纤带具有良好的剥离强度，多层玻纤带叠加组成了玻纤带缠绕增强层5，从而保证聚乙烯工作管1具备良好的抗压等级，玻纤带的缠绕角度为玻纤带的缠绕切割方向与管道的轴线夹角为55度；s6、完成玻纤带缠绕的聚乙烯工作管1在牵引机的牵引下进入挤出机，挤出机模头挤出温度为160-200℃，同时挤出聚乙烯惰性气体内保护层7、加强筋8与聚乙烯惰性气体外保护层6，通过施加一定的牵引力将聚乙烯惰性气体内保护层7紧紧吸附在玻纤带缠绕增强层5上，通过温控系统控制，使聚乙烯惰性气体内保护层7加强筋8与聚乙烯惰性气体外保护层6紧紧粘接在一起，形成紧密的一体式结构，聚乙烯惰性气体内保护层7的壁厚小于总壁厚的30%，铝箔层3的壁厚小于0.5mm，聚乙烯惰性气体内保护层7的内壁厚度小于聚乙烯惰性气体外保护层6厚度，聚乙烯惰性气体内保护层7与聚乙烯惰性气体外保护层6的夹层中有加强筋8，加强筋8具有一定抗压性能，聚乙烯惰性气体内保护层7与聚乙烯惰性气体外保护层6中间分为四个独立腔体，互不相通，工作时聚乙烯惰性气体外保护层6内四个腔体中充有惰性保护气体，如氮气，确保氢气发生泄露后可以与氧气隔绝，避免爆炸；s7、根据客户的需求进行自动切割、喷码、包装，确保产品具有高辨识度的产品信
息标签及产品性能的永久性标识，并在四个空腔均安装有氢气泄露监测探头，每两组氢气泄露监测探头相隔1公里，四个空腔内充入惰性保护气体。
20.实施例2s1、聚乙烯工作管1由挤出机直接挤出，挤出模头温度为160-200℃，通过真空定径及喷淋箱冷却，调整管材尺寸，然后进入粘接胶挤出机模具内，挤出粘接胶于聚乙烯工作管1外表面作为第一粘接层2，调整螺杆转速调节粘接胶挤出量及外表面形貌，保证表面平整，粘接胶内无气泡；s2、两组缠绕机分别以顺时针及逆时针两方向进行交叉缠绕，缠绕时以角度55
°
缠绕铝箔，缠绕机组为两组缠绕机分别以顺时针及逆时针两方向进行交叉缠绕，缠绕张力为20-40n，缠绕2层铝箔，第一台缠绕机以逆时针方向缠绕，缠绕角度为55
°
，第二台缠绕机以逆时针方向缠绕，缠绕角度同样为55
°
，牵引速度为1.2m/min；s3、进入外层挤出机，挤出粘接胶，作为第二粘接层，挤出聚乙烯，玻纤带缠绕增强层5缠绕完成后，聚乙烯惰性气体外保护层6、聚乙烯惰性气体内保护层7与加强筋8由挤出机直接挤出，挤出温度为160-200℃，通过真空定径及喷淋箱冷却，调整管材尺寸及外表面形貌，最后进行喷码、切割和包装，并在四个空腔均安装有氢气泄露监测探头，每两组氢气泄露监测探头相隔1公里，四个空腔内充入惰性保护气体；s4、制备得到的管材的公称外径为150，聚乙烯惰性气体内保护层7的厚度为7mm，铝箔层3厚度为0.5mm，玻纤带缠绕增强层5的壁厚为5mm，聚乙烯惰性气体外保护层6的壁厚为10mm，耐压等级为10mpa，爆破强度大于等于24mpa，使用寿命为30-50年；s5、通过安装在外护层中间的氢气监测装置，可以实时监测管道中氢的含量，可以实现精准预测，提前关闭管道，避免氢爆炸风险。
21.根据上述实施例，本发明实施例与市场上两种输氢管道对比，对比例1采用的是对比文件cn113103613a中的输氢管道，对比例2采用的是400蒙乃尔合金管，且所参与对比的实施例1、实施例2、对比例1、对比例2均采用相同外径与内径的管，对比管道的外径均为155cm，管道的内径均为145cm，经对比实验得出数据，根据实验造价划分为五个等级：极高、高、适中、低、极低，抗腐蚀性划分为五个等级：极好、良好、一般、差与极差，与氢气的相容性划分为五个等级：极好、良好、一般、差与极差，抗拉强度划分为五个等级：极好、良好、一般、差与极差，质量划分为五个等级：极高、高、适中、低、极低，防震效果划分为五个等级：极高、高、适中、低、极低，耐压性能划分为五个等级：极高、高、适中、低、极低，抗剥离强度划分为五个等级：极高、高、适中、低、极低，智能性划分为两个方面：有、无，具体内容如表一所示。
22.表一
由上表对比可知，本装置的综合性能高于市场上的输氢管道，且成本相比较于市面中等，具有良好的抗晶间腐蚀能力以及与氢气良好的相容性，具有极高的抗拉强度，质量轻，防震效果较好，提高管道的耐压性能，增加抗剥离强度，可以对管道实时监控具有智能性。
23.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
24.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。