專利名稱：預(yù)浸料修補(bǔ)含缺陷管道的施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種預(yù)浸料修補(bǔ)含缺陷管道的施工方法。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前在役長(zhǎng)輸油氣管道總長(zhǎng)超過5xl04km,其中相當(dāng)部分經(jīng)多 年服役，產(chǎn)生了不同程度的缺陷，需進(jìn)行更新、改造、大修或降壓運(yùn)行，因此管 道的修復(fù)工作己經(jīng)成為油氣集輸過程中一項(xiàng)必不可少、經(jīng)常性的工作，每年均需 投入大量人力和財(cái)力。傳統(tǒng)的管道修復(fù)方法包括補(bǔ)焊、補(bǔ)板、套簡(jiǎn)等，從安全性、 經(jīng)濟(jì)性以及可靠性等角度考慮，這些方法已不能適應(yīng)石油行業(yè)對(duì)修補(bǔ)技術(shù)提出的 更高要求。近些年來采用樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行修補(bǔ)已經(jīng)成為了研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)， 這主要是因?yàn)榕c傳統(tǒng)的管體缺陷修復(fù)方法相比，復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)是一種不停產(chǎn) 的外補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，修復(fù)后可充分發(fā)揮復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)、抗腐蝕、耐久性好、可設(shè) 計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，保證管道在原來的工作條件下長(zhǎng)期正常運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外的一些公司 已經(jīng)開發(fā)了相關(guān)的材料體系和修補(bǔ)技術(shù)，并開始用于實(shí)際工程當(dāng)中。
目前，復(fù)合材料修復(fù)管道技術(shù)主要有兩種， 一種是預(yù)成型法， 一種是濕纏繞 法。預(yù)成型法是美國(guó)的Clockspring公司最先開發(fā)并工程化的，該方法釆用不飽
和聚酯和玻璃纖維在工廠中預(yù)先根據(jù)含缺陷管道的管徑制備復(fù)合套簡(jiǎn)，然后在修 補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)通過強(qiáng)力膠將復(fù)合套簡(jiǎn)粘結(jié)于管道表面，從而起到恢復(fù)管道強(qiáng)度的目的。 這種技術(shù)的缺點(diǎn)是首先由于復(fù)合套簡(jiǎn)剛度較大，不易變形，施工過程中難以保 證復(fù)合套簡(jiǎn)與管體之間緊密貼合，影響了整體的承力效果，而且該技術(shù)只能用于 曲率較大的圓形管道，不能修復(fù)結(jié)構(gòu)不規(guī)則的部位，如三通接頭等；第二，由于 釆用的是模量和強(qiáng)度均較低的玻璃纖維，對(duì)管體強(qiáng)度的恢復(fù)效率有限，而且玻璃 纖維復(fù)合材料的濕熱老化性能差，不易用于濕度較大、溫度較高的環(huán)境；第三， 由于復(fù)合套簡(jiǎn)是在工廠中經(jīng)過擠壓、烘干、熱處理及固化等一系列過程生產(chǎn)出來 的，其成本較高，效率較低。濕纏繞法是將不含樹脂的柔性纖維布纏繞在管道上, 同時(shí)將樹脂涂刷在纖維布上，在一定溫度和時(shí)間下樹脂固化并與纖維形成復(fù)合材 料，復(fù)合材料緊貼與管道之上，分擔(dān)了大部分載荷，從而起到修復(fù)管道的目的。 國(guó)內(nèi)的北京安科管道工程科技有限公司便是以環(huán)氧樹脂為復(fù)合材料的基體、以碳纖維片材為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，釆用濕纏繞法技術(shù)進(jìn)行管道修補(bǔ)的。這種修復(fù) 技術(shù)也存在著明顯的不足首先由于是在施工現(xiàn)場(chǎng)配制膠液并進(jìn)行纏繞，膠液中 各組分的比例、樹脂與纖維的比例、樹脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)程度、纖維布的平整度等 參數(shù)的一致性是很難控制的，它們均受到施工人員熟練程度、修補(bǔ)量、施工環(huán)境、 原材料初始狀態(tài)等因素的影響，因此修復(fù)層的有效性和持久性都是不可預(yù)知的，
修復(fù)層的剛度和強(qiáng)度波動(dòng)性較大，不適于高溫高壓管道的修復(fù)；另外，該技術(shù)在
實(shí)施過程中的勞動(dòng)環(huán)境較差、勞動(dòng)效率低，樹脂中的揮發(fā)性組分和纖維布上脫落
的纖維毛容易引起皮膚過敏，對(duì)人體的健康有一定危害，對(duì)環(huán)境也有一定的污染; 最后碳纖維與金屬接觸容易引起金屬的電位腐蝕，在潮濕的環(huán)境中更為明顯，這 對(duì)管道的防腐效果有很大影響。
預(yù)浸料是航空航天承力復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的常用材料，它是以連續(xù)纖維增強(qiáng)體 和樹脂體系為原料，釆用排布機(jī)或預(yù)浸機(jī)使樹脂體系處于溶液狀態(tài)或加熱熔融狀 態(tài)，在一定速度下對(duì)纖維進(jìn)行浸潤(rùn)，得到表面由樹脂包裹的纖維增強(qiáng)體，并通過 收卷得到的一種片材。這種片材中的樹脂處于未固化狀態(tài)，使預(yù)浸料有一定的粘 性，并且在一定溫度和壓力下樹脂可以發(fā)生流動(dòng)，最終固化形成復(fù)合材料。由于 預(yù)浸料是在自動(dòng)化的設(shè)備上進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高、樹脂含量非常均勻，并且樹 脂含量的范圍可以通過工藝參數(shù)的改變而在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。這種片材的質(zhì)量穩(wěn) 定性好，可以用于各種復(fù)合材料成型工藝，尤其適合于手工鋪貼工藝，可用于各 種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制品，制得的復(fù)合材料性能優(yōu)異、纖維含量高且均句、使用壽命長(zhǎng)、 可靠性高，在國(guó)防和民用領(lǐng)域已經(jīng)得到了大規(guī)模的應(yīng)用。但由于埋地的在役長(zhǎng)輸 油氣管道的特殊性，上述的預(yù)浸料當(dāng)然是不能使用的。如果能解決在役長(zhǎng)輸油氣管 道要求的高強(qiáng)、抗腐蝕、耐久性好、可設(shè)計(jì)性高強(qiáng)及濕度較大、溫度較高的環(huán)境 問題，當(dāng)然預(yù)浸料是一種較好的管道補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。而釆用預(yù)浸料對(duì)管道補(bǔ)強(qiáng)的修補(bǔ)層 結(jié)構(gòu)及其施工方法又是待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種預(yù)浸料修補(bǔ)含缺陷管道高質(zhì)量、高效率、低成本修 補(bǔ)的預(yù)浸料修補(bǔ)含缺陷管道的施工方法。
本預(yù)浸料修補(bǔ)含缺陷管道的方法包括涂敷專用膩?zhàn)印㈩A(yù)浸料在管體表面的鋪 貼、預(yù)浸料的加熱以及預(yù)浸料的加壓等步驟。
所述專用膩?zhàn)影ōh(huán)氧樹脂、改性脂肪族胺固化劑、低分子聚酰胺固化劑、 2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促進(jìn)劑、咪唑促進(jìn)劑、環(huán)氧類活性稀釋劑、玻璃微珠、氧化鋁、二氧化硅、碳酸鉤、金剛砂、石英砂、滑石粉中的一種或兩種或兩 種以上的混合物。其配比(質(zhì)量百分比)是
a) 45-55%的環(huán)氧樹脂；
b) 2. 5-15%的改性脂肪族胺固化劑；
c) 2. 5-30%的低分子聚酰胺固化劑；
d) 0. 5-2. 5%的2， 4, 6-三(二甲胺基甲基)苯酴促進(jìn)劑；
e) 0.5-3. 5%的咪唑促進(jìn)劑；
f) 0-7.5%的環(huán)氧類活性稀釋劑；
g) 5%-20%重量份數(shù)的玻璃微珠、氧化鋁、二氧化硅、碳酸鈣、金剛砂、石英 砂、滑石粉中的一種或兩種或兩種以上的混合物。
用預(yù)浸料對(duì)含缺陷管道進(jìn)行修補(bǔ)的具體方法包括以下步驟-.
1) 對(duì)管道表面進(jìn)行清理，可用機(jī)械打磨的方法去掉氧化層和雜質(zhì)，并用丙酮、 酒精的溶劑進(jìn)行清洗；
2) 配制專用膩?zhàn)?，?duì)管道表面凹陷部位進(jìn)行填平；
3) 根據(jù)缺陷的類型和程度，裁剪一定寬度和長(zhǎng)度的預(yù)浸料，在管道含缺陷表 面進(jìn)行纏繞和鋪貼，其特征在于緊貼管體表面的預(yù)浸料為防電位腐蝕層，可以 是玻璃纖維預(yù)浸料、玄武巖纖維預(yù)浸料、凱芙拉預(yù)浸料或幾種的組合，層數(shù)在1~ 3層之間，主要是利用所述纖維電阻率高、與金屬接觸不發(fā)生電位腐蝕的特點(diǎn)， 增強(qiáng)管道的防腐能力；緊貼防電位腐蝕層的預(yù)浸料是增強(qiáng)層，可以是碳纖維、玻璃 纖維預(yù)浸料、玄武巖纖維預(yù)浸料、凱芙拉預(yù)浸料或幾種的組合，層數(shù)在2~10層 之間，主要是利用所述纖維高強(qiáng)高模的性能，承擔(dān)管道所受的壓力，恢復(fù)管道的 承壓能力，鋪層順序如圖l所述；
4) 對(duì)步驟3得到的預(yù)浸料鋪層進(jìn)行加壓處理，以提高預(yù)浸料片層間及預(yù)浸料 片層與管體表面間的緊密貼合程度，同時(shí)排除預(yù)浸料片層間裹入的空氣，降低復(fù) 合材料內(nèi)部缺陷，如圖2所示，首先依次用透氣隔離布、透氣氈以及真空袋將預(yù) 浸料鋪層和修補(bǔ)的管道部分包裹，其中透氣隔離布的作用是防止預(yù)浸料與透氣毬 粘結(jié)，透氣氈的作用是提供均勻暢通的氣路，真空袋的作用是將加壓部位密封， 實(shí)現(xiàn)真空壓的施加，然后用密封膠帶將真空袋四邊粘結(jié)在管體表面，插入真空嘴， 并將真空嘴接入到真空泵進(jìn)行抽真空，抽真空時(shí)間為10 60min;
5) 去掉步驟4所述的密封膠帶、真空袋和透氣氈，將加熱毯包裹在透氣隔離 布表面，接通電源，對(duì)預(yù)浸料鋪層進(jìn)行加熱，使預(yù)浸料中的樹脂反應(yīng)固化，如圖3所示，加熱溫度50。C-10(TC,時(shí)間30 180min;
6)去掉步驟5所述的加熱毯和透氣隔離布，在已固化的復(fù)合材料表面進(jìn)行防 腐層的纏繞，所述防腐層可以是聚乙烯冷纏膠帶、復(fù)合型聚乙烯防腐膠帶以及防 腐涂料等，鋪層順序如圖l所述。
本發(fā)明的關(guān)鍵是對(duì)新開發(fā)的預(yù)浸料用于管道補(bǔ)強(qiáng)的實(shí)用化及修補(bǔ)層完善，從 而實(shí)現(xiàn)了含缺陷管道，特別是金屬管道的高質(zhì)量、高效率、低成本修補(bǔ)。


圖l管道修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)示意圖
圖2預(yù)浸料修補(bǔ)層真空加壓結(jié)構(gòu)示意圖
圖3預(yù)浸料修補(bǔ)層加熱結(jié)構(gòu)示意圖
圖中l(wèi)一管道 2—防電位腐蝕層
3—增強(qiáng)層 4一防腐層
5—隔離布 6—透氣氈
7—真空袋 8—密封膠帶
9一真空嘴 IO—真空泵
ll一加熱毯 12—電源
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例.以本例來說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
并對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本 例是一實(shí)驗(yàn)方法。
本預(yù)浸料修補(bǔ)含缺陷管道的方法包括涂敷專用膩?zhàn)印㈩A(yù)浸料在管體表面的鋪 貼、預(yù)浸料的加熱以及預(yù)浸料的加壓等步驟。
所用膩?zhàn)影?環(huán)氧樹脂、改性脂肪族胺固化劑、低分子聚酰胺固化劑、2, 4, 6-三(二甲胺基甲基)苯酚促進(jìn)劑、咪唑促進(jìn)劑、環(huán)氧類活性稀釋劑、玻璃微珠、氧 化鋁、二氧化硅、碳酸鈣、金剛砂、石英砂、滑石粉中的一種或兩種或兩種以上 的混合物。其配比是
a) IOO重量份數(shù)的環(huán)氧樹脂；
b) 30重量份數(shù)的改性脂肪族胺固化劑；
c) 50重量份數(shù)的低分子聚酰胺固化劑；
d) 3重量份數(shù)的2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促進(jìn)劑；
e) 3重量份數(shù)的咪唑促進(jìn)劑；
f) 15重量份數(shù)的環(huán)氧類活性稀釋劑；g) io重量份數(shù)的玻璃微珠、氧化鋁的混合物。
用預(yù)浸料對(duì)含缺陷管道進(jìn)行修補(bǔ)的具體方法包括以下步驟
1) 對(duì)管道表面進(jìn)行清理，用機(jī)械打磨的方法去掉氧化層和雜質(zhì)，并用丙酮、
酒精的溶劑進(jìn)行清洗；
2) 配制專用膩?zhàn)?，?duì)管道表面凹陷部位進(jìn)行填平；
3) 根據(jù)缺陷的類型和程度，裁剪一定寬度和長(zhǎng)度的預(yù)浸料，在管道含缺陷表 面進(jìn)行纏繞和鋪貼，緊貼管體表面的預(yù)浸料為防電位腐蝕層，用玻璃纖維預(yù)浸料， 層數(shù)為3層；緊貼防電位腐蝕層的預(yù)浸料是增強(qiáng)層，它是碳纖維、玻璃纖維預(yù)浸料 的組合，層數(shù)為5層，鋪層順序如圖l所述；
4) 對(duì)步驟3得到的預(yù)浸料鋪層進(jìn)行加壓處理，以提高預(yù)浸料片層間及預(yù)浸料 片層與管體表面間的緊密貼合程度，同時(shí)排除預(yù)浸料片層間裹入的空氣，降低復(fù) 合材料內(nèi)部缺陷，如圖2所示，首先依次用透氣隔離布、透氣氈以及真空袋將預(yù) 浸料鋪層和修補(bǔ)的管道部分包裹，其中透氣隔離布的作用是防止預(yù)浸料與透氣氈 粘結(jié)，透氣氈的作用是提供均勻暢通的氣路，真空袋的作用是將加壓部位密封， 實(shí)現(xiàn)真空壓的施加，然后用密封膠帶將真空袋四邊粘結(jié)在管體表面，插入真空嘴， 并將真空嘴接入到真空泵進(jìn)行抽真空，抽真空時(shí)間為50min;
5) 去掉步驟4所述的密封膠帶、真空袋和透氣氈，將加熱毯包裹在透氣隔離 布表面，接通電源，對(duì)預(yù)浸料鋪層進(jìn)行加熱，使預(yù)浸料中的樹脂反應(yīng)固化，如圖 3所示，加熱溫度60。C，時(shí)間80min;
6) 去掉步驟5所述的加熱毯和透氣隔離布，在已固化的復(fù)合材料表面進(jìn)行防 腐層的纏繞，所述防腐層是復(fù)合型聚乙烯防腐膠帶以及防腐涂料，鋪層順序如圖 l所述。
本例在慶鐵線進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn),對(duì)1公里距離內(nèi)的10處腐蝕區(qū)補(bǔ)強(qiáng)，在施工中釆 用本方法，易于操作，工藝簡(jiǎn)單,質(zhì)量易于保證。補(bǔ)強(qiáng)后經(jīng)一年的檢測(cè)，經(jīng)受3MP的 壓力考驗(yàn),補(bǔ)強(qiáng)部位完好如初。本發(fā)明是對(duì)新開發(fā)的預(yù)浸料用于管道補(bǔ)強(qiáng)的工程化 及修補(bǔ)層的完善，從而實(shí)現(xiàn)了含缺陷管道，特別是金屬管道的高質(zhì)量、高效率、低 成本修補(bǔ)。
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權(quán)利要求
1.一種預(yù)浸料修補(bǔ)含缺陷管道的施工方法，其特征是它包括涂敷專用膩?zhàn)?、預(yù)浸料在管體表面的鋪貼、預(yù)浸料的加熱、預(yù)浸料的加壓、增強(qiáng)層(3)和防腐層(4)的纏繞或涂覆步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含缺陷管道預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)施工方法，其特征 是它包括以下步驟1) 對(duì)管道表面進(jìn)行清理，用機(jī)械打磨的方法去掉氧化層和雜質(zhì)，并用丙酮、 酒精的溶劑進(jìn)行清洗；2) 配制專用膩?zhàn)?，?duì)管道表面凹陷部位進(jìn)行填平；3) 根據(jù)缺陷的類型和程度，裁剪一定寬度和長(zhǎng)度的預(yù)浸料，在管道含缺陷表 面進(jìn)行纏繞和鋪貼，緊貼管體表面的預(yù)浸料為防電位腐蝕層，緊貼防電位腐蝕層 的預(yù)浸料是增強(qiáng)層；4) 對(duì)步驟3)得到的預(yù)浸料鋪層進(jìn)行加壓處理，首先依次用透氣隔離布、透氣氈以及真空袋將預(yù)浸料鋪層和修補(bǔ)的管道部分包裹，實(shí)現(xiàn)真空壓的施加，然后 用密封膠帶將真空袋四邊粘結(jié)在管體表面，插入真空嘴，并將真空嘴接入到真空 泵進(jìn)行抽真空，抽真空時(shí)間為10 60min;5) 去掉步驟4)所述的密封膠帶、真空袋和透氣氈，將加熱毯包裹在透氣隔離布表面，接通電源，對(duì)預(yù)浸料鋪層進(jìn)行加熱，使預(yù)浸料中的樹脂反應(yīng)固化，加 熱溫度50°C ~ IO(TC，時(shí)間30 180min;6) 去掉步驟5)所述的加熱毯和透氣隔離布，在已固化的復(fù)合材料表面進(jìn)行 增強(qiáng)層(3)和防腐層(4)的纏繞或涂覆。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的含缺陷管道預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)施工方法，其特 征是所述專用膩?zhàn)影ōh(huán)氧樹脂、改性脂肪族胺固化劑、低分子聚酰胺固化劑、 2,4,6-三苯酚促進(jìn)劑、咪唑促進(jìn)劑、環(huán)氧類活性稀釋劑及玻璃微珠、氧化鋁、二 氧化硅、碳酸鈣、金剛砂、石英砂、滑石粉中的一種或兩種或兩種以上的混合物； 其配比是a) 環(huán)氧樹脂占45-55%;b) 改性脂肪族胺固化劑占2. 5-15%;c )低分子聚酰胺固化劑占2. 5-30%; d ) 2， 4， 6-三苯酚促進(jìn)劑占0. 5-2. 5%; e )咪唑促進(jìn)劑占0. 5-3. 5%;f )環(huán)氧類活性稀釋劑占0-7. 5%;g)玻璃微珠、氧化鋁、二氧化硅、碳酸鈣、金剛砂、石英砂、滑石粉中的一種或兩種或兩種以上的混合物占5-20%。
全文摘要
本發(fā)明是一種預(yù)浸料修補(bǔ)含缺陷管道的施工方法。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是它包括涂敷專用膩?zhàn)印㈩A(yù)浸料在管體表面的鋪貼、預(yù)浸料的加熱、預(yù)浸料的加壓、增強(qiáng)層(3)和防腐層(4)的纏繞或涂覆步驟。本發(fā)明的關(guān)鍵是對(duì)新開發(fā)的預(yù)浸料用于管道補(bǔ)強(qiáng)的實(shí)用化及修補(bǔ)層完善，從而實(shí)現(xiàn)了含缺陷管道，特別是金屬管道的高質(zhì)量、高效率、低成本修補(bǔ)。
文檔編號(hào)F16L55/16GK101576195SQ20081010623
公開日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2008年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者豐 張, 張永盛, 李茂源, 李榮光, 簡(jiǎn)抗抗, 顧玉卓, 強(qiáng) 高 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司