clock spring管道补强

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1、管道复合补强修复技术但无论何种材质的管道，一旦建成后，都会连续不断地受到各种机制的侵袭和破坏。因此，对于管输公司而言，管道大修维护一直是一项非常重要的课题。尤其是随着管道检测技术的发展，管道的维护管理已经逐步从事后抢险修复向事前预防修复发展。为了降低管道运行的风险，延长管道的使用寿命，管道公司必须对检测发现的管道缺陷进行修复。但是，采用什么样的修复技术方案才能够永久性地恢复管体的强度，保证管道的安全运行，同时又对生产的影响最小，一直以来都是管输公司所关注的焦点。1980年，美国已有了长达400000英里（643737.6km）的高压天然气集输

2、管道。为了保证如此长的天然气管道的管体完整性，管输公司投入了大量的维修费用。为了帮助管输公司降低管道大修成本，美国天然气研究协会组成了一个研发团队，成员包括美国西北大学、Battelle气体研究所、应力工程服务公司等等多家研究机构。研发团队经过8年的工作，开发出了一种全新的电化级单向纤维强化的塑性复合材料，这就是今天被广泛应用的复合修复技术。在复合修复技术出现以前，管道公司主要采用传统的更换缺陷部位管道，或者打金属卡箍等方法来修复存在缺陷的管道。但这些方法都存在着较多不足：更换缺陷部位管道需要停产，需要动用大型设备，需要焊接作业，同时也会给管

3、输公司造成巨大的放空损失；因此，管道复合补强修复技术的出现，满足了管输公司的需求，使管输公司有了一种更加安全、经济、可靠的新的选择。一、 技术原理1．管道承压分析管道的承压能力受多种因素的影响，一般情况下，可以使用以下方程来表示管道的承压能力：p=(2×S×t/D)×F×E×T式中：p表示设计压力；S表示钢管的最小屈服强度；t表示管壁厚度；D表示管径；F表示设计系数；E表示焊接系数；T表示温度系数。管道在运营过程中，因受内压而存在圆周应力，如果管壁表面某个部位受损或变薄，那么受损部位将会承受比正常部位更大的压力，甚至有可能超出安全极限发生爆管

4、事故。2．复合修复技术的原理复合修复技术就是将复合修复材料缠绕在存在缺陷的管道外表面，与强力胶和填料一起构成复合修复层。修复完成后，缺陷部位管道承担的部分应力就会传递到复合修复层，从而使缺陷部位管道承担的应力始终处于安全极限之下，保证管道的安全运行（见彩色图版x）。那么复合修复层承担的应力与缺陷部位管道承担的应力存在什么样的关系呢？如何才能保证缺陷部位承担的应力处于安全极限之下，对复合修复材料又有什么样的技术要求呢？美国天然气研究协会的研究证实：任何一种复合修复材料，能否达到修复效果，主要取决于复合材料的抗拉伸强度和弹性模量。一旦抗拉伸强度和

5、弹性模量确定，就可以精确预测复合材料的修复效果。（1）拉伸强度对于中高压管道，要想保证管道修复层在恶劣的环境下安全运行50年以上，复合修复层的拉伸强度是一个非常关键的因素。在土壤环境中，复合修复材料的抗拉伸强度会随着时间而逐步下降，所以就要求复合修复材料在设计上必须确保有足够的机械强度，从而使其在使用50年后依然能够保持修复效果。复合修复材料抗拉伸强度下降的速率与所处的环境如潮湿度、温度、土壤特性等有关。ClockSpring产品的抗拉伸强度老化公式： 式中：t表示时间，h。请注意，这是目前惟一进行了10年长期老化现场和实验室测试的复合修复材

6、料。美国天然气研究协会测试证实：要想确保复合修复材料在使用50年后抗拉伸强度依然在安全值之上（138MPa），新产品的最小拉伸强度必须超过310MPa。（2）弹性模量复合修复层承担的应力与缺陷部位管壁承担的应力，其间存在什么样的比值关系呢？美国天然气研究协会的研究结果证明：其比值等于两种材质弹性模量的复数之比。通常钢材的弹性模量近似为207×103MPa,如果复合修复层的弹性模量为34×103MPa，则缺陷部位管壁承压发生形变达到1%时，圆周应力将会完全传递到复合修复层，从而将缺陷部位管壁的形变控制在了安全形变范围内，保证了管道的安全运行。如

7、果复合修复层的弹性模量小于这个数值，意味着缺陷部位管壁就必须承担更大的应力，结果将会造成缺陷部位管壁发生更大的形变，形变如果超出安全极限，将会造成安全事故。即使在安全极限之内，也必将影响管道的完整性，从而无法真正达到永久修复的要求。二、 技术路线选择复合修复技术在发展过程中主要形成了两大系列：湿缠绕法复合修复技术和预成型法复合修复技术，这两种复合技术在复合材料和安装工艺上的区别如下。1.复合材料湿缠绕法复合修复技术采用高密度玻纤布作为补强材料，在施工现场与环氧树脂复合，构成复合修复层。而预成型法复合修复技术所使用的复合材料是电化级纤维强化的塑

8、性复合材料（FRP），两种材料有着本质的区别：①湿缠绕复合修复技术所使用的玻纤布，使用玻璃纤维丝编织而成，价格便宜，只有50%的纤维在管道圆周应力方向上，随着使用时