CN101576195B - 预浸料修补含缺陷管道的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种预浸料修补含缺陷管道的施工方法。涉及管道系统技术领域。其特征是它包括涂敷专用腻子、预浸料在管体表面的铺贴、预浸料的加热、预浸料的加压、增强层(3)和防腐层(4)的缠绕或涂覆步骤。本发明的关键是对新开发的预浸料用于管道补强的实用化及修补层完善，从而实现了含缺陷管道，特别是金属管道的高质量、高效率、低成本修补。
Description
技术领域
本发明是一种预浸料修补含缺陷管道的施工方法。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。但由于埋地的在役长输油气管道的特殊性，上述的预浸料当然是不能使用的。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。而采用预浸料对管道补强的修补层结构及其施工方法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预浸料修补含缺陷管道高质量、高效率、低成本修补的预浸料修补含缺陷管道的施工方法。
本预浸料修补含缺陷管道的方法包括涂敷专用腻子、预浸料在管体表面的铺贴、预浸料的加热以及预浸料的加压等步骤。
所述专用腻子包括：环氧树脂、改性脂肪族胺固化剂、低分子聚酰胺固化剂、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂、咪唑促进剂、环氧类活性稀释剂、玻璃微珠、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、金刚砂、石英砂、滑石粉中的一种或两种或两种以上的混合物。其配比(质量百分比)是：
a)45-55％的环氧树脂；
b)2.5-15％的改性脂肪族胺固化剂；
c)2.5-30％的低分子聚酰胺固化剂；
d)0.5-2.5％的2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂；
e)0.5-3.5％的咪唑促进剂；
f)0-7.5％的环氧类活性稀释剂；
g)5％-20％重量份数的玻璃微珠、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、金刚砂、石英砂、滑石粉中的一种或两种或两种以上的混合物。
用预浸料对含缺陷管道进行修补的具体方法包括以下步骤：
1)对管道表面进行清理，可用机械打磨的方法去掉氧化层和杂质，并用丙酮、酒精的溶剂进行清洗；
2)配制专用腻子，对管道表面凹陷部位进行填平；
3)根据缺陷的类型和程度，裁剪一定宽度和长度的预浸料，在管道含缺陷表面进行缠绕和铺贴，其特征在于：紧贴管体表面的预浸料为防电位腐蚀层，可以是玻璃纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料、凯芙拉预浸料或几种的组合，层数在1～3层之间，主要是利用所述纤维电阻率高、与金属接触不发生电位腐蚀的特点，增强管道的防腐能力；紧贴防电位腐蚀层的预浸料是增强层，可以是碳纤维、玻璃纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料、凯芙拉预浸料或几种的组合，层数在2～10层之间，主要是利用所述纤维高强高模的性能，承担管道所受的压力，恢复管道的承压能力，铺层顺序如图1所述；
4)对步骤3得到的预浸料铺层进行加压处理，以提高预浸料片层间及预浸料片层与管体表面间的紧密贴合程度，同时排除预浸料片层间裹入的空气，降低复合材料内部缺陷，如图2所示，首先依次用透气隔离布、透气毡以及真空袋将预浸料铺层和修补的管道部分包裹，其中透气隔离布的作用是防止预浸料与透气毡粘结，透气毡的作用是提供均匀畅通的气路，真空袋的作用是将加压部位密封，实现真空压的施加，然后用密封胶带将真空袋四边粘结在管体表面，插入真空嘴，并将真空嘴接入到真空泵进行抽真空，抽真空时间为10～60min；
5)去掉步骤4所述的密封胶带、真空袋和透气毡，将加热毯包裹在透气隔离布表面，接通电源，对预浸料铺层进行加热，使预浸料中的树脂反应固化，如图3所示，加热温度50℃～100℃，时间30～180min；
6)去掉步骤5所述的加热毯和透气隔离布，在已固化的复合材料表面进行防腐层的缠绕，所述防腐层可以是聚乙烯冷缠胶带、复合型聚乙烯防腐胶带以及防腐涂料等，铺层顺序如图1所述。
本发明的关键是对新开发的预浸料用于管道补强的实用化及修补层完善，从而实现了含缺陷管道，特别是金属管道的高质量、高效率、低成本修补。
附图说明
图1管道修补层结构示意图
图2预浸料修补层真空加压结构示意图
图3预浸料修补层加热结构示意图
图中：1-管道 2-防电位腐蚀层
3-增强层 4-防腐层
5-隔离布 6-透气毡
7-真空袋 8-密封胶带
9-真空嘴 10-真空泵
11-加热毯 12-电源
具体实施方式
实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式并对本发明作进一步的说明。本例是一实验方法。
本预浸料修补含缺陷管道的方法包括涂敷专用腻子、预浸料在管体表面的铺贴、预浸料的加热以及预浸料的加压等步骤。
所用腻子包括：环氧树脂、改性脂肪族胺固化剂、低分子聚酰胺固化剂、2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂、咪唑促进剂、环氧类活性稀释剂、玻璃微珠、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、金刚砂、石英砂、滑石粉中的一种或两种或两种以上的混合物。其配比是：
a)100重量份数的环氧树脂；
b)30重量份数的改性脂肪族胺固化剂；
c)50重量份数的低分子聚酰胺固化剂；
d)3重量份数的2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂；
e)3重量份数的咪唑促进剂；
f)15重量份数的环氧类活性稀释剂；
g)10重量份数的玻璃微珠、氧化铝的混合物。
用预浸料对含缺陷管道进行修补的具体方法包括以下步骤：
1)对管道表面进行清理，用机械打磨的方法去掉氧化层和杂质，并用丙酮、酒精的溶剂进行清洗；
2)配制专用腻子，对管道表面凹陷部位进行填平；
3)根据缺陷的类型和程度，裁剪一定宽度和长度的预浸料，在管道含缺陷表面进行缠绕和铺贴，紧贴管体表面的预浸料为防电位腐蚀层，用玻璃纤维预浸料，层数为3层；紧贴防电位腐蚀层的预浸料是增强层，它是碳纤维、玻璃纤维预浸料的组合，层数为5层，铺层顺序如图1所述；
4)对步骤3得到的预浸料铺层进行加压处理，以提高预浸料片层间及预浸料片层与管体表面间的紧密贴合程度，同时排除预浸料片层间裹入的空气，降低复合材料内部缺陷，如图2所示，首先依次用透气隔离布、透气毡以及真空袋将预浸料铺层和修补的管道部分包裹，其中透气隔离布的作用是防止预浸料与透气毡粘结，透气毡的作用是提供均匀畅通的气路，真空袋的作用是将加压部位密封，实现真空压的施加，然后用密封胶带将真空袋四边粘结在管体表面，插入真空嘴，并将真空嘴接入到真空泵进行抽真空，抽真空时间为50min；
5)去掉步骤4所述的密封胶带、真空袋和透气毡，将加热毯包裹在透气隔离布表面，接通电源，对预浸料铺层进行加热，使预浸料中的树脂反应固化，如图3所示，加热温度60℃，时间80min；
6)去掉步骤5所述的加热毯和透气隔离布，在已固化的复合材料表面进行防腐层的缠绕，所述防腐层是复合型聚乙烯防腐胶带以及防腐涂料，铺层顺序如图1所述。
本例在庆铁线进行工业试验，对1公里距离内的10处腐蚀区补强，在施工中采用本方法，易于操作，工艺简单，质量易于保证。补强后经一年的检测，经受3MP的压力考验，补强部位完好如初。本发明是对新开发的预浸料用于管道补强的工程化及修补层的完善，从而实现了含缺陷管道，特别是金属管道的高质量、高效率、低成本修补。
Claims (2)
1.一种预浸料修补含缺陷管道的施工方法，包括涂敷专用腻子、预浸料在管体表面的铺贴、预浸料的加热、预浸料的加压、增强层(3)和防腐层(4)的缠绕或涂覆步骤；其特征是它包括以下步骤：
1)对管道表面进行清理，用机械打磨的方法去掉氧化层和杂质，并用丙酮、酒精的溶剂进行清洗；
2)配制专用腻子，对管道表面凹陷部位进行填平；
3)根据缺陷的类型和程度，裁剪一定宽度和长度的预浸料，在管道含缺陷表面进行缠绕和铺贴，紧贴管体表面的预浸料为防腐层(4)，紧贴防腐层(4)的预浸料是增强层(3)；
4)对步骤3)得到的预浸料铺层进行加压处理，首先依次用透气隔离布、透气毡以及真空袋将预浸料铺层和修补的管道部分包裹，实现真空压的施加，然后用密封胶带将真空袋四边粘结在管体表面，插入真空嘴，并将真空嘴接入到真空泵进行抽真空，抽真空时间为10～60min；
5)去掉步骤4)所述的密封胶带、真空袋和透气毡，将加热毯包裹在透气隔离布表面，接通电源，对预浸料铺层进行加热，使预浸料中的树脂反应固化，加热温度50℃～100℃，时间30～180min；
6)去掉步骤5)所述的加热毯和透气隔离布，在已固化的复合材料表面进行增强层(3)和防腐层(4)的缠绕或涂覆。
2.根据权利要求1所述的预浸料修补含缺陷管道的施工方法，其特征是所述专用腻子包括：环氧树脂、改性脂肪族胺固化剂、低分子聚酰胺固化剂、2，4，6-三苯酚促进剂、咪唑促进剂、环氧类活性稀释剂及玻璃微珠、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、金刚砂、石英砂、滑石粉中的一种或两种或两种以上的混合物；其配比是：
a)环氧树脂占45-55％；
b)改性脂肪族胺固化剂占2.5-15％；
c)低分子聚酰胺固化剂占2.5-30％；
d)2，4，6-三苯酚促进剂占0.5-2.5％；
e)咪唑促进剂占0.5-3.5％；
f)环氧类活性稀释剂占0-7.5％；
g)玻璃微珠、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、金刚砂、石英砂、滑石粉中的一种或两种或两种以上的混合物占5-20％。
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