[发明专利]用玄武岩纤维复合材料对管道修复补强或增强的方法

说明书

发明领域

本发明涉及用树脂基玄武岩纤维复合材料对管道，特别是金属管道进行修复补强和/或增强的技术，更具体地，本发明涉及对管道，特别是金属管道修复补强的补强材料，该材料为树脂基玄武岩纤维复合材料，用所述材料对管道缺陷进行修复补强的方法，以及所述材料和方法在油气输送管道缺陷的修复补强中的应用。

背景技术

油气管道运输是五大运输产业之一，仅目前我国油气长输管道就达3万余公里。这些管道在长期服役过程中，由于受到地层压力、土壤腐蚀、电偶腐蚀、外力损伤等作用，造成管道爆裂、泄漏等事故发生；或者由于输送要求的提高，现有的输送能力不足或者设计能力不足，不能按要求提压；或者由于管道经过的地区类别发生变化，安全性有更高要求时，这些均影响管道的正常输送作业。国内外常有油气管道爆破和泄漏事故发生，如1989年，前苏联乌拉尔输气管道爆破一次伤亡1024人；北美也曾发生输气管道一次爆破开裂13公里的大事故。大量的现场调查表明，我国在役油气管线60％以上已进入事故多发期。通常，有缺陷的油气输送管道在运行作业时，往往采取降压输送的做法；输送要求提高或管道地区类别变化，而现有条件不能满足时，大部分是维持现有状况，不得已时新建管道。这样不仅影响了正常的生产作业，而且大大增加了运行成本。因此开发一种效果好、安全性高、便于实施的对管道进行修复补强和增强的方法是本领域追求的目标。在现有的油气管道外缺陷修复补强技术中，主要有传统的焊接补疤和复合材料补强等方法。由于焊接补疤过程中有可能发生焊穿和产生氢脆的危险，特别对于不停输的输气管线，一般建议不采用此方法。而树脂基复合材料由于具有轻质高强、抗腐蚀、耐久性好、施工简便、不影响结构的外观等优异特性，已被国外的油公司用于管道补强。如美国Clockspring公司的复合材料补强技术，它是采用间苯二甲酸型不饱和聚酯与E-玻璃纤维复合成片材，采用干铺法包裹于金属管道表面，在层与层之间用环氧粘结剂粘结。这种技术的缺点有两个：一是施工过程中，无法保证复合片材与管体、复合片材层与层之间的紧密贴合；另一是玻璃纤维的弹性模量及强度均较低，所以补强层的厚度会较厚，对后续防腐造成一定困难，对基体承载能力的提高程度也很有限。而北京科技大学等开发的复合材料补强技术因为成本较高，原料不易得以及因为碳纤维原丝基本完全依赖进口等因素还需要进一步完善。

近年来并没有关于使用玄武岩纤维进行管道维修补强和增强的报道以及公开具体的实施方案。

玄武岩纤维是前苏联开发的一种无机纤维，是以天然玄武岩矿石为原料熔制而成的纤维，具有抗拉强度高、弹性模量大、电绝缘性好、耐腐蚀和化学稳定性好等优良特性，而且可在600℃或者更高的温度下使用，其性能全面优于普通的玻璃纤维。因为玄武岩熔化过程中没有硼和其他碱金属氧化物排出，使玄武岩纤维的制造过程对环境无害，无工业垃圾，不向大气排放有害气体，是新型的环保型纤维。

玄武岩纤维目前已经国产化，成本远低于碳纤维，已经应用于纤维增强水泥制品、路面土工隔栅、汽车用摩擦材料等领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种用玄武岩纤维复合材料对管道进行修复补强和/或增强的方法，其特征在于在管道需要修复补强和/或增强的部位铺设玄武岩纤维复合材料，该方法成本较低，安全可靠，便于施工。因为玄武岩纤维体积电阻率和表面电阻率均大于10¹⁰Ω·m，具有良好的电绝缘性能和介电性能，因此，玄武岩纤维复合材料可作为管道的绝缘层，完全不会发生类似电偶腐蚀或其他电化学腐蚀的风险。

在管道需要修复补强和/或增强的部位铺设玄武岩纤维复合材料的方法之一包括以下步骤：

(1)在管道表面涂刷可固化聚合物；

(2)铺设高强度玄武岩纤维，并滚压，使得可固化聚合物均匀浸渍玄武岩纤维；

任选地重复(1)和(2)多次，然后进行固化。

这种方法为完全湿法粘贴，对于管体有焊疤或缺陷等凹凸不平处或管道附件(如三通，弯头，异径管，法兰、小管径接头等)处时，具有很好的施工简便性。在操作时，要尽量使可固化聚合物均匀分布，并且完全浸渍玄武岩纤维。在铺设玄武岩纤维时，要最大可能的减少气泡，降低空隙率，必要的时候可以采取抽真空等措施。

在管道需要修复补强和/或增强的部位铺设玄武岩纤维复合材料的方法还可以采用另外一种方法，包括以下步骤：

(1)在玄武岩纤维表面浸涂可固化聚合物，制成玄武岩纤维预浸料；

(2)铺设玄武岩纤维预浸料；

任选地重复(1)和(2)多次，然后进行固化。