浅谈碳纤维补强技术在工业管道中的应用实践

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1、第51卷第3期化工设备与管道V_o1．51NO．32014年6月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGJun．20l4浅谈碳纤维补强技术在工业管道中的应用实践邢丽，季伟勤(上海石化设备检验检测有限公司，上海200540)摘要简述了碳纤维复合材料补强技术的基本原理、适用范围、方案设计及其施工工艺要点。介绍了在役含缺陷工业管道应用该技术的可行性，分析认为，碳纤维复合材料补强技术在管道修复领域具有较好的应用前景。呼吁建立一套完善的符合我国国情的现场施工规范及验收评价标准，以提升国内在役管道维修水平。关键词

2、碳纤维复合材料；补强；修复；工业管道；缺陷中图分类号：TQ055．8；TH17文献标识码：A文章编号：1009．3281(2014)03．0061—004在役工业管道由于制造缺陷、机械损伤、内外(1)外部腐蚀危及到结构的完整性。采用此修腐蚀等因素，存在着减薄、变肜、泄漏、破裂等影响复系统后可能会阻止进一步的破坏。安全运行的隐患，一旦发生爆炸可能会带来巨大的经(2)外部机械损伤，如凹坑、凿伤、支撑处的济损失和灾难性的后果。为确保含缺陷管道不发生因磨蚀或磨损。强度不足而导致破裂泄漏，可以采用补强的方式对其(3)

3、内腐蚀或兼有外腐蚀。这种情况下，考虑进行修复，从而满足管道安全运行压力，有效减少非到内腐蚀可能会继续，应结合管道实际情况对其分析计划停车，延长管道的使用寿命。管道修复补强的技评估进而确定合适的维修生命周期。术很多Ⅲ，主要分为焊接、夹具和纤维复合材料三大(4)制造或者加工缺陷。类，其中纤维复合材料主要是指玻璃纤维和碳纤维。(5)泄漏。碳纤维复合材料补强修复技术是20世纪90年代以后1．3优点发展起来的一种高效快捷的新型补强技术。因其综合(1)在“三不”即不卸料、不泄压、不动火情性能最优近年来在国外管道修补方面

4、有很多成功应况下实施碳纤维复合材料修复技术，可以避免由于焊用的案例，我国目前已在长输油气管道和城镇燃气管接施工所带来焊穿、氢脆、冷脆等风险，保障管道运道中得到应用[2-5]。行的连续性，有效消除了承压管道带病运行的安全隐患，同时也避免了非计划停车修复带来的经济损失。1碳纤维修复补强技术(2)碳纤维弹性模量高，与钢的弹性模量较接近，1．1基本原理有利于复合材料尽可能多地承载管道压力，降低含缺碳纤维修复补强技术是保证管道完整性和延长陷处管道的应力水平，补强层与管道具有非常好的变管道使用寿命的重要手段，其基本思路

5、是利用碳纤维形协同性。碳纤维的抗拉强度和延伸率高，用于管材料在纤维方向的高强度特性，依靠热固性树脂基道修复具有极高的安全性。美国天然气研究协会(Gas体增强，采用湿铺工艺在服役管道外包覆一个复合材ResearchInstitute)的研究表明，纤维复合材料对压力料修复层，与管道形成一体，分担管道承受的内压，管道的修复效果取决于复合材料的抗拉强度和弹性降低含缺陷处管道的应力水平，从而达到对管道补强的目的，以恢复管道的正常承载能力。收稿日期：2o13—10．23修回日期：2013—1】一291．2适用范围基金项

6、目：上海市总集成总承包专项资金项目(沪经信规f2Ol11597号文)。根据ASMEPCC．2—2011《压力设备及管道的作者简介：邢丽(1981一)，女，辽宁锦州人，工程师，硕士，压修复》[6规定，如下类型的缺陷可以采用碳纤维复合力容器／压力管道检验师、API570授权检验师。主要材料修复系统进行修复：从事特种设备检验检测工作及完整性管理研究。62化工设备与管道第51卷第3期模量[。卜一管道原始公称壁厚；(3)碳纤维复合材料和修补剂均具有较高的层盯——管道最小屈服强度；问剪切强度，耐腐蚀性能、耐温性能、抗老

7、化性能s——允许的周向应变；优异。——复合材料层的环向拉伸模量；(4)碳纤维复合材料的抗蠕变性能优异，其强——管道材料的拉伸模量；度随着服役时间的增加基本保持不变。ts——管道的最／b~rJ余壁厚；(5)适用于各种管道系统、管道形状和缺陷类型，P。。——铆修期间管道内压；例如长输管道、公用管道等；弯管、三通、大小头等fren——最小修复层厚度；不规则管件；高的焊缝余高和严重错边等缺陷。tlave．——复合材料修复层厚度；(6)施工简便快捷，快速抢修，约2～3h即可完，z——补强层数(≥2)；成施工。，J——

8、轴向修复总长度；——搭接长度；2补强修复方案设计——缺陷长度；。制定管道维修方案是含缺陷管道完整性评价中——渐缩长度。一项重要工作内容。在已知缺陷存在的类型、缺陷的3施工流程及质量控制严重程度以及服役条件时，如何选择有效的维修方法至关重要。目前，维修方法主要有堆焊、打补丁、碳纤维复合材料修复系统主要分为三个主体部打套筒、夹具、夹具注环氧、玻璃纤维补强、碳纤维分：专用修补剂、环氧底漆、高强度树脂基碳纤维补强等七种。