專利名稱：承壓設(shè)備壁面的補(bǔ)丁注填料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法
承壓設(shè)備壁面的補(bǔ)丁注填料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及承壓設(shè)備壁面的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法及其應(yīng)用，具體地，本 發(fā)明涉及對各種管道、管件、壓力容器及其附屬設(shè)施的打補(bǔ)丁注填料 修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法及其應(yīng)用。技術(shù)背景油氣管道運(yùn)輸是國民經(jīng)濟(jì)中的五大運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)之一，僅目前我國油氣長輸管道就達(dá)4.5萬余公里。這些管道在長期服役過程中，由于受 到地層壓力、土壤腐蝕、電偶腐蝕、外力損傷等作用，造成管道爆裂、 泄漏等事故發(fā)生，影響管道的正常輸送作業(yè)。管道的維修補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是保證管道完整性和延長管道使用壽命的重 要手段。迄今國內(nèi)外用于管道維修補(bǔ)強(qiáng)的方法大致可以歸結(jié)為焊接類 型、夾具類型和復(fù)合材料類型三大類，并可以細(xì)分為堆焊、打補(bǔ)丁、 打套袖、夾具、夾具注環(huán)氧、玻璃纖維復(fù)合材料和碳纖維復(fù)合材料等 小類。盡管這些方法各有優(yōu)點(diǎn)，但總的來說，碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技 術(shù)是綜合性能最優(yōu)，最有應(yīng)用前景的維修補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，它有如下優(yōu)點(diǎn)1、 不需降壓，沒有焊穿、氫脆和冷脆危險(xiǎn)性；2、強(qiáng)度不隨時(shí)間衰減，可 保持50年以上；3、彈性模量與管體一致，管體一旦承壓，便可達(dá)到 補(bǔ)強(qiáng)效果；4、不僅適合于體積型腐蝕缺陷，而且適合于裂紋型缺陷， 對焊縫余高和錯(cuò)邊要求不嚴(yán)；5、工藝相對簡單。但碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的成本相對較高，所以管道相關(guān)部門 一般用局部施焊補(bǔ)漏(打補(bǔ)丁)的方法來進(jìn)行簡單補(bǔ)強(qiáng)。管道上打補(bǔ)丁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，方法簡單，容易操作。但補(bǔ)丁與腐蝕坑 或機(jī)械損傷處之間存在空隙，管道所承受的壓力往往難以由原有管道 傳遞到補(bǔ)丁上，達(dá)不到補(bǔ)丁補(bǔ)強(qiáng)的預(yù)期效果，因此管道運(yùn)行仍存在較 大風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了 一種改進(jìn)的承壓設(shè)備壁 面修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法。本發(fā)明方法適合于各種輸送管道、壓力容器及其附 屬設(shè)施的臨時(shí)搶修或長期修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，特別是大型長輸管道及其附屬設(shè) 備的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，可延長其使用壽命，提高安全運(yùn)行壓力。本發(fā)明的 一個(gè)方面提供了承壓設(shè)備壁面的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法，其包括如下步驟(1) 在該設(shè)備壁面的需要修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的部位焊接補(bǔ)丁 ；(2) 在該補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間填充填料。在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案中，所述補(bǔ)丁上預(yù)設(shè)有至少一個(gè)通孔， 更優(yōu)選2-10個(gè)孔，特別優(yōu)選2-5個(gè)孔。其中步驟(2)通過經(jīng)由至少一個(gè) 所述通孔向所述補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間灌注漿液形似的可固化填料來實(shí) 現(xiàn)。在進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟(2)中使用頭部設(shè)有單向截止閥 的灌注嘴來進(jìn)行填料漿液的灌注，更優(yōu)選使用高壓止水針頭來進(jìn)行所 述灌注。在一優(yōu)選實(shí)施方案中，固化后本發(fā)明所用的填料具有大于10MPa 的抗壓強(qiáng)度，更優(yōu)選具有大于40MPa的抗壓強(qiáng)度。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，固化后本發(fā)明所用的填料具有大于lGPa 的抗壓彈性模量，更優(yōu)選具有大于2GPa的抗壓彈性模量。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，所用填料為可固化聚合物，包括但 不限于液體橡膠，液體硅橡膠，纖維素衍生物，乙烯聚合物和共聚物， 飽和或不飽和聚酯，聚丙烯酸酯，聚醚，聚砜，氨基塑料，環(huán)氧樹脂， 酚醛樹脂，聚芳烴，呋喃類及其改性物，更優(yōu)選為環(huán)氧樹脂。本發(fā)明方法適用于各種承壓設(shè)備的壁面的修復(fù)和補(bǔ)強(qiáng)，包括但不 限于各種管道、管件和壓力容器等等。本發(fā)明方法可在設(shè)備不停止運(yùn)行(如管道不停輸)的情況下進(jìn)行補(bǔ) 強(qiáng)作業(yè)，施工過程中不需要大型的機(jī)械吊裝設(shè)備，除保留傳統(tǒng)焊疤方 法簡單的特點(diǎn)外，還可以在焊疤的基礎(chǔ)上，填充補(bǔ)疤與管體之間的缺 陷，滿足管體補(bǔ)強(qiáng)的力學(xué)強(qiáng)度需求。本發(fā)明的另 一 個(gè)方面提供了本發(fā)明的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法在設(shè)備壁面，尤其是各種管道、管件及壓力容器壁面的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用。 附困說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中管道補(bǔ)強(qiáng)前的示意圖。圖2為圖1所示管道補(bǔ)強(qiáng)后的示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1管道補(bǔ)強(qiáng)過程中填料漿液走向的示意圖， 其中箭頭方向?yàn)樘盍蠞{液的流動(dòng)方向。圖4為圖3中所示管道橫截面的示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3中壓力容器修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)前的示意圖。圖6為圖5所示壓力容器修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)后的示意圖。
具體實(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)，以下將結(jié)合附圖對本 發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解這些說明僅為示例性的 而非限制性的。如上所述，本發(fā)明一方面涉及設(shè)備壁面的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法，其包括 如下步驟(1) 在該設(shè)備壁面的需要修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的部位焊接補(bǔ)丁 ；(2) 在該補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間填充填料。本發(fā)明方法適用于各種設(shè)備的壁面特別是金屬壁面的修復(fù)和補(bǔ) 強(qiáng)，尤其適用于各種承壓設(shè)備壁面的修復(fù)和補(bǔ)強(qiáng)。本發(fā)明所用的術(shù)語 "承壓設(shè)備，，通常指壓力容器、壓力管道、承壓附件、壓力鍋等以流 體壓力為基本載荷的設(shè)備的總稱。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，所述設(shè)備壁面的需修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的部位 存在缺陷，包括但不限于體積型缺陷、平面型缺陷、彌散損傷型缺陷 和幾何型缺陷，優(yōu)選為體積型缺陷。所述平面型缺陷可包括裂紋型缺 陷，彌散損傷型缺陷可包括氫鼓泡和/或微裂紋，幾何型缺陷可包括噘 嘴和/或錯(cuò)邊。所述缺陷的具體例子包括環(huán)焊縫和螺旋焊縫缺陷、腐蝕 點(diǎn)坑和機(jī)械損傷等等。在本發(fā)明的具體實(shí)施方案中，首先根據(jù)需修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)部位的缺陷的 形狀和大小制作補(bǔ)丁，然后在步驟(l)中將該補(bǔ)丁焊接在所需補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)備壁面的相應(yīng)部4立。本發(fā)明采用的補(bǔ)丁通常由金屬材料制成，優(yōu)選與需要修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的 設(shè)備壁面的材質(zhì)相同。打補(bǔ)丁的方式有兩種， 一種是把補(bǔ)丁盡量緊貼在需要修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的 設(shè)備壁面上，另一種是在補(bǔ)丁與需要修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)備壁面之間留下一 定的空隙。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間的空隙小于10毫米，更優(yōu)選小于5毫米，特別優(yōu)選小于2毫米。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述補(bǔ)丁上預(yù)設(shè)有至少一個(gè)通孔， 以便于經(jīng)由該通孔向補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間填充填料。所述通孔的數(shù)目， 在補(bǔ)丁上的位置分布并沒有特殊要求，只要其便于填料的填充，并且 不會(huì)明顯降低補(bǔ)丁本身及補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間的結(jié)合強(qiáng)度即可。而符 合上述要求的通孔數(shù)目和位置的設(shè)置是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。更 優(yōu)選地，所述補(bǔ)丁上預(yù)設(shè)有2-10個(gè)孔，特別優(yōu)選2-5個(gè)孔。本發(fā)明所用的術(shù)語"通孔"指從所述補(bǔ)丁的一側(cè)穿透整個(gè)補(bǔ)丁延 伸至另一側(cè)的孔。在本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方案中，步驟(2)通過經(jīng)由所述補(bǔ)丁上預(yù) 留的通孔向補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間的空隙空間中灌注漿液形式的可固化 填料來實(shí)現(xiàn)。該填料漿液隨后固化，從而補(bǔ)丁與需要修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)備 壁面通過固化的填料形成一個(gè)整體，完成了此管道的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。在本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方案中，所述補(bǔ)丁上預(yù)設(shè)有至少兩個(gè)通 孔，其中至少一個(gè)通孔作為灌注孔用于灌注填料漿液，且至少一個(gè)通 孔作為排氣孔用于排出補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間殘留的氣體。為了便于灌 注和排氣，所述排氣孔的位置可以設(shè)置在與灌注孔大致相對的位置， 也可以是缺陷的中心位置。優(yōu)選地，灌注時(shí)使灌注孔處于底部，使排 氣孔處于頂部。當(dāng)然， 一個(gè)通孔是作為灌注孔還是排氣孔并不是絕對 的，根據(jù)實(shí)際需要可以進(jìn)行調(diào)整，例如其可在灌注的前半段用作灌注 孔，而在后半段用作排氣孔。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，可根據(jù)實(shí)際需要對灌注孔和排氣孔 的數(shù)目和位置進(jìn)行設(shè)置以更好地實(shí)現(xiàn)所需的填充目標(biāo)。灌注時(shí)可能需 要考慮的因素包括但不限于灌注的填料漿液量及填料漿液的固化時(shí)間 (即灌注速度必須確保在填料固化之前能夠完成所需量的填料灌注)，還有灌注質(zhì)量等等。為便于灌注操作，在灌注時(shí)優(yōu)選在灌注孔和排氣孔上分別安裝灌 注嘴和排氣嘴。所述灌注嘴和排氣嘴通常是通過螺紋旋入安裝在灌注 孔和排氣孔上。所述灌注嘴和排氣嘴可以是簡單的、其直徑適于與灌 注泵連接的直管或帶有波紋口的直管，優(yōu)選使用市售的高壓止水針頭。 該針頭利用環(huán)壓緊固的原理，在其頭部設(shè)有單向截止閥，可防止?jié){液 在高壓推擠下倒噴。在完成灌注操作并且確認(rèn)填料已經(jīng)固化后，除去 灌注嘴和排氣嘴，需要時(shí)可用螺釘或其他方法將各個(gè)灌注孔和排氣孔 密封。本發(fā)明所用填料為可固化聚合物，包括但不限于液體橡膠，液體 硅橡膠，纖維素衍生物，乙烯聚合物和共聚物，飽和或不飽和聚酯， 聚丙烯酸酯，聚醚，聚砜，氨基塑料，環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，聚芳烴， 呋喃類以及其改性物。在一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明所用填料固化后的抗壓強(qiáng)度大于10MPa，更優(yōu)選抗壓強(qiáng)度大于20MPa。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明所用填料固化后具有大于lGPa 的抗壓彈性模量，優(yōu)選具有大于2GPa的抗壓彈性模量。本發(fā)明的另 一個(gè)方面提供了本發(fā)明的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法在設(shè)備壁面， 尤其是各種管道、管件及壓力容器壁面的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用。為了進(jìn)一步闡述本技術(shù)所涉材料及施工工藝，給出了下述實(shí)施例。但是，以下實(shí)施例不應(yīng)理解為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1管道的補(bǔ)強(qiáng)如圖1所示，需補(bǔ)強(qiáng)管道1直徑為多325mm，壁厚7mm，材質(zhì) Q235b。管外壁時(shí)鐘2點(diǎn)鐘方向上有一個(gè)體積型腐蝕點(diǎn)2，深度達(dá)到 4mm。管道屈服壓力經(jīng)計(jì)算為約6MPa，因此需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。以下利用 本發(fā)明的打補(bǔ)丁注填料方法對該管道腐蝕點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。操作步驟如下1. 4卜丁的力口工根據(jù)管道外徑及腐蝕點(diǎn)的形狀和大小等因素，由直徑為爭325mm， 壁厚7mm,同樣材質(zhì)為Q235b的管子，經(jīng)過氣切割，角磨等方法精細(xì)機(jī)加工得到補(bǔ)丁 3。對其內(nèi)外表面的油、漆、銹、毛刺等污物進(jìn)行清 理。在補(bǔ)丁上分別開灌注孔4和排氣孔5。在各孔上套絲，以便安裝 灌注嘴及排氣嘴。(詳見附圖2)2. 焊接補(bǔ)丁將補(bǔ)丁緊貼在管道1上的腐蝕點(diǎn)2之外，均勻地焊接在腐蝕點(diǎn)2外側(cè)。3. 灌注填料在所述套管的各孔上安裝灌注嘴及排氣嘴。采用手動(dòng)泵經(jīng)由灌注 孔4向補(bǔ)丁 3與管道1外壁之間的空隙中灌注環(huán)氧樹脂，直至位于上 方的排氣孔5中溢出環(huán)氧樹脂時(shí)停止灌注(參見圖3和4)。所用環(huán)氧樹 脂為中國水利水電基礎(chǔ)工程局的JX-1環(huán)氧樹脂(抗壓強(qiáng)度54.3MPa; 粘合強(qiáng)度3.5N/mm2;抗壓彈性模量2.6Gpa;粘度9.8mPa.s;操 作時(shí)間90分鐘)。24小時(shí)后，環(huán)氧樹脂完全固化。切除灌漿嘴及排氣嘴，用螺釘密 封所述的各孔。整套的補(bǔ)強(qiáng)措施開始與管體同步承力，從而達(dá)到了該 管道的補(bǔ)強(qiáng)目的。實(shí)施例2補(bǔ)強(qiáng)管道的全尺寸爆破試驗(yàn)根據(jù)SY-T5992-94《輸送鋼管靜水壓爆破試驗(yàn)方法》，在兩段 # 325x7的管道上，模擬同樣的體積缺陷(60x40mm,深5.3mm)。制作 同樣的補(bǔ)丁(180xl20mm)。分別用普通補(bǔ)丁(焊疤)及本發(fā)明的打補(bǔ)丁注 填料方法補(bǔ)強(qiáng)。24小時(shí)后，進(jìn)行全尺寸爆破試驗(yàn)。結(jié)果普通焊疤管道 在15.8MPa時(shí)出現(xiàn)兩處裂縫，所補(bǔ)管道缺陷處出現(xiàn)裂口；而經(jīng)過本發(fā) 明的打補(bǔ)丁注填料方法補(bǔ)強(qiáng)后的管道在28MPa時(shí)仍完好無損，表明管 道承壓能力明顯提高，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果。實(shí)施例3壓力容器的補(bǔ)強(qiáng)對于壓力容器6上的機(jī)械損傷造成的缺陷7(見附圖5)，我們采用與實(shí)施例1中相同的步驟進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。其中，填料選用江西贛中樹脂公司的191不飽和聚酯樹脂。補(bǔ)強(qiáng)后(見附圖6)，對容器提壓。壓力達(dá)到10MPa時(shí)，容器及補(bǔ) 強(qiáng)處完好無損，證明該技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)后，達(dá)到預(yù)期補(bǔ)強(qiáng)效果。應(yīng)該理解，上述詳細(xì)描述僅是為更好地理解本發(fā)明而對本發(fā)明做 出的非限定性說明。本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的精神和范 圍的情況下可以對本發(fā)明做出各種等同的修改、替換和變更，這些修 改、替換和變更后的實(shí)施方案仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 對承壓設(shè)備壁面進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的方法，包括以下步驟(1)在所述設(shè)備壁面的需要修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的部位焊接補(bǔ)?。?2)在所述補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間填充填料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述補(bǔ)丁上預(yù)設(shè)有至少一個(gè) 通孔，優(yōu)選2-10個(gè)通孔，更優(yōu)選2-5個(gè)通孔，且步驟(2)通過經(jīng)由至少 一個(gè)所述通孔向所述補(bǔ)丁與設(shè)備壁面之間灌注漿液形式的可固化填料 來實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟(2)中使用頭部設(shè)有單向 截止閥的灌注嘴來進(jìn)行填料的灌注，優(yōu)選使用高壓止水針頭來進(jìn)行所 述灌注。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所述填料固化后具有大 于10MPa的抗壓強(qiáng)度，優(yōu)選具有大于40MPa的抗壓強(qiáng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述填料固化后 具有大于1 GPa的抗壓彈性模量，優(yōu)選具有大于2GPa的抗壓彈性模量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2-5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述填料為選自 液體橡膠，液體硅橡膠，纖維素衍生物，乙烯聚合物和共聚物，飽和 或不飽和聚酯，聚丙烯酸酯，聚醚，聚砜，氨基塑料，環(huán)氧樹脂，酚 醛樹脂，聚芳烴，呋喃類及其改性物的可固化聚合物，更優(yōu)選為環(huán)氧 樹脂。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述補(bǔ)丁與設(shè)備 壁面之間的間距小于IO毫米，優(yōu)選小于5毫米，更優(yōu)選小于2毫米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述需要修復(fù)補(bǔ) 強(qiáng)的部位存在缺陷，所述缺陷選自體積型缺陷、平面型缺陷如裂紋型 缺陷、彌散損傷型缺陷如氬鼓泡和/或微裂紋，以及幾何型缺陷如噘嘴 和/或錯(cuò)邊，優(yōu)選為體積型缺陷。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述承壓設(shè)備包 括管道、管件和壓力容器。
10. 權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法在承壓設(shè)備壁面的修復(fù)補(bǔ) 強(qiáng)方面的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對承壓設(shè)備壁面進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的方法，具體地，本發(fā)明涉及管道、管件和壓力容器壁面的打補(bǔ)丁注填料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)方法包括在承壓設(shè)備壁面的需要修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的部位焊接補(bǔ)丁，并在補(bǔ)丁與壁面之間填充填料，從而完成此部位的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。本發(fā)明方法適合于各種輸送管道、壓力容器及其附屬設(shè)施的臨時(shí)搶修或長期修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，可延長承壓設(shè)備的使用壽命，提高安全運(yùn)行壓力。
文檔編號(hào)F16L55/16GK101245885SQ200710080219
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者國 劉, 王修云, 王金友, 巖 鄭 申請人:北京安科管道工程科技有限公司