[发明专利]含缺陷管道预浸料修补层结构

说明书

技术领域

本发明是一种含缺陷管道预浸料修补层结构。涉及管道系统技术领域。

背景技术

据统计，我国目前在役长输油气管道总长超过5×10⁴km，其中相当部分经多 年服役，产生了不同程度的缺陷，需进行更新、改造、大修或降压运行，因此管 道的修复工作已经成为油气集输过程中一项必不可少、经常性的工作，每年均需 投入大量人力和财力。传统的管道修复方法包括补焊、补板、套筒等，从安全性、 经济性以及可靠性等角度考虑，这些方法已不能适应石油行业对修补技术提出的 更高要求。近些年来采用树脂基复合材料进行修补已经成为了研究和应用的热点， 这主要是因为与传统的管体缺陷修复方法相比，复合材料修复技术是一种不停产 的外补强技术，修复后可充分发挥复合材料轻质高强、抗腐蚀、耐久性好、可设 计性强等特点，保证管道在原来的工作条件下长期正常运行。国内外的一些公司 已经开发了相关的材料体系和修补技术，并开始用于实际工程当中。

目前，复合材料修复管道技术主要有两种，一种是预成型法，一种是湿缠绕 法。预成型法是美国的Clockspring公司最先开发并工程化的，该方法采用不饱 和聚酯和玻璃纤维在工厂中预先根据含缺陷管道的管径制备复合套筒，然后在修 补现场通过强力胶将复合套筒粘结于管道表面，从而起到恢复管道强度的目的。 这种技术的缺点是：首先由于复合套筒刚度较大，不易变形，施工过程中难以保 证复合套筒与管体之间紧密贴合，影响了整体的承力效果，而且该技术只能用于 曲率较大的圆形管道，不能修复结构不规则的部位，如三通接头等；第二，由于 采用的是模量和强度均较低的玻璃纤维，对管体强度的恢复效率有限，而且玻璃 纤维复合材料的湿热老化性能差，不易用于湿度较大、温度较高的环境；第三， 由于复合套筒是在工厂中经过挤压、烘干、热处理及固化等一系列过程生产出来 的，其成本较高，效率较低。湿缠绕法是将不含树脂的柔性纤维布缠绕在管道上， 同时将树脂涂刷在纤维布上，在一定温度和时间下树脂固化并与纤维形成复合材 料，复合材料紧贴与管道之上，分担了大部分载荷，从而起到修复管道的目的。 国内的北京安科管道工程科技有限公司便是以环氧树脂为复合材料的基体、以碳 纤维片材为复合材料的增强材料，采用湿缠绕法技术进行管道修补的。这种修复 技术也存在着明显的不足：首先由于是在施工现场配制胶液并进行缠绕，胶液中 各组分的比例、树脂与纤维的比例、树脂对纤维的浸润程度、纤维布的平整度等 参数的一致性是很难控制的，它们均受到施工人员熟练程度、修补量、施工环境、 原材料初始状态等因素的影响，因此修复层的有效性和持久性都是不可预知的， 修复层的刚度和强度波动性较大，不适于高温高压管道的修复；另外，该技术在 实施过程中的劳动环境较差、劳动效率低，树脂中的挥发性组分和纤维布上脱落 的纤维毛容易引起皮肤过敏，对人体的健康有一定危害，对环境也有一定的污染； 最后碳纤维与金属接触容易引起金属的电位腐蚀，在潮湿的环境中更为明显，这 对管道的防腐效果有很大影响。

预浸料是航空航天承力复合材料结构件的常用材料，它是以连续纤维增强体 和树脂体系为原料，采用排布机或预浸机使树脂体系处于溶液状态或加热熔融状 态，在一定速度下对纤维进行浸润，得到表面由树脂包裹的纤维增强体，并通过 收卷得到的一种片材。这种片材中的树脂处于未固化状态，使预浸料有一定的粘 性，并且在一定温度和压力下树脂可以发生流动，最终固化形成复合材料。由于 预浸料是在自动化的设备上进行生产，生产效率高、树脂含量非常均匀，并且树 脂含量的范围可以通过工艺参数的改变而在很大范围内调节。这种片材的质量稳 定性好，可以用于各种复合材料成型工艺，尤其适合于手工铺贴工艺，可用于各 种复杂结构的制品，制得的复合材料性能优异、纤维含量高且均匀、使用寿命长、 可靠性高，在国防和民用领域已经得到了大规模的应用。

但埋地的在役长输油气管道由于其特殊性，上述的预浸料当然是不适用的。如 果能解决在役长输油气管道要求的高强、抗腐蚀、耐久性好、可设计性高强及湿 度较大、温度较高的环境问题，当然预浸料是一种较好的管道补强技术。本公司经 多年的研发，已成功地解决此问题，并同时申请了发明专利。而采用预浸料对管道 补强的修补层结构又是待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是发明一种将预浸料用于含缺陷管道修补的质量高且均匀、使 用寿命长、可靠性高的含缺陷管道预浸料修补层结构。