连续缠绕工艺在生产海洋油气管线过程中的应用

王佳佳 侯军明 王青

摘 要：我国海洋油气资源丰富，海洋油气开采装备中的输送管线一直被外国公司垄断，连续缠绕工艺是实现海洋油气管线生产国产化的一项重要技术突破。

关键词：湿法；一步成型；连续缠绕

1 引言

随着陆地油气资源的枯竭，油气开采正在向海洋发展，柔性油气输送管道是海洋油气开采中的重要装备，目前被国外的Deepflex、Wellstream等几家公司垄断，柔性管道生产过程中的连续缠绕是制约其国产化的关键技术问题，解决连续缠绕工艺对实现柔性管道国产化以及加速我国海洋油气开采进行具有重要意义。

2 缠绕工艺现状

目前国内缠绕管材主要是采用两种方法：干法缠绕和湿法缠绕。

干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到层位上。其最大优点是产效率高，缠绕机清洁，能够精确控制产品质量。缺点是缠绕设备贵，需要增加预浸纱制造设备，故投资较大，此外干法缠绕制品的层间剪切强度较低。由于预浸纱（或带）是单独加工且长度有限，就无法实现长距离连续管的生产，也无法根据产品需求随时更改树脂及纤维含量。

湿法缠绕是将纤维集束（纱式带）浸胶后，在张力控制下直接缠绕到层位上。其优点为：1）成本较干法缠绕大幅降低；2）产品气密性好3）纤维排列平行度好；4）生产效率高。在普通定尺寸管的生产中这种缠绕工艺一般采用往复缠绕，有成型的缠绕设备和控制程序。

传统意义上的两种缠绕工艺不能满足柔性管道连续缠绕的需求，为了实现海洋柔性管道的国产化，必须对连续缠绕工艺进行技术攻关。

3 连续缠绕工艺具体内容

⑴浸胶：要保证合股纤维在树脂液中分散均匀，浸润完全才能实现纤维和树脂的有机结合，在往复缠绕设备中采用的多道对辊挤压增加树脂的浸润度，而在回转缠绕工艺中这种方法就不行通了。研究采用的方法是制作一个笼状滚筒，纤维在滚筒周边分布，滚筒旋转过程中纤维逐步进入胶槽，纤维先通过一个环形机构，使其合股散开，然后再利用一个缩口，挤压多余的树脂，达到树脂浸润的目的。

⑵纤维集束：研究采用拉挤成型的方法，用塑性材料做成U型带包覆在浸胶后的纱带外面，在拉挤模中加热使纤维和树脂预固化成标准的尺寸和形状，然后均匀的分布在层位点，加热固化达到材料的最佳性能，这种管材层位上固化成型的方法消除了另制增强带再缠绕易产生的张力和应力，其形状更能和管材圆弧面吻合，实现了连续缠绕。

⑶张力控制：张力的大小直接影响纱式带的各项力学性能，如何控制张力的大小并使各个纤维集束的张力大小相同是一项技术难点。我们经过多次研究试验，采用在回转式缠绕机上设置多处调节控制机构来解决这一难题，在缠绕机回转盘的挂纱线轴上装有调节装置可以调节纱盘上摩擦盘阻力的大小，在笼状滚筒上各个纤维集束上都安装有张力控制机构。实现了对纤维集束张力的控制和调节。

⑷螺旋模：螺旋模及相应导向定位装置的设计是极其复杂的工作也是增强层加工中的关键技术，直接影响骨架层和纵向增强层的成型。

⑸各设备之间的联动控制：管道采用一步法成型，这就需要各设备同时运行并且保持设备间运行的协调一致，为了解决这一难点，回转式缠绕机和玻璃纸缠绕机等加工设备均采用伺服电机作为动力装置，通过伺服电机控制系统以及编写相关复杂控制程序实现了各设备之间的联动控制。

4 连续缠绕工艺研发的战略意义

随着我国工业化进程的不断推进，我国能源供应与消费关系矛盾日益突出，国内迫切需要对具有战略接替性的海洋领域进行开发，油气开发过程中需要大量的先进装备，其中柔性输送管道是必不可少的。

连续缠绕工艺是海洋柔性管道生产过程中的重要技术问题，之前一直被国外少数几家公司垄断，对我国实行技术封锁和价格垄断，严重制约我国海洋油气开采的进程。连续缠绕工艺的开发为海洋柔性输送管道的国产化生产奠定了坚实的技术基础，加速我国海洋油气开采的进程。

[参考文献]

[1]罗耀松.用于缠绕工艺的聚酯树脂固化系统[J].玻璃钢/复合材料，1980年03期.

[2]谢霞，邱冠雄，姜亚明.纤维缠绕技术的发展及研究现状[J].天津工业大学学报，2004，23（6）：19-23.

[3]王冰山.纤维缠绕中纤维含胶量控制系统的设计与研究[D].武汉理工大学，2007，2-3.