專利名稱：管道維修的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及管道維修。特別是，本發(fā)明涉及有效地維修具有強化纖維聚合材料的管道。
背景技術(shù)：
這部分的目的是向讀者介紹可能與下面描述和/或要求的本發(fā)明的各個方面相關(guān)的領(lǐng)域的各個方面。相信這個討論對于提供給讀者便于更好地理解本發(fā)明的各個方面是有幫助的。因此，應(yīng)該理解這些陳述可以作為已有技術(shù)來閱讀，但是不能作為已有技術(shù)的獲準(zhǔn)。
在今天的社會，管道系統(tǒng)是無所不在的。管道系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于住宅、商業(yè)以及工業(yè)的應(yīng)用裝置上。例如，管道系統(tǒng)可以被應(yīng)用于實用分配、生產(chǎn)過程、化學(xué)制劑/石化產(chǎn)品傳輸、能量傳送、鉛工業(yè)、加熱和冷卻、下水道系統(tǒng)，以及應(yīng)用于消耗的化學(xué)制劑/化合物的回收，例如排出的化學(xué)制劑、污染水等的排放。在運行時，在設(shè)備中并且越過了較長距離的管道系統(tǒng)可以用來收集、分配和傳輸水、蒸汽、化學(xué)制劑、石化制品、原油、天然氣以及各種其它液體、氣體和成分。
例如管線等的管道系統(tǒng)可以將有用物、能量和化學(xué)制劑/石化制劑成分傳輸?shù)焦I(yè)主顧、生產(chǎn)點、化學(xué)/精煉設(shè)備、商業(yè)實體、公共設(shè)施消費者等等。不可否認(rèn)，管線(例如傳輸管線)在傳輸資源提高生產(chǎn)力方面具有有益的作用。的確，世界經(jīng)濟根據(jù)管線的容量將給料和產(chǎn)品傳輸?shù)讲煌貐^(qū)的消費者和終端用戶。
30-40年之前發(fā)生了管線(例如氣體和液體石油管線)的高峰構(gòu)造，包括許多在二戰(zhàn)之前構(gòu)成的大量的這種管線還在使用。由于它們的年代，維護這些老化管線的基礎(chǔ)設(shè)施的完整性是高代價的。由于減輕管線腐蝕和其它管線故障、可能故障以及異常的每年的花費是數(shù)十億美元。管線維修的經(jīng)濟上的因素包括勞動力、材料、設(shè)備需求、可利用資金、經(jīng)濟報酬、維修周期、管線停工期等等。如所期望的一樣，管線維修的經(jīng)濟效果對于管線的生產(chǎn)力具有重要影響。
管道故障和損害可能由化學(xué)損害、侵蝕、腐蝕、破壞的涂層、沒有絕緣、不利的運行狀況、天氣等引起。例如由于穿過管線的內(nèi)容物的流動可能引起內(nèi)部腐蝕。這種腐蝕通過離心力以及流動路徑的方向上的改變而被惡化。關(guān)于腐蝕，管道系統(tǒng)的外部表面可能暴露到腐蝕性土壤或者地上腐蝕環(huán)境中，并且管道系統(tǒng)的內(nèi)部表面可能暴露到腐蝕性內(nèi)容物中。重要的是，侵蝕、腐蝕和其它損害可以減少管道的壁厚，因而減少管道或者管線的壓力等級或者承壓能力。因此，管線公司(例如輸氣公司)的運行和維護人員可以確定是否在管線上發(fā)現(xiàn)的故障或者可能的故障區(qū)域應(yīng)該被維修，是否一部分管道應(yīng)該被更換或者是否管線應(yīng)該被丟棄。
在評估維修結(jié)構(gòu)的時候，管線操作者和提供服務(wù)者典型地要考慮管線停工期、管道規(guī)格、要維修的管道區(qū)域、埋藏情況、地上環(huán)境、管道系統(tǒng)或者管線的內(nèi)容物、管線運行狀況等。當(dāng)然，管線操作者和提供服務(wù)者應(yīng)該會適應(yīng)規(guī)定的限制、合適的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)商建議等。此外，最終選定的維護方法可能涉及泄漏或者其它故障的維修或者在管線故障(例如，泄漏、破裂等)之前的管道區(qū)域的搶先維修。最后，為了努力維護管線的整體性，同時也考慮成本、環(huán)境、規(guī)定的限制等，管線操作者和提供服務(wù)者典型地基于有用的工程方案和這些方案的經(jīng)濟影響來評估維護、更換和管道系統(tǒng)/管線的維修。就維修來說，可利用幾種技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)和材料。
通常的維修技術(shù)是使用金屬套筒，該金屬套筒被設(shè)置在一部分管道的周圍來加強管道。焊接套筒和非焊接(機械的)套筒可以被插入，以改變管道系統(tǒng)的長度和直徑來維修管道泄漏以及其它故障。套筒也可以搶先維修可能的管道故障、加強管道的內(nèi)部和外部腐蝕區(qū)域、提升管道系統(tǒng)的壓力等級等。通常，不管是使套筒焊接到管道周圍的位置上還是將套筒機械地不用焊接地固定到管道上的已建立的套筒技術(shù)在工業(yè)上具有常見的維修方法的優(yōu)勢。在管線的維修中，操作者、工程人員以及工匠習(xí)慣于用焊接套筒的焊接裝置以及非焊接套筒的機械裝置和夾具工作。遺憾的是，在合適的機械和焊接技術(shù)中對于正確安裝套筒的人員的培訓(xùn)是大量的。管線的非焊接和焊接套筒的維修還可能在管線的維修點上導(dǎo)致變脆以及殘余應(yīng)力。
對于焊接套筒來說，該套筒可以被焊接到要被維修的管道的周圍，包住要被加強的部分管道。半套筒的接合邊緣可以被焊接在一起，并且安裝套筒的端部可以被焊接到管道上，以將焊接的套筒密封和固定到管道上。應(yīng)該強調(diào)的是，除了上面描述的一般方法之外，各種焊接接頭可以被用來安裝焊接套筒。包括焊接套筒維修(例如在高壓傳輸管線上)的焊接維修的成本可以歸結(jié)于高技術(shù)焊工、管線的停工和加倍存貨(deinventory)以及附帶的生產(chǎn)設(shè)備、化學(xué)制劑/石化產(chǎn)品生產(chǎn)過程的停工等。
通常，從運行成本的觀點來看，需要維修管道系統(tǒng)，但是管線保持工作，因此消除高成本的停工期。避免管道的焊接或者切割的維修技術(shù)例如可以使得在維修過程中保持管線運行可行，從而避免了管線停工所附帶的成本。應(yīng)該強調(diào)的是，為了維修帶來的管線的停工可能迫使上游和下游的設(shè)備停工，導(dǎo)致生產(chǎn)損失、銷售損失、停工和氣動損失等。
非焊接套筒處理了這個問題，因為它們通常不需要焊接或者切割。非焊接強化套筒被機械地連接到要被維修的管道部分上。換句話說，這些非焊接套筒(也成為機械套筒)可以通過夾具、螺釘?shù)缺欢ㄎ缓凸潭ǖ焦艿郎?。遺憾的是，非焊接套筒的使用可能需要特殊的機械技術(shù)來充分地保證維修和管道壓力等級，因而可能比焊接技術(shù)更加麻煩和復(fù)雜。因此，采用非焊接套筒地管道維修可能比采用焊接套筒的維修更加昂貴。但是，采用非焊接套筒的維修很好地避免了現(xiàn)場維修(at on-site repair)的焊接，例如在管線區(qū)域上以及在化學(xué)制劑/石化產(chǎn)品的生產(chǎn)區(qū)域上等。如所指出的，非焊接方法通常還允許管線的連續(xù)運行。另一方面，在某些非焊接(機械的)套筒結(jié)構(gòu)中，如果很大的機械力被施加到管道上或者由于在非焊接套筒的安裝過程中的其它因素，那么管線可以被加倍存貨(deinventory)。
遺憾的是，維修管道系統(tǒng)的肘部、管道系統(tǒng)的T形處、管道系統(tǒng)的彎曲部等的特殊情況對于焊接和機械(非焊接)套筒來說還是有問題的，這是由于很難將剛性的金屬套筒安裝到要被維修的彎曲管道的彎曲部的周圍。剛性金屬套筒還可能在管線的彎曲部不能合適地接觸，因而不能強化通常在管線彎曲部存在的應(yīng)力點。并且外部金屬套筒和管線肘部或者彎曲部的曲率半徑的合適匹配可能是困難的。為了避免在管線彎曲部安裝套筒的這些問題，一種焊接填充物金屬(代替套筒)可以被設(shè)置在彎曲部(例如在一個腔異常中)，但是這種焊接填充物通常僅適合于限定范圍的管線操作壓力和壁厚。
從上面段落的討論中可以看出，焊接和非焊接(機械)套筒存在各種問題?；旧?，這些已經(jīng)形成的使用不論是焊接還是非焊接強化套筒的技術(shù)趨于昂貴、需要高技術(shù)勞力、導(dǎo)致增加管道應(yīng)力并且增加了對管線中斷服務(wù)的需求。存在改進管道維修技術(shù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
為響應(yīng)在維修直管道和管道彎曲部的焊接和非焊接套筒的傳統(tǒng)方法的問題和難度，已經(jīng)出現(xiàn)的新技術(shù)包括涂層和高強度塑料、強化纖維塑料、復(fù)合材料等的使用。這種聚合物的維修可以降低成本并且比傳統(tǒng)的焊接和機械套筒具有更少的脆性和殘余應(yīng)力。此外，聚合物的成分例如通常不被氧化并且因此還可能防止管線的處理區(qū)域的外部腐蝕。并且，由于尤其是在油和氣傳輸工業(yè)中的復(fù)合材料維修系統(tǒng)的持續(xù)使用，美國機械工程師協(xié)會(ASME)現(xiàn)在正在設(shè)定包括新的構(gòu)成后的維修標(biāo)準(zhǔn)的研制的非金屬包裝技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，新的ASME標(biāo)準(zhǔn)的草稿指出要測量和評估維修系統(tǒng)的幾種材料屬性。
應(yīng)該注意到，單獨的樹脂(沒有強化材料)典型地不能為管道維修提供合適的強度，尤其是在維修中間且高壓的管線時。因此，通常聚合物維修系統(tǒng)是基于具有環(huán)氧樹脂材料和其它樹脂的基質(zhì)成分質(zhì)地，在損害的管道周圍產(chǎn)生了堅固的結(jié)構(gòu)。通常，各種纖維、聚合物、樹脂、預(yù)聚物、膠以及其它成分可以用來在管道的損害部分周圍形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。特別是，復(fù)合材料維修系統(tǒng)典型地使用玻璃纖維，并且可能通過避免高成本的機械套筒、焊接和停工來減少被侵蝕管道的維修成本。
但是，如下面所述，這些復(fù)合材料維修的制作可能是勞動密集的。例如，在將纖維包裝到管道周圍之前，每一層纖維要通過滴樹脂被弄濕。幾層纖維和樹脂(此處也參考稱作聚合物)通過一次支撐一層被有系統(tǒng)地應(yīng)用，在每一纖維層被應(yīng)用之前，纖維在樹脂上被慢慢地且仔細(xì)地預(yù)濕。例如，當(dāng)纖維被麻煩地應(yīng)用到管道上時，纖維(例如纖維帶)可以穿過聚合物(例如環(huán)氧樹脂)的浸濕液被拉。這種單調(diào)的處理以及開放的安裝引起了環(huán)境和應(yīng)用難度，增加了樹脂的化學(xué)制劑和溶劑的處理、增加了勞動時間等。
此外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，工人應(yīng)該知道樹脂罐裝使用期限(即，以分或者小時計算的樹脂供應(yīng)時間(set-up time))，其中在罐裝使用期限結(jié)束時，樹脂的粘度大大增加，使它很難正確地將樹脂施加到纖維上，并且很難有效地鑄造且形成聚合物樹脂成分。樹脂罐裝使用期限不能與樹脂固化時間混淆，樹脂固化時間是樹脂形成交叉結(jié)合的熱固樹脂的時間，通常是一天或者幾天之后。這種樹脂系統(tǒng)的罐裝使用期限(以及粘度上的隨之增加)通常只包含幾分鐘。無疑地，在樹脂罐裝使用期限結(jié)束之前沒有完成安裝可能在管道和管道異常周圍導(dǎo)致有裂紋的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
通常，在慢且麻煩的預(yù)濕技術(shù)和一層層的纖維的應(yīng)用之間存在與由于樹脂罐裝使用期限的結(jié)束以及附帶的粘度增加的粘性樹脂結(jié)構(gòu)的較急速的形成相反的張力。因此，在管道復(fù)合材料維修中，許多纖維和樹脂系統(tǒng)很難鑄造和成形為覆蓋管道和管道異常的合適的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。


一旦閱讀了下面的詳細(xì)說明書以及參照了附圖，本發(fā)明的前述以及其它優(yōu)勢和特征將更加清楚，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的典型維修方法的方框示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的維修中的管道的透視圖，顯示了干纖維墊被應(yīng)用到管道上；圖3是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的圖1的管道的透視圖，顯示了干纖維沒有包到且固定到管道上；圖4是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的密封件被安裝在管道上的圖2的管道的透視圖；圖5是圖3的管道的分解透視圖，顯示了用來容納樹脂且具有兩半的外部部件(例如，殼)。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的圖4的管道的透視圖，該管道具有安裝在管道周圍并且與密封件配合的外部部件；圖7是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的圖5的管道沿著線6-6的截面視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的應(yīng)用到管道系統(tǒng)的肘部或者彎曲部的管道維修系統(tǒng)的透視圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的圖5的部分管道的透視圖，更詳細(xì)地顯示了兩半外部部件的典型連接；圖10是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的具有另一種外部部件和設(shè)置在外部部件上的另一種連接的管道的透視圖；圖10A是圖10的局部的詳細(xì)視圖；圖11和12是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的圖5沿著截面線A-A截取的另一個橫截面視圖，詳細(xì)顯示了管道的一端以軟管夾來將外部部件固定到要維修的管道的周圍；圖13是根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的用來將外部部件固定到維修的管道周圍的典型緊固件(代替軟管夾)的透視圖，該外部部件用來保持樹脂；以及圖14是樹脂粘性和時間的圖表，并且指示了根據(jù)本發(fā)明的典型實施方式的樹脂罐裝使用期限。
具體實施例方式
下面將描述本發(fā)明的一個或多個典型的實施方式。為了提供這些實施方式的簡明描述，在說明書中并沒有描述實際執(zhí)行的所有特征。應(yīng)該理解，在任何的這種實際執(zhí)行的過程中，如同在任何工程或者設(shè)計項目中一樣，大量的特定執(zhí)行方案必須達到開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如要根據(jù)與系統(tǒng)相關(guān)且與商業(yè)相關(guān)的限制，可以從一個執(zhí)行方案改變?yōu)榱硪粋€。此外，應(yīng)該理解，這些開發(fā)成果可能是復(fù)雜且費時的，但是對于受益于這種公開的普通技術(shù)人員來說卻是采取設(shè)計、制造和生產(chǎn)的程序。
為了便于本技術(shù)的討論，分部分地提供了寫下的說明。部分I討論部分典型的管道維修系統(tǒng)。部分II討論管道異常和管線傳輸技術(shù)。部分III討論典型強化材料的特性。最后，部分IV討論可以被用于管道維修系統(tǒng)的典型聚合物材料。
I.管道維修系統(tǒng)本技術(shù)通過在管道上形成強化聚合物的成分同時避免成分維修的維修材料的典型的大面積處理從而提供了有效的管道維修。首先，確定要維修的部分管道。為了執(zhí)行維修，強化材料(例如纖維結(jié)構(gòu))可以被應(yīng)用到要維修的管道部分的表面。在某些實施方式中，強化材料被包在管道的周圍，但是可以采用其它形式來應(yīng)用，例如補片。強化材料在干燥的狀態(tài)下被應(yīng)用，以避免濕材料(浸樹脂纖維)處理帶來的問題。然后樹脂可以被應(yīng)用到在管道上的強化材料上。例如，可以采用刷子應(yīng)用樹脂，或者在將強化材料固定到管道上之后，外部封裝部件(例如套筒、殼、盒、壁、外部管道等)可以臨近強化材料或者在強化材料周圍安裝。后來，聚合物的材料、聚合物先質(zhì)和/或預(yù)聚物等被放置在封裝部件和強化材料之間。應(yīng)該強調(diào)的是，此處使用的術(shù)語“聚合物的材料”廣泛地覆蓋各種聚合物、預(yù)聚物、樹脂、硬化物、塑料、混合物等。
在有些結(jié)構(gòu)中，流體或者半流體聚合物材料被注入到強化材料頂部的封裝部件內(nèi)部。在聚合物材料在粘性上的任何重大增加之前，聚合物材料滲透強化結(jié)構(gòu)。可以選擇強化和聚合物材料的屬性，從而聚合物材料通過重力、毛細(xì)作用、外部壓力等滲透或者浸濕強化結(jié)構(gòu)。最后，聚合物材料可以被加工或者被聚合，形成維修管道并且恢復(fù)管道或者管線的操作壓力負(fù)載的強化的聚合物成分。
A.確定管道異常并且將干燥的纖維結(jié)構(gòu)施加到管道上翻動附圖，圖1-7描述了管道維修系統(tǒng)1 0的典型執(zhí)行方式，該管道維修系統(tǒng)可以被用來維修和/或加強管道、增加管道的壁厚、恢復(fù)或者增加管道的壓力等級或者壓力負(fù)載、維修管或者其它設(shè)備等。圖1是用來維修管道的方法1的方框圖，并且在圖2-7所示的典型技術(shù)的討論中將被作為參考。開始，可以在管道的內(nèi)部或者外部表面上檢測異常，從而確定要維修的管道部分，如方框2所示。一旦確定和分析了異常(并且在施加例如干纖維結(jié)構(gòu)等的強化材料之前)，可以以某種方式預(yù)處理異常，例如通過清潔異常、磨光或者磨砂異常、將填充材料放置在異常等。預(yù)處理或者不預(yù)處理異常，沒有注入樹脂的干纖維結(jié)構(gòu)(例如干燥帶或者片)可以被施加到或者包到管道上的異常周圍(方框3)。干纖維結(jié)構(gòu)可以通過例如標(biāo)準(zhǔn)膠或者帶被固定在每一端。
在圖2和3所示的圖示實施方式中，干纖維結(jié)構(gòu)12(例如干纖維帶、墊、織物等)被施加到具有故障或者異常16的管道14上。管道14可以是管線30(例如氣或者液傳輸管線)的一部分，并且可以由各種金屬的和/或非金屬的材料構(gòu)成，例如水泥、塑料等。典型的管道金屬可以包括鋼、碳鋼、銅、黃銅以及更多特種金屬，例如鎳合金和其它金屬合金等。典型的管道聚合物材料包括聚丙烯、聚乙烯、其它熱塑材料、熱固材料、填料強化聚合物、玻璃纖維強化塑料等。管道14液可以包括內(nèi)部的和外部的涂層(未圖示)以防止腐蝕、抑止暴露在陽光下、保護免受化學(xué)侵蝕等。最后，如圖所示，管道14的壁厚26可以被指定為滿足管道14和管道系統(tǒng)(例如管線30)所需的壓力等級。
在這個例子中，干纖維結(jié)構(gòu)12開始可以用膠部件18被固定到管道14上，膠部件例如為前面提到的典型膠或者帶。例如，一旦固定了干纖維結(jié)構(gòu)12的一端，那么一層或者多層干纖維結(jié)構(gòu)12可以為包在管道14的周圍以開始維修故障或者異常16和/或恢復(fù)管道14的某些或者全部的壓力等級或者壓力承受力。通常，干纖維結(jié)構(gòu)12覆蓋要維修的管道14的部分的外部表面22。應(yīng)該強調(diào)的是，干纖維結(jié)構(gòu)12可以作為片或者取代包在管道周圍的其它形式被施加。此外，干纖維結(jié)構(gòu)12和維修系統(tǒng)10可以被施加到除了管道系統(tǒng)之外的設(shè)備上，例如管、管口、機器、桶、泵、反應(yīng)器等。在管道14的例子中，管道14典型包括具有外表面22和內(nèi)表面24的圓柱壁20。在選擇用來恢復(fù)或者維持管道14的所需壓力等級的干纖維結(jié)構(gòu)12所考慮的因素包括壁厚26、內(nèi)徑28、管道14的結(jié)構(gòu)的材料以及其它因素。
為了加強或者維修管道14，本技術(shù)在管道14的外表面22上提供了干纖維結(jié)構(gòu)12和樹脂的基本上自形成的成分。下面將詳細(xì)討論，可以指定干纖維結(jié)構(gòu)12和樹脂的屬性，從而不需要插手或者弄濕敷成層，因為樹脂從干纖維結(jié)構(gòu)12中的纖維周圍滲透到管道14的外表面。因此，樹脂可以被施加到纖維結(jié)構(gòu)的頂部，而不用預(yù)濕纖維或者纖維結(jié)構(gòu)層。滴濕纖維的麻煩的處理也可以被很好地避免。
B.在管道上安裝密封件和外封裝部件現(xiàn)在參照圖1中所示的方法1以及圖4-6中所示的管道維修，例如可撓性橡膠帶、金屬部件以及其它元件等的密封件或者密封端32可以被安裝在管道14的部分上，例如被包的且被固定的干纖維結(jié)構(gòu)12的上游和下游(方框14)。在安裝密封件32之前或者之后，例如套筒、殼、盒、容器等的封裝部件36可以被定位在具有干纖維結(jié)構(gòu)12的管道14的部分周圍。封裝部件36與密封件32配合在封裝部件36的內(nèi)表面和管道14和纖維結(jié)構(gòu)的外表面之間形成基本上殼密封的腔(方框5)。此外，例如通過在封裝部件的每個縱向端上定位簡單的軟管夾或者更加復(fù)雜的緊固件，可以將封裝部件36固定到管道14上(方框5)。在封裝部件36上的這種夾持裝置也可以便于壓縮密封件32并且從而提升密封件32的完整性。
圖4、5和6的典型實施方式表示朝向要維修的管道14的部分的每一端設(shè)置在典型管道維修系統(tǒng)10上的密封件32。在這個實施方式中，典型密封件32(例如橡膠帶)是可撓的，從而它們可以被包在管道14的周圍并且沿著干纖維12卷的外側(cè)的管道14縱向被定位。密封件32的目的也是便于在包括干纖維結(jié)構(gòu)12的管道14的部分和外部封裝部件36的內(nèi)表面之間形成基本可密封的腔。該腔可以接收樹脂或者穿過干纖維結(jié)構(gòu)12滲透到管道14的外表面22上、最后固化成管道14的復(fù)合材料維修的其它聚合物材料。應(yīng)該強調(diào)的是，除了典型密封件32之外的密封結(jié)構(gòu)可以被應(yīng)用在本技術(shù)中。例如，泡沫材料可以填塞管道14和封裝部件36之間的端。另一方面，在增壓的封裝部件36系統(tǒng)中，可以使用例如機械密封件等的更加復(fù)雜的密封件。
在圖4中示出了具有兩個半36A和36B的典型的封裝部件36。半36A和36B包括端面34A和34B，其配合封裝管道14部分和干纖維結(jié)構(gòu)12。封裝部件36可以由薄金屬(例如1/8”的金屬片)、管道系統(tǒng)(例如標(biāo)準(zhǔn)碳鋼管道系統(tǒng))、塑料、織物等等構(gòu)成。封裝部件36被安裝在管道14的干纖維結(jié)構(gòu)12的周圍。在圖示的實施方式中，封裝部件36的兩個半36A和36B在封裝部件36的端面34A和34B處被連接。用來在半端面34A和34B上固定兩個半封裝部件36A和36B的緊固元件37可以被焊接、栓接、緊固、頂接、粘接等。
此外，應(yīng)該注意到，代替的是，封裝部件36可以包括單一片或者多個兩片，以及各種結(jié)構(gòu)。實際上，如果確定了要容納樹脂41，那么封裝部件36可以是織物、預(yù)盤繞金屬帶、金屬或塑料套筒、圓柱圈、夾具、中空部分等等。
C.使用樹脂并且讓樹脂滲透干纖維結(jié)構(gòu)現(xiàn)在參照圖1和圖6，在維修的過程中，樹脂41可以通過開口或者填充管被注入到封裝部件36的內(nèi)部，例如開始時樹脂41停留在設(shè)置在管道14上的干纖維結(jié)構(gòu)12的頂部上(方框6)?？梢灾付渲扯?、罐裝使用期限和其它屬性，從而樹脂靠重力、靠毛細(xì)作用或者靠施加壓力滲透進纖維中以及纖維周圍(方框7)。通常，靠重力和/或毛細(xì)作用簡單地讓樹脂滲透纖維相對于增壓封裝部件36來輔助干纖維結(jié)構(gòu)12的樹脂浸漬的技術(shù)更易于安裝。但是，如所指出，可以使用外部泵取機構(gòu)(未示出)、或者通過對著樹脂推或者壓可撓性殼(例如織物、塑料等)等方式施加附加壓力。最后，樹脂固化形成樹脂和纖維的復(fù)合或者結(jié)合以維修異常、提高管道系統(tǒng)的完整性和/或恢復(fù)管道系統(tǒng)的操作壓力負(fù)載(方框8)。
為了將樹脂41沉積到封裝部件36上，如圖6所示，在封裝部件36上的開口38和40可以接收樹脂和/或轉(zhuǎn)換空氣。例如，聚合物材料或者樹脂41可以被注入到開口38中，而當(dāng)腔中的空氣由進入的樹脂41取代時，在封裝部件36中的腔中的空氣通過開口40流出。另外，代替在封裝部件36上的兩個開口或者多于兩個開口的在封裝部件36上的一個單一開口可以被用來增加樹脂41。此外，在維修系統(tǒng)10的其它部分上，例如在密封件32上的可密封開口可以被用來在封裝部件36的內(nèi)部增加樹脂41。
開口38和40可以包括接頭42和44或者其它連接件，其構(gòu)成為接收便于樹脂42和/或空氣的替代物填充的管46和48。在圖6所示的實施方式中，樹脂41通過填充管46被注入到開口38中，如參考箭頭60所示?？諝馔ㄟ^管48從封裝部件36的內(nèi)部排出開口40，如參考箭頭62所示。
應(yīng)該知道，封裝部件36的使用僅僅是如何將樹脂41施加到管道14上的干纖維結(jié)構(gòu)12上的一個例子。其它的可選方式包括例如在干纖維結(jié)構(gòu)12已經(jīng)被放在管道12上之后，使用刷子將樹脂施加到干纖維結(jié)構(gòu)12上。但這種可選方式?jīng)]有提供樹脂的封裝，它是不貴的維修，因為不使用封裝部件36。
D.管道維修的典型層管道維修系統(tǒng)10的典型的層如圖7所示，它是沿著圖6中的截面線7-7截取的管道維修系統(tǒng)10的橫截面視圖。在橫截面的中間是具有內(nèi)部表面24的管道14。一旦完成管道維修系統(tǒng)10，那么最初的設(shè)置在管道14上的干纖維結(jié)構(gòu)12基本上與現(xiàn)在的固化樹脂41滲透。固化樹脂41也還位于封裝部件36中的干纖維結(jié)構(gòu)12的頂部。樹脂41和纖維結(jié)構(gòu)12一起形成了在管道14上和在封裝部件36中的結(jié)合或者復(fù)合。
根據(jù)特殊的應(yīng)用情況，封裝部件36可以保持安裝或者被移除。為了移除封裝部件36，可以切斷封裝部件36、拆除緊固元件37等等。應(yīng)該注意到，如果保留了封裝部件36，那么它通常是維修系統(tǒng)10的外部部件。在這個例子中，封裝部件36的外表面54是管道維修系統(tǒng)10的外表面。但是，封裝部件36也可以被移除。
E.管道肘部和管道彎曲部的維修最后，應(yīng)該注意到，在圖8中所示的管道維修系統(tǒng)10可以很好地被施加到管道144的肘部142上。如同前述結(jié)構(gòu)的管道14，管道144(以及肘部142)可以包括部分管線30并且包括外表面148和內(nèi)表面150。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，管道144的肘部142的方向上的改變提出了附加的維修難度。但是，本技術(shù)用來維修管道肘部142、其它管道彎曲部以及需要維修的其它不規(guī)則形狀物體。
在這個可選實施方式中描述的封裝部件146可以包括用來將樹脂注入到封裝部件146的內(nèi)部中、以及用來在封裝部件146中取代空氣的開口152和154。此外，如前面所述，封裝部件36可以包括在開口142和154上的接頭156和158以及填充管和/或空氣管160和162。最后，雖然沒有示出，但是圖8中所示的管道維修系統(tǒng)10通常包括例如在封裝部件146的下面，在管道肘部142的異常上方形成復(fù)合材料的纖維結(jié)構(gòu)12和樹脂41。
F.封裝部件結(jié)構(gòu)和緊固件圖9和10顯示了如何將封裝部件36固定到管道維修系統(tǒng)10上的例子。在圖9中，封裝部件36可以是薄片材料，例如片狀金屬或者塑料等，具有配合將兩個半36A和36B接合在一起的凸緣80。凸緣80具有孔82，其構(gòu)成為接收與螺母86配合的螺栓84?？蛇x地，具有孔90地墊片材料88可以被用來提高封裝部件36的兩個半36A和36B之間的密封。應(yīng)該強調(diào)的是，封裝部件36可以部包括分開的兩個半，而代替的是包括例如在一側(cè)上具有鉸鏈并且在另一側(cè)上封裝有凸緣的單一結(jié)構(gòu)。
如圖10所示，封裝部件36可以是單片或者寬帶材料。封裝部件36可以是可撓或者半可撓材料，例如金屬片、塑料片、織物卷等等。為了封住要維修的管道14的部分，可撓封裝部件36的帶被包在管道14的周圍。封裝部件36帶的一端100疊合封裝部件36的另一端。為了更好地顯示封裝部件36的帶的疊合密封的細(xì)節(jié)，圖10A表示了顯出封裝部件36的端100的管道維修系統(tǒng)10的透視圖。為了完成封裝部件36的安裝，軟管夾68或者其它部件可以固定包在具有干纖維結(jié)構(gòu)12的管道14的部分周圍上的封裝部件36的帶?？蛇x的，密封材料102或者樹脂41還可以固定和密封在管道維修系統(tǒng)10上的封裝部件36的帶端100。
參照圖11和12，在圖10中的管道維修系統(tǒng)10的一端上沿著截面線A-A截取的橫截面表示封裝部件36的典型穩(wěn)定方式。在圖11中，例如軟管夾68包在封裝部件36的一端周圍以將封裝部件36固定在系統(tǒng)10中。夾具68也還可以壓縮密封件32以減少樹脂41從封裝部件36流出的可能。在圖11所示的實施方式中，軟管夾68具有典型螺釘70以將夾具68緊固到封裝部件36周圍。此外，在密封件32上的可選表面72可便于樹脂41腔的密封。
類似地，圖12表示了具有類似于圖11的特征的管道維修系統(tǒng)10，但是，該管道維修系統(tǒng)具有在可撓封裝部件36的端部上形成的唇緣112。例如這種唇緣112便于封裝部件36的安裝和定位，也提高密封件32的完整性，實質(zhì)上防止了樹脂41從管道維修系統(tǒng)10流出。此外，這種具有薄片封裝部件36(例如薄片金屬)的唇緣112的形式可以是較直的。
圖13顯示了用來將封裝部件36緊固到管道14周圍的另一個典型緊固件120。典型緊固件120可以與不同形式的封裝部件36一同使用。例如，緊固件120可以代替軟管夾68被用來固定可撓封裝部件36。另一方面，緊固件120可以被用來將更加剛性和/或更加厚的管道型封裝部件36固定到維修系統(tǒng)10中。此外，緊固元件120可以與封裝部件36一體或者是其一部分，并且不是獨立的部件。
緊固件120的部件可以包括例如具有外表面122的兩片?？?24和容座126可以在緊固件120的一片上以接收螺釘或者螺栓132。在這個實施方式中，螺釘132可以進入容座126穿過內(nèi)部管128穿過孔124，并且螺栓132的螺紋部接收在緊固件120的另一片中的母螺紋腔130中。
應(yīng)該強調(diào)，例如軟管夾68、緊固元件120、焊接元件、膠、粘合劑、釘、凸緣、螺栓、螺釘以及其它部件等的各種緊固元件可以被用來將封裝部件36固定在管道維修系統(tǒng)10中。這種緊固部件和元件也可以向密封件32(例如密封端)提供封裝部件36的壓力以有效地將樹脂密封在形成于封裝部件36的內(nèi)表面和管道14的外表面22之間的腔中。
G.管道維修系統(tǒng)的樹脂/纖維實施方式在管道維修系統(tǒng)10的某些實施方式中，強化材料是干纖維結(jié)構(gòu)并且聚合物材料是樹脂(例如環(huán)氧系統(tǒng))。合適指定的干纖維和液體樹脂用來在管道14上自形成復(fù)合材料。在結(jié)構(gòu)上，一層或者多層干纖維結(jié)構(gòu)12被施加或者包在管道14的周圍。樹脂41被設(shè)置、施加或者注入到纖維結(jié)構(gòu)12(即，例如在外殼中)頂部。值得注意的是，需要具有樹脂41的沒有預(yù)濕層的干纖維結(jié)構(gòu)12。因此，可以很好地避免浸樹脂濕纖維的復(fù)雜處理以及弄濕敷成層。如所討論，也可以設(shè)計樹脂41和干纖維結(jié)構(gòu)12的屬性從而樹脂41穿過干纖維結(jié)構(gòu)12的層滲透到管道14的表面，不會弄亂滲透或者注入樹脂的濕纖維的敷成層。最后，也應(yīng)該強調(diào)，除了管道系統(tǒng)的維修或者加強之外，本技術(shù)用到管、管口、其它設(shè)備等的維修或者加強。
圖14是例如以百分之一泊(cP)表示的樹脂粘度172與例如以分表示的時間174的曲線圖170。曲線圖170可以代表特定樹脂的罐裝使用期限。樹脂的罐裝使用期限可以是一個測量點，在該測量點，樹脂的粘度增加到樹脂不再能容易地處理、鑄造以及應(yīng)用到干纖維結(jié)構(gòu)上等。在樹脂罐裝使用期限結(jié)束之前的最初的樹脂粘度值例如可以是在1-10cP的范圍內(nèi)。
在圖示的實施方式中，曲線圖170顯示了兩條曲線176和178。曲線176代表在管道系統(tǒng)的復(fù)合材料維修中使用的典型樹脂。該典型樹脂具有短罐裝使用期限、粘度相當(dāng)快速地(并且指數(shù)級地)增加。作為對比，曲線178代表對本技術(shù)更加合適的樹脂或者聚合物材料，由于具有較高的罐裝使用期限(例如20-200分)、樹脂粘度以較慢的間隔增加，因此在重大粘度增加之前，部分地允許樹脂41穿過干纖維結(jié)構(gòu)12滲透。但是，形成罐裝使用期限時間窗是更加有利的，因為過大的罐裝使用期限可能導(dǎo)致樹脂從管道維修系統(tǒng)10泄漏、過多的維修時間等。
在下面的表1中給定了用于本技術(shù)的樹脂41的系統(tǒng)的典型成分和它們的屬性。應(yīng)該注意到，樹脂41可以包括預(yù)聚物、硬化劑、聚合物樹脂等。確實，樹脂41的系統(tǒng)可以典型地包括樹脂(即固化成聚合物的預(yù)聚物)和便于固化的硬化劑(即交聯(lián)成熱固樹脂)。表1中顯示的是配方的概要，描述了成分的性質(zhì)、它們的作用以及在典型公式中使用的典型重力水平。但是，應(yīng)該強調(diào)的是，本技術(shù)可以使用表中列出的范圍和屬性外部的備選樹脂系統(tǒng)。
表1中的典型信息表示了一種在低粘度、強度、硬度、濕度和反應(yīng)度的各種屬性之間的典型折衷方案以獲得管道維修復(fù)合材料的合適的樹脂備選系統(tǒng)(包括樹脂和硬化劑)。一個因素是可能限定低粘度成分的需要而維持復(fù)合材料的合適強度。此外，在樹脂41中使用的固化劑或者硬化劑(例如聚胺)的反應(yīng)度稍重要。具有擴展的罐裝使用期限的快速聚合的組合允許固化快速發(fā)生，但是要求足夠的罐裝使用期限，從而樹脂41適合穿過纖維12滲透。在有些例子中，注意力可能集中在低分子量方面，從而濕度被提高，并且一旦樹脂41和硬化劑反應(yīng)，其不會快速減少。最后，一旦樹脂固化，那么例如可以通過復(fù)合材料的張力屬性來測量復(fù)合材料的強度。并且復(fù)合材料的硬度也可以是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的完整性的指標(biāo)。
表1.典型樹脂/聚合物范圍和功能

DGEBPA是雙酚A縮水甘油醚NPGDGE是新戊二醇縮水甘油醚(Neopentyl glycol diglycidyl ether)CHDMDGE是三己烷二甲醇縮水甘油醚(Cyclo hexane dimethanol)II.管道異常和調(diào)查要維修的管道14的故障、可能故障或者異常16可包括腐蝕、侵蝕、凹陷等，其可以減少壁厚以及管道14和相連的管線30的壓力等級。例如可以通過下面討論的各種調(diào)查和檢驗技術(shù)來檢測這種故障或者異常16?？梢酝ㄟ^深度、面積、體積、軸向和徑向尺寸以及其它尺寸和量度來限定故障或者異常16。在圖2所示的實施方式中，故障或者異常16形成于管道14的外表面22上。但是，應(yīng)該強調(diào)的是，本技術(shù)也用來減輕管道14的內(nèi)部故障或者內(nèi)部可能故障16。
管道系統(tǒng)的異常16可以由腐蝕、侵蝕、機械損害等引起。腐蝕的特征就是在管線的暴露表面上蔓延的化學(xué)或者電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致故障或者可能故障并且使金屬壁變薄。外部腐蝕可由地下管道系統(tǒng)的土壤的各種本性所引起，以及例如由地上管道系統(tǒng)的環(huán)境的化學(xué)侵蝕所引起。管道系統(tǒng)的內(nèi)部腐蝕可以由在管道的內(nèi)部表面上的管道系統(tǒng)的內(nèi)容物的化學(xué)侵蝕引起。由于局部缺陷的存在可以加快腐蝕，例如在管道14的表面或者涂層上的溝或者刮擦等。此外，由于內(nèi)容物穿過管線的流動會引起內(nèi)部侵蝕。這種侵蝕可由流動的內(nèi)容物中存在的微粒惡化，或者由穿過管線的內(nèi)容物的流動方向的改變而惡化，例如在管道系統(tǒng)的肘部或者T形部。并且，例如當(dāng)挖掘時不注意地撞擊地下管線等的機械損害可能導(dǎo)致在管道14上的異常。無論如何，不論是內(nèi)部或者外部腐蝕/侵蝕還是機械損害，管道14的壁厚26的最終減少可能遺憾地減少管道14或者管線30的壓力等級和/或壓力承受力。如所期望，過多損害的管線30的運行可能是有問題的、需要修理、更換或者丟棄管線。
通常，管道系統(tǒng)的操作和維護人員可以確定是否在管線30上發(fā)現(xiàn)的故障或者異常16例如應(yīng)該被維修或者是否管道14的一部分應(yīng)該被更換。無疑，在劃算地確定和修理故障或者異常16的管道維修技術(shù)的工業(yè)中存在不斷增加的需求?；旧?，異常16的例子包括局部或者遍及的缺陷、深縫、溝、刮擦、機械損害、侵蝕、內(nèi)部和外部腐蝕等等。通常管線30的檢查的目的包括異常16(例如，腔、凹陷、腐蝕區(qū)域等)的檢測和測量尺寸等。分析可包括可能故障或者異常16的數(shù)量、尺寸、深度和軸向長度以確定所需的動作，例如是否管道需要維修或者更換。
操作者、技術(shù)人員、工程師、維護人員、服務(wù)提供商等可以使用外部和內(nèi)部檢測來確定和估計管線30的狀況和它的異常16、故障或者可能故障以確定是否管道14應(yīng)該被維修或者更換。檢測技術(shù)可以包括陰極保護電壓檢測(cathodic-protection potential survey)以估計安裝在例如傳輸管線等的管線28上的外部腐蝕控制系統(tǒng)(例如涂層)的有效性。例如在這些檢測過程中記錄的低電壓可能是涂層損害的預(yù)示。隨后的外部涂層分析可以查明在管線30上的涂層損害的區(qū)域。通常，涂層損害的區(qū)域可能存在活性腐蝕的高危險性。其它檢測技術(shù)包括內(nèi)部工具的使用，例如智能豬(intelligent pig)，其也稱作在先檢測工具和敏捷工具。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該知道，智能豬是穿過管線傳送的裝置，并且具有檢測管線的金屬變化的傳感器。其它檢測技術(shù)包括超聲厚度量具，其可以被用來測量內(nèi)部或者外部腐蝕。此外，外部腐蝕的基本測量工具包括直尺或標(biāo)尺、凹陷量具、刻度尺或者輪廓量規(guī)、橋棒(bridging bar)等。
由內(nèi)部和外部檢測技術(shù)所產(chǎn)生的管線信息包括在管道系統(tǒng)的焊接、支路連接、閥、壁厚變化和損失、異常、故障、可能故障等方面的數(shù)據(jù)。此外，由美國機械工程師協(xié)會(ASME)和其它組織以及權(quán)威所制定的維修標(biāo)準(zhǔn)是用來評估和分析管線腐蝕和異常、測量技術(shù)以及工程預(yù)算，例如用來計算腐蝕管道14的爆裂壓力(或者承壓負(fù)載)。通常，如果承壓負(fù)載超過了最大允許運行壓力(MAOP)足夠的極限，那么檢查的部分或者管道14可以維持工作。
在這種預(yù)算中的變量以及在決定維修之前可以獲得和分析的其它因素包括管道14的尺寸、屈服強度、異常深度、異常軸向長度、幾何形狀因素、安裝壓力、管線MAOP、等級以及其它可應(yīng)用的管線公司標(biāo)準(zhǔn)。此外，操作者或者服務(wù)提供商可以考慮管線30的位置、在管道14上的異常16以及異常16的類型。當(dāng)然，維修是有條件的或者可以由生產(chǎn)商或者特殊需要更改。理想地，通常需要維修滿足或者超過原始管道14的強度并且允許管線30恢復(fù)到最大允許運行壓力(MAOP)的100％。
III.強化材料的例子在管道合成材料維修中，有益于100％MAOP的恢復(fù)的維修的張力屬性典型的最初由系統(tǒng)的強化纖維元件提高，例如在圖2和3中所示的典型的干纖維結(jié)構(gòu)12。干纖維結(jié)構(gòu)12可以由各種材料構(gòu)成，例如玻璃、高級聚合物、碳、例如纖維B等的有機材料、例如陶瓷制品、聚酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯、尼龍(聚酰胺纖維)等的無機材料以及其它材料。通常，例如纖維墊或者帶的干纖維結(jié)構(gòu)12可以構(gòu)成為接收例如樹脂41或者膠的聚合物材料以形成強化纖維復(fù)合材料。例如，干纖維結(jié)構(gòu)12可以具有編織結(jié)構(gòu)，當(dāng)決鶴舞或者樹脂41材料被施加到干纖維結(jié)構(gòu)12上時，以便于形成基體或者復(fù)合材料。
例如玻璃纖維、碳纖維以及其它等的許多類型的纖維可以被用于本技術(shù)中。特別有益的纖維(即對于硬度、強度和應(yīng)用屬性來說)是碳纖維。許多形式的碳纖維可以被使用。有用的碳纖維的典型形式是編織帶。較佳的帶結(jié)構(gòu)可以是在緯線方向上具有一些其它非結(jié)構(gòu)纖維或者很少結(jié)構(gòu)纖維(玻璃或者聚酯)的單向碳(彎曲)。有益纖維的典型生產(chǎn)商包括Zoltek，Torah，Cytec，Hexcel(Hercules，Toho，Mitsubishi以及Grafil。在本技術(shù)中使用的纖維的典型的抗拉強度范圍包括350到800千磅/平方英寸(KSI)。例如具有大于25百萬磅/平方英寸(MSI)的模數(shù)的纖維也是有效的。但是，應(yīng)該強調(diào)的是，本技術(shù)可以有效地實現(xiàn)更低和更高的抗拉強度和模數(shù)。
還應(yīng)該注意到，可以采用很多構(gòu)造來制造纖維帶和其它纖維結(jié)構(gòu)。例如，在某實施方式中，干纖維結(jié)構(gòu)12的纖維可以是單向的或者全向的。典型的纖維可以采用以各種方式組成1000到50000單絲的碳拉伸(由碳單絲形成的集合作為紗線)來制造，以獲得滿意的纖維和所需的結(jié)構(gòu)。更特別的例子是3英寸帶，其具有12根彎曲紗線/英寸，其由具有12000單絲/英寸的纖維的紗線構(gòu)成，所述纖維每平方碼重12盎司。還在一個例子中，干纖維結(jié)構(gòu)12是由在環(huán)向上的12000根紗線(單絲)和在軸向上的63000根紗線構(gòu)成的簡單編織碳纖維。通常，纖維12的編織結(jié)構(gòu)和其它屬性可以被確定為便于聚合物材料(例如樹脂41)滲透到干纖維結(jié)構(gòu)12中。
在圖示的實施方式中，應(yīng)用到管道14上的干纖維結(jié)構(gòu)12是直向的，因為干纖維結(jié)構(gòu)12可以被干燥安裝，而不預(yù)濕干纖維結(jié)構(gòu)12。例如，在將干纖維結(jié)構(gòu)12應(yīng)用到管道14上時，干纖維結(jié)構(gòu)12(例如碳強化纖維)沒有被例如環(huán)氧的或者其它樹脂等的聚合物材料弄濕。此外，應(yīng)該注意到，在將干纖維結(jié)構(gòu)12施加到或者包到管道14周圍之前，管道14的故障或者異常16可以用填充物填充。在損害的管道14周圍所包的數(shù)量或者干纖維結(jié)構(gòu)12的層數(shù)還可以根據(jù)維修的管道系統(tǒng)的所需壓力等級或者所需最大允許操作壓力?？梢钥紤]的干纖維結(jié)構(gòu)12的工程屬性包括在干纖維結(jié)構(gòu)12(以及最終的維修的管道14)的縱向和橫向方向上的最終抗拉強度和模數(shù)。要考慮的固化的復(fù)合材料的屬性包括剪切強度、玻璃的轉(zhuǎn)化溫度以及熱膨脹系數(shù)等。最后，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，完成的維修系統(tǒng)10可以進行各種檢測以確定系統(tǒng)10的運行期的完整性。
IV.聚合物維修材料施加到強化材料(例如干纖維結(jié)構(gòu)12)上的典型聚合物材料包括熱固樹脂或者樹脂41，例如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚亞安酯、氨基樹脂、尼龍、聚碳酸酯等。實際上，典型的流體樹脂41包括環(huán)氧系統(tǒng)、聚合物系統(tǒng)、乙烯基酯系統(tǒng)、聚氨脂系統(tǒng)或者異丁烯酸酯系統(tǒng)或者它們的任意組合?？梢员挥米鳂渲?1的典型的熱塑材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯以及其它熱塑性材料。還應(yīng)該注意到，應(yīng)用到纖維結(jié)構(gòu)12上的聚合物材料或者樹脂最初是短鏈預(yù)聚物分子。對于典型材料和典型屬性的范圍的其它細(xì)節(jié)可參照表1。
在環(huán)氧的例子中，環(huán)氧樹脂通常參照包括至少一個環(huán)氧基的一族分子或者低聚物。普通的環(huán)氧樹脂包括酒精或者酚的縮水甘油醚。液體環(huán)氧樹脂是典型的雙酚A縮水甘油醚(DGEBA)并且是工業(yè)應(yīng)用中使用的主要樹脂。這些產(chǎn)品是具有變化密度的固體或者液體，并且能夠通過環(huán)氧端基反應(yīng)來產(chǎn)生三維網(wǎng)狀物，該三維網(wǎng)狀物提供具有剛性、硬度的最終材料，且不能或者基本不能流回。最終產(chǎn)品的特征在于它們的電特性、附著力(即，由在環(huán)氧中極性基的存在而產(chǎn)生)、收縮、沖擊阻力、抗潮濕等。這族熱固樹脂被用在類似復(fù)合材料、涂層、膠和封裝材料的許多應(yīng)用中。在這些分子端上的環(huán)氧化物組作為在這些熱固樹脂聚合物中交聯(lián)的反應(yīng)活性部位。應(yīng)該注意到，其它沒有環(huán)氧端基的熱固樹脂也可以被用于本技術(shù)。例如，可以使用端部具有異氰酸酯組的聚氨酯預(yù)聚物。具有不飽和組的聚酯還可以被用在管道維修系統(tǒng)10中。如上面所強調(diào)的，多種聚合物和樹脂系統(tǒng)可以構(gòu)成為用在維修系統(tǒng)10中。
與這些環(huán)氧化物以及其它樹脂或者熱固樹脂反應(yīng)的選定的化學(xué)制劑被提及為固化劑(硬化劑)，并且它通常具有連接到氮、氧或者硫磺上的活性氫。通常，活性氫被連接到氮或者部分硫醇(-SH)組。在環(huán)氧樹脂的例子中，胺固化劑是最普通的，并且可以是伯的或者仲的、脂肪族的或者芳香族的或者脂環(huán)族的。通常每個胺分子具有大于三個反應(yīng)活性部位，當(dāng)與環(huán)氧樹脂混合時，便于三維聚合網(wǎng)狀物的形成。固化劑的選擇要根據(jù)許多參數(shù)并且可以根據(jù)最大范圍確定最終環(huán)氧熱固樹脂的性能。此外，胺和環(huán)氧化物的反應(yīng)可以在周圍環(huán)境溫度下發(fā)生，同時應(yīng)該關(guān)心固化劑的選擇以確保發(fā)生完全反應(yīng)。用于周圍環(huán)境溫度應(yīng)用的胺可以使用可塑劑來確保完全反應(yīng)。此外，用于熱固化反應(yīng)的胺可以使用少量或者不使用可塑劑并且通常提供具有高強度和熱性能的熱固樹脂。
化學(xué)制劑交聯(lián)通常開始于環(huán)氧樹脂和非潛伏固化劑被混合時。固化劑減慢與例如芳族胺或者酐的環(huán)氧樹脂的反應(yīng)，并且在較大的塊中或者如果被加熱可以維持低粘性。但是脂族胺、脂環(huán)族胺和苯胺可以被增加到配方中，以擴展樹脂41的罐裝使用期限減慢粘性形成。如所提到的，過程溫度在確定最終復(fù)合材料的屬性的過程中起重要作用。此外，使用的時間和溫度可以根據(jù)固化劑的選擇。
通常，復(fù)合材料可以包括由纖維或者具有可識別的長度到厚度的縱橫比的其它元件強化的材料。具有環(huán)氧樹脂的常用纖維是玻璃和碳。但是，也可以使用前面指出的芳族聚酸胺、硼以及其它有機的和天然的纖維。在復(fù)合材料中使用的聚合物通常是熱固樹脂，并且它們的目的是將負(fù)載或者應(yīng)力轉(zhuǎn)化到強化纖維上，以利用纖維的強度和硬度(模數(shù))。典型的纖維量可以在40％到80％的范圍內(nèi)，這種量的計算是基于所需的強度、壓力等級以及特殊應(yīng)用的其它因素。復(fù)合材料的最終的抗物理、熱、電和化學(xué)屬性由樹脂和固化劑的選擇和固化狀況確定。在環(huán)氧系統(tǒng)中，在為環(huán)氧樹脂配方選擇合適的固化劑中考慮的參數(shù)是粘性、質(zhì)量效應(yīng)、固化循環(huán)、玻璃傳輸溫度、斷裂韌度以及其它因素。配方的粘性應(yīng)該低到足夠基本滲透強化纖維12。環(huán)氧樹脂和具有較高粘性的固化劑的混合物可以被加熱來降低配方粘性。但是，根據(jù)固化劑的類型通過加速反應(yīng)的加熱可以減少工作時間。
雖然特定的實施方式以及在附圖中的例子顯示并且在此處詳細(xì)描述了，但是本發(fā)明允許各種改進和可選擇形式。但是應(yīng)該理解，本發(fā)明的目的不是限制到公開的特殊形式。本發(fā)明而是要覆蓋落在下面隨附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍內(nèi)的所有改進、等同物或者可選形式。
權(quán)利要求
1.一種強化管道部分的方法，包括將沒有樹脂的纖維結(jié)構(gòu)應(yīng)用到要強化的管道的部分上；并且將樹脂應(yīng)用到管道上的纖維結(jié)構(gòu)上，以滲透干纖維結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述纖維結(jié)構(gòu)包括碳纖維且聚合物材料包括環(huán)氧系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述樹脂包括熱固樹脂系統(tǒng)。
4.一種強化物體的方法，包括將纖維結(jié)構(gòu)應(yīng)用到物體的表面；將封裝元件臨近所述纖維結(jié)構(gòu)安裝；將聚合物材料設(shè)置在所述封裝元件和所述纖維結(jié)構(gòu)之間，以基本上浸透所述纖維結(jié)構(gòu)；以及使所述聚合物材料固化，以在所述物體的表面上形成所述纖維結(jié)構(gòu)和所述聚合物材料的復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述物體包括容器、管道、管嘴或者它們的任意組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述封裝元件與具有所述纖維結(jié)構(gòu)的所述物體的一部分形成了腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括將所述封裝元件基本上密封到所述物體上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述封裝元件包括殼，并且其中，設(shè)置所述聚合物材料包括將所述聚合物材料穿過設(shè)置在所述殼上的開口注入到所述殼的內(nèi)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述纖維結(jié)構(gòu)是自潤濕的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述纖維結(jié)構(gòu)和所述聚合物材料的性質(zhì)有利于不使用外部壓力的情況下所述纖維結(jié)構(gòu)的飽和。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述聚合物材料靠重力或者毛細(xì)作用或者它們的組合穿透所述纖維結(jié)構(gòu)到達所述物體的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，應(yīng)用所述纖維結(jié)構(gòu)包括將所述纖維結(jié)構(gòu)包在所述物體的外表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在將所述纖維結(jié)構(gòu)應(yīng)用到所述物體上之前或者同時，所述纖維結(jié)構(gòu)沒有浸透聚合物材料。
14.一種維修管線的方法，包括將干纖維材料應(yīng)用到所述管線的部分上的異常之處周圍；將殼安裝在具有所述異常之處和所述干纖維材料的所述管線的部分周圍；將液體樹脂注入到所述殼內(nèi)部以基本上浸透所述干纖維材料；以及使所述液體樹脂固化，以在所述管線的部分上的異常之處上方形成維修復(fù)合材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，使所述液體樹脂固化形成了強化的聚合物的復(fù)合材料并且增加了所述管線的壓力等級或者工作壓力承受力。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，應(yīng)用所述干纖維材料包括將干纖維帶包在所述管線的部分上的異常之處上方。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述異常之處包括設(shè)置在所述管線的部分的外表面上的腔。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，包括在應(yīng)用所述干纖維材料之前預(yù)處理所述異常之處。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，預(yù)處理包括磨光所述異常之處、磨砂所述異常之處、清潔所述異常之處或者將填充材料放置在所述異常之處中，以及它們的任意組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述殼包括外部管道，該外部管道在所述殼和要維修的所述管線的部分之間形成環(huán)面。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述液體樹脂包括具有固體微粒的環(huán)氧樹脂。
22.一種維修的管道，包括一種強化材料，干燥地應(yīng)用到管道的表面上并且用聚合物材料浸透，其中，所述強化材料構(gòu)成為在沒有所述聚合物材料的情況下應(yīng)用到所述管道的表面上，并且其中，在所述強化材料已經(jīng)被應(yīng)用到所述管道的表面上之后，所述聚合物材料構(gòu)成為基本上浸透所述強化材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述強化材料包括纖維結(jié)構(gòu)。
24.一種維修的管道，包括自潤濕的強化結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述管道的外表面上；外部封裝部件，安裝在具有所述強化結(jié)構(gòu)的管道部分的周圍；以及固化的聚合物材料，設(shè)置在所述封裝部件的內(nèi)部，并且滲透所述自潤濕的強化結(jié)構(gòu)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述強化材料包括纖維結(jié)構(gòu)。
26.一種系統(tǒng)，用于維修管道，包括干纖維，構(gòu)成為包在所述管道周圍，并且構(gòu)造成在所述干纖維安裝在所述管道上之后接收樹脂；容器，構(gòu)成為封裝具有所述干纖維的管道部分；以及流體樹脂，構(gòu)成為被注入到所述容器的內(nèi)部，以滲透所述干纖維并且在所述管道部分上與滲透的干纖維形成復(fù)合材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述流體樹脂的有效時間是在20分鐘到200分鐘的范圍內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，包括密封元件，構(gòu)成為將所述容器與所述管道和干纖維基本上密封，其中腔形成于所述容器和管道之間以接收所述流體樹脂。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述密封元件包括彈性部件。
30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述干纖維的抗拉強度是在350,000磅/平方英寸到800,000磅/平方英寸的范圍內(nèi)。
31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述流體樹脂包括環(huán)氧系統(tǒng)、聚酯系統(tǒng)、乙烯基酯系統(tǒng)、聚氨酯系統(tǒng)或者異丁烯酸酯系統(tǒng)，或者它們的任意組合。
32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中，所述流體樹脂包括固體微粒。
全文摘要
一種維修管道的系統(tǒng)和方法，包括將例如干纖維結(jié)構(gòu)(12)(例如碳纖維)的強化材料固定到管道(14)的表面上。聚合物材料(41)被放在強化材料的頂部，自滲透干纖維結(jié)構(gòu)。聚合物材料基本上浸透強化材料并且固化以形成強化的聚合物復(fù)合材料，其可以增加或者恢復(fù)管道的壓力等級或者工作壓力承受力?？蛇x地，在引入聚合物材料之前，例如套筒、殼、盒、壁、外部管道等的外部封裝部件(36)可以被安裝在強化材料的周圍。在這個例子中，聚合物材料可以被放(即注入)進強化材料頂部上的封裝部件的內(nèi)部中。
文檔編號F16L55/16GK101095009SQ200580045531
公開日2007年12月26日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月3日
發(fā)明者布賴恩·L.·賴斯 申請人:伊利諾斯器械工程公司