管道补强技术

《管道补强技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管道补强技术（10页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、管道补强技术“管道补强”是通过某种手段对管道进行修复,以起到增加管道强度、恢复管道安全运行的目的。管道的维修补强技术是保证管道完整性和延长管道使用寿命的重要手段。为此国内外对于管道维修补强技术研究和开发非常重视。迄今国内外用于管道维修补强的方法大致可以归结为三大类型和七小类型：（1）焊接类型：a.堆焊；b.打补丁；c.打套袖（2）夹具类型：d.夹具；e.夹具注环氧（3）纤维复合材料类型：f.玻璃纤维复合材料修复；g.碳纤维复合材料修复1、玻璃纤维复合材料补强技术目前的玻璃纤维复合材料补强技术由于玻璃纤维的强度低，多制成一定厚度的半成品，在施工现场进行干法缠绕施工。玻璃纤维复合材料补强技术：预成

2、型法Clock Spring 修复预成型法（Full cure）是美国的Clock Spring公司最先开发并工程化的，在管道外腐蚀缺陷修复作业中已成功应用了逾20 年。预成型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。图 1 为 Clock Spring 修复管道现场照片。图 1 Clock Spring修复管道缺陷这种技术的优点有：修复过程无需降压、无需动火、修复时间短；复合材料工厂预制成型，无需现场配胶，产品质量稳定，修复效果好；主要技术缺点有：1、复合套筒自身刚度较大，不易变形，只

3、能修复直管，不能用于修复异型件（弯头、三通等）；2、一般选用纤维模量和强度较低的玻璃纤维，对管体强度的恢复效率有限；3、复合套筒在加工中经过挤压、烘干、热处理及固化等一系列生产过程，其成本较高。2、碳纤维复合材料补强技术复合材料修复技术具有“不动火&不停输”的优点,在过去的，10 年内逐步兴起,在管道缺陷修复中得到越来越多的应用。通过对管道进行复合材料修复补强,可以起到如下三种主要作用(根据 ASME 做出的定义):(一)降低缺陷处的应力 (二)降低缺陷处的应变 (三)恢复管道的承压能力管道复合材料补强示意图(说明:碳纤维复合材料厚度很小,平均厚度约为0.5mm0.8mm/层)复合材料修复技术

4、利用树脂基纤维增强复合材料在管道外形成复合材料修补层,分担管 道承受的载荷,降低管壁的应力并且限制管道缺陷处的应力集中,从而达到对管道补强的目的,恢复管道的正常承压能力。如上图所示,图中的碳纤维复合材料为补强层,修 复后,补强层上产生了一定的应力,补强层起到了为管壁分担的内压的作用,这样就降 低了管壁和缺陷处承受的应力,降低了管道的风险,达到修复补强的目的。PerpeWrap?复合材料修复系统的构成 PerpeWrap?复合材料修复系统由四个部分组成:(1)碳纤维布(2)粘浸胶(3)底漆(4)专用修补剂。四个部分作为一个整体共同作用在管道上。PerpeWrap?复合材料修复系统施工技术Perp

5、eWrap?复合材料修复系统施工工艺为湿铺工艺(wet lay-up technique),也称为手糊成型技术,就是将碳纤维片材和环氧树脂交互地铺层,粘结在一起。PerpeWrap?复合材料补强作业施工方案按照力强基业公司制定的企业标准执行:FirmBase QB-2008-01钢质管道碳纤维复合材料修复补强技术施工作业规范。该企业 标准满足如下行业标准和国家标准:(一)SYJ4002-90 长输管道站内工艺管线工程施工及验收规范(二)GB50205-95 钢结构工程施工及验收规范(三)GB50235-97 工业金属管道工程施工及验收规范PerpeWrap?复合材料修复系统补强施工的工序为:第

6、一步:管道表面处理通过对管道进行喷砂除锈或者手工打磨除锈,使管道表面达到St3 级标准。用专用修补剂将缺陷处填平。PerpeWrap?专用修补剂可以在30 分钟/25C内完成固化。第二步:涂刷底漆在管道外表面涂刷1.0mm 左右厚度的底漆,涂抹均匀之后即可进行下一步操作。底漆 和环氧树脂基体材料固化速度基本相同。第三步:铺设碳纤维复合材料采用湿铺工艺铺设ST60 或 ST85 型碳纤维复合材料,铺设时间大概在30 分钟内完成。中高温修复系统固化速度会更快。ST85 碳纤维复合材料初步固化时间为 30 分钟/25C。基本固化之后可以进行下一步处理。补强施工完毕后,在补强区域两端可以设置漏磁智能检

7、测提示条,利用此提示条可以在 以后的检测中识别已修复区域,方便以后的再次检修。第四步:增加外保护层在碳纤维复合材料外部缠绕聚乙烯胶粘带或者涂刷外保护层。建议使用力强基业公司开发的抗紫外线涂层、防腐冷缠带或其他抗老化防腐材料,在补强层外进行处理,减少紫 外线长期照射对碳纤维复合材料强度的负面影响。第四步:作业区域固化与土壤回填复原补强层初步固化后,埋地管道即可回填。3、对比玻璃纤维和碳纤维复合材料修复技术目前的玻璃纤维复合材料补强技术由于玻璃纤维的强度低，多制成一定厚度的半成品，在施工现场进行干法缠绕施工。而碳纤维复合材料补强技术由于碳纤维的强度非常高，在现场进行湿法缠绕施工。碳纤维复合材料补强

8、技术和玻璃纤维复合材料补强技术主要有下述几点优缺点对比。(1)碳纤维复合材料与钢管具有非常优良的变形协调能力。碳纤维的弹性模量213GPa 和钢的弹性模量 207GPa 十分接近，这样非常有利于碳纤维复合材料与钢的协同变形有利于载荷在钢和碳纤维复合材料之间的均匀分布，从而有利于达到补强效果。玻璃纤维复合材料的弹性模量比钢的弹性模量小约一个数量级，从结构强度的角度考虑，如果用玻璃纤维复合材料，只有当钢管发生很大的塑性变形以后才能将力值传递到补强材料。所以从变形协调能力来说，使用碳纤维综合补强技术远远优于玻璃纤维补强技术。(2)碳纤维具有足够的变形量，大于1.4%。按照管道设计规范，对于一类地区，

9、最大操作压力应当是屈服压力Ps的0.72倍。屈服压力对应的规定条件是0.5%或者0.2%的变形量，则最大操作压力所对应的最大变形量根据规定条件不同为0.36%和0.14%，这是碳纤维复合材料可承受变形量的1/4 到1/10。也就是说，一般情况下，管体变形远小于碳纤维复合材料的变形量，使用碳纤维复合材料进行补强是从管体变形的角度来说也是足够保险的。(3)由于弹性模量高，和我们开发高粘结性树脂，可以进行环焊缝和螺旋焊缝的补强，玻璃纤维产品由于弹性模量低，不行。(4)由于湿法缠绕碳纤维布的柔韧性好，对于具有较高焊缝余高和错边严重的螺旋焊缝和环焊缝，用碳纤维复合材料补强技术非常易于施工。通常所用的玻璃

10、纤维产品由于厚度大和硬度大，在这种状态很难操作。(5)由于整体补强层很薄，比玻璃纤维产品材料低一个数量级，补后两端防腐与玻璃纤维产品相比，要容易的多。(6)强度随着时间增加基本保持不变，而玻璃纤维产品的强度则随着时间增长而降低。(7)碳纤维复合材料可以轴向和环向组合铺设，各个铺层之间交错组合铺设。这样既可以有效承受环向应力，也可以有效承受轴向应力。这种组合铺设的方式，可以使补强层形成一个整体，特别适用于沿轴向大面积腐蚀的长缺陷的补强。玻璃纤维补强技术由于补强卷材材料和干法铺设方法的限制，不可能形成一个整体，对于长腐蚀缺陷的补强则无能为力。(8)碳纤维补强技术还适用于环焊缝和螺旋焊缝裂纹缺陷的补强，而玻璃纤维不行。总的来说，碳纤维发展前景更好。