專利名稱：含缺陷管道預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是 一種含缺陷管道預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前在役長輸油氣管道總長超過5xl(rkm,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期正常運(yùn)行。國內(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)合套筒粘結(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，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、纖維含量高且均勻、使用壽命長、 可靠性高，在國防和民用領(lǐng)域已經(jīng)得到了大規(guī)模的應(yīng)用。
但埋地的在役長輸油氣管道由于其特殊性,上述的預(yù)浸料當(dāng)然是不適用的。如 果能解決在役長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)。本公司經(jīng) 多年的研發(fā)，已成功地解決此問題，并同時(shí)申請(qǐng)了發(fā)明專利。而釆用預(yù)浸料對(duì)管道 補(bǔ)強(qiáng)的修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)又是待解決的技術(shù)問題。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種將預(yù)浸料用于含缺陷管道修補(bǔ)的質(zhì)量高且均 勻、使用壽命長、可靠性高的含缺陷管道預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型之修補(bǔ)鋪層結(jié)構(gòu)如圖1所示,是在管道1外從里向外依次包裹預(yù)浸
料防電位腐蝕層2、預(yù)浸料增強(qiáng)層3和防腐層4 。 其中預(yù)浸料防電位腐蝕層2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；該預(yù)浸料是預(yù)先浸潤專用樹脂的纖維或纖 維布，所述專用樹脂體系包括環(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； 其配比為
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(二甲胺基甲基)苯酚促進(jìn)劑占0. 5-2. 5%;
e )咪哇促進(jìn)劑占0. 5-3. 5%;
f )環(huán)氧類活性稀釋劑占0-7. 5%;
它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；
預(yù)浸料增強(qiáng)層3是碳纖維、玻璃纖維預(yù)浸料、玄武巖纖維預(yù)浸料、凱笑拉預(yù) 浸料或幾種的組合，層數(shù)在2 10層之間；該預(yù)浸料是預(yù)先浸潤專用樹脂的纖維 或纖維布，所述專用樹脂體系同上；它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；
防腐層4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。
本實(shí)用新型由于釆用不含溶劑制備預(yù)浸料，預(yù)浸料中不含揮發(fā)性組分，避 免了溶劑存在引起的復(fù)合材料內(nèi)部孔隙缺陷，保證了復(fù)合材料的性能和使用可靠 性。所以，含缺陷管道的預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)質(zhì)量高且均勾、使用壽命長、可靠性 高。


圖l管道修補(bǔ)鋪層結(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
具體實(shí)施方式
實(shí)施例.以本例來說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
并對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步 的說明。本例是一實(shí)驗(yàn)預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)。本例之修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)如圖1所示,是在管道1外從里向外依次包裹防電位腐蝕層2、增強(qiáng)層3和防腐層4 。其中
預(yù)浸料防電位腐蝕層2是玻璃纖維預(yù)浸料，層數(shù)為3層，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；
預(yù)浸料增強(qiáng)層3是碳纖維、玻璃纖維預(yù)浸料的組合，層數(shù)為6層，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i所述；
該兩種預(yù)浸料是預(yù)先浸潤專用樹脂的纖維或纖維布，所述專用樹脂體系包括環(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;其配比為
a) 環(huán)氧樹脂占50%;
b) 改性脂肪族胺固化劑占11.5%;
c) 低分子聚酰胺固化劑占25%;
d) 2, 4， 6-三(二甲胺基甲基)苯酚促進(jìn)劑占2. 5%;
e )咪哇促進(jìn)劑占3. 5%;
f )環(huán)氧類活性稀釋劑占7. 5%;
防腐層4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。
本例是在慶鐵線作的工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)l公里距離內(nèi)的io處腐蝕區(qū)補(bǔ)強(qiáng)，并經(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。
權(quán)利要求1.一種含缺陷管道預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)，其特征是在管道(1)外周從里向外依次包裹預(yù)浸料防電位腐蝕層(2)、預(yù)浸料增強(qiáng)層(3)和防腐層(4)。
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)，其特征是所述防 電位腐蝕層(2)為1 ~ 3層玻璃纖維預(yù)浸料、玄武巖纖維預(yù)浸料、凱芙拉預(yù)浸料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的含缺陷管道預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)，其特征是所述增 強(qiáng)層(3)為2-10層碳纖維、玻璃纖維預(yù)浸料、玄武巖纖維預(yù)浸料、凱芙拉預(yù)浸 料。
4. 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)，其特征是所述防 腐層(4)選自聚乙烯冷纏膠帶、復(fù)合型聚乙烯防腐膠帶或防腐涂料。
專利摘要本實(shí)用新型是一種含缺陷管道預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)。涉及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是在管道(1)外周從里向外依次包裹預(yù)浸料防電位腐蝕層(2)、預(yù)浸料增強(qiáng)層(3)和防腐層(4)。本實(shí)用新型由于采用不含溶劑制備預(yù)浸料，預(yù)浸料中不含揮發(fā)性組分，避免了溶劑存在引起的復(fù)合材料內(nèi)部孔隙缺陷，保證了復(fù)合材料的性能和使用可靠性。所以，含缺陷管道的預(yù)浸料修補(bǔ)層結(jié)構(gòu)質(zhì)量高且均勻、使用壽命長、可靠性高。
文檔編號(hào)F16L55/175GK201277411SQ200820080470
公開日2009年7月22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, 李茂源, 李榮光, 簡(jiǎn)抗抗, 顧玉卓 申請(qǐng)人:中國石油天然氣股份有限公司