CN104534221B - 一种用复合材料对管道补强修复的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一利用复合材料对管道补强修复的方法，包括以下步骤：S1：对待补强修复的管道进行缺陷定位和创造工作面；S2：管道表面处理；S3：钢管表面缺陷填平；S4：涂刷抗剥离涂层；S5：粘贴碳纤维片材；S6：固化与养护，采用真空辅助固化；S7：复合材料硬度测试与验收，其中验收采用硬度计测量补强层是否合格；S8：补口及补强层防护，对钢管补强处进行涂刷保护漆或裹防护层；S9：对钢管的外防护层进行验收。本发明的有益效果在于，提供一种用复合材料对管道补强修复的方法，该方法使用的工艺流程简单、方便操作、成本低且施工周期短，同时补强修复后的管道提高了管壁的强度、抗裂、抗渗、耐腐蚀以及使用寿命。

Description

一种用复合材料对管道补强修复的方法

技术领域

本发明涉及一种用复合材料对管道补强修复的方法。

背景技术

管道是一种联通装置，应用于气体、液体或带固体颗粒的流体的输送中，在工农业生产和社会生活处处可见。在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中都需要管道。工业生产和石油天然气的运输中广泛使用钢制管道，这类金属管道在长期使用过程中，受到外界环境和输送介质的作用，会逐渐发生化学、电化学腐蚀，出现腐蚀、裂纹等管体缺陷；或是受到外力损伤会出现管体缺陷。这些损伤都会导致管道运行安全性下降，最终可能发生泄露，爆炸等事故，严重威胁人员财产安全。

传统的管道损伤维修手段是焊接补疤、套袖或割除旧管焊接新管段等方法，这类方法存在缺陷：1.焊接会降低管道强度，焊接修补后，管段的韧脆性转变温度降低，焊接过程中易产生氢脆、残余应力等问题；2.焊接成本高，焊接前需要停止运输并排空清洗管道，焊接对操作人员技术水平要求高，焊接后需进行必要的现场探伤，特别是天然气石油管线的排空，费用极其昂贵。

近年来复合材料管道补强技术发展迅速，复合材料具有很好的设计性，比强度高，耐腐蚀性优良。复合材料管道补强技术施工安全，方便，不停输，不需要焊接操作，已经广泛应用在钢制管道结构的修复补强中。

复合材料修复管道技术按使用的材料分类，一般可分为玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料。玻璃纤维复合材料有连续玻璃纤维复合材料和短玻璃纤维复合材料，其中短玻璃纤维复合材料多为预制成型，制作成卷或套筒。玻璃纤维复合材料用于管道补强的缺陷在于：1.玻璃纤维复合材料耐湿热老化性能差，不宜用于湿度较大，温度较高的环境；2.玻璃纤维模量和强度较钢制管道低，不宜用于高压和压力波动频繁的管道；3.预制成型的复合材料刚度较大不适合复杂结构的补强，施工时不容易确保材料和管体的紧密贴合。

碳纤维复合材料应用于管道补强的技术有湿缠绕法补强和预浸料补强。湿缠绕法的不足是：1.复合材料成品的强度不好把握，施工时需要在现场配制胶液，胶液中不同组分的比例、树脂与纤维的比例、树脂对纤维的浸润均受仪器、施工工人责任心、熟练程度和当时的环境温度的影响；2.大尺寸管道、高温管道和复杂形状管道补强施工难度大，湿法施工时复合材料受重力影响容易下坠，粘度不够容易脱落，不能紧密贴合在补强部位。预成型材料补强的不足之处在于：1.储存运输成本高，预浸料保质期短，储存、运输要求低温环境；2.补强层层间贴合不够紧密，影响补强层强度；3.预浸料固化工艺成本高，费时费工，预浸料固化需要专用加热设备，多采用定制的电涡流器加热，施工繁琐，加热时放置的加热设备会影响补强层的平整，降低补强层的强度。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，本发明提供一种用复合材料对管道补强修复的方法，该方法使用的工艺流程简单、方便操作、成本低且施工周期短，同时补强修复后的管道提高了管壁的强度、抗裂、抗渗、耐腐蚀以及使用寿命。

本发明提供了一种用复合材料对管道补强修复的方法，包括以下步骤：

S1：对待补强修复的管道进行缺陷定位和创造工作面，所述创造工作面包括搭脚手架；

S2：管道表面处理，包括除去管道上陈旧的脱落防腐层，采用喷砂处理或机械打磨处理缺陷表面后，再进行人工处理；

S3：钢管表面缺陷填平，用碳纤维复合材料补强产品中的修补剂填平钢管表面的缺陷；

S4：涂刷抗剥离涂层，使涂层厚度达到2～3mm，防止电偶腐蚀；

S5：粘贴碳纤维片材，采用胶涂刷碳纤维片材，将其粘贴在钢管补强处；

S6：固化与养护，采用真空辅助固化；

S7：复合材料硬度测试与验收，其中验收采用硬度计测量补强层是否合格；

S8：补口及补强层防护，对钢管补强处进行涂刷保护漆或裹防护层；

S9：对钢管的外防护层进行验收。

可选的，所述步骤S2中管道表面处理的具体步骤为：用合金钢铲子将管道凹凸部位的原旧漆皮全部铲除；用钢丝刷子焊缝，加强板及其它死角部位的内锈除净，用丙酮或其它易挥发清洗济除去管道表面上的油、焦油及其它污物；清洗干净后表面应达到干燥、无油、无污物，为使管道金属表面具有合适的粗糙度，得以上表面处理工作结束后，可用1号或2号砂布在金属表面打磨，然后用棉布、清洗洗；表面处理工作结束并经验收合格后，即可刷富锌底漆-刷环氧凝铁面漆-刷环氧煤凝铁面漆-涂刷环氧煤沥青漆二遍，以防受潮生锈。

可选的，所述步骤S5中粘贴碳纤维片材的具体步骤为：在地面平铺薄膜，将碳纤维片材铺在其上，根据设计裁剪碳纤维，用配好的胶涂刷碳纤维，使其充分浸润，然后将碳纤维复合材料按设计铺放在钢管补强处。

可选的，所述步骤S6中采用真空辅助固化的具体步骤为：依次放置脱模布、导流网、吸胶棉、导管和真空袋，用密封条将真空袋四周粘贴在补强层周围，压紧密封，同时将导管和真空泵相连，启动真空泵，进行抽真空，时间为25～35min，待胶初步固化即可停止抽真空。

可选的，所述步骤S7中复合材料硬度测试与验收的具体步骤为：用硬度计测量补强层是否符合标准；用小锤敲击，检查是否有空鼓处，补强层有缺陷的需要重新进行补强作业。

本发明具有以下优点和有益效果：本发明提供一种用复合材料对管道补强修复的方法，针对目前施工工艺应用在大尺寸管道、高温管道和复杂形状管道补强施工中效果不佳的问题，本发明在湿缠绕法的基础上采用真空辅助固化工艺，首先克服了传统焊接工艺的种种缺点，而且解决了湿缠绕法中树脂与纤维的比例、树脂对纤维的浸润不均一的问题，同时解决了预制料施工中补强层之间，补强层和管道之间粘结不紧密的问题，不仅可用于常规管道的补强施工，也可用于复杂结构的补强，大尺寸管道的补强和高温高压管道的补强；该方法使用的工艺流程简单、方便操作、成本低且施工周期短，同时补强修复后的管道提高了管壁的强度、抗裂、抗渗、耐腐蚀以及使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用复合材料对管道补强修复的方法端面剖视图。

图中附图标记如下：

1、修补剂；2、抗剥离涂层；3、碳纤维层；4、脱模布；

5、导流网；6、真空袋；7、真空泵。

具体实施方式

下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例的一种用复合材料对管道补强修复的方法，如图1所示，以某大型循环水管道为例，来对本发明进行进一步的解释和说明，其中，表1为循环水管道8的原始数据表，

表1 管道原始数据表

首先设计补强方案：根据管道8的测量数据和和碳纤维复合材料的材料的力学性能参数依照ASME PCC-2-2011设计管道补强方案；其次，通过本发明提供的一种用复合材料对管道补强修复的方法，包括以下步骤：

S1：对待补强修复的管道8进行缺陷定位和创造工作面，所述创造工作面包括搭脚手架；

S2：管道表面处理，包括除去管道上陈旧的脱落防腐层，采用喷砂处理或机械打磨处理缺陷表面后，再进行人工处理；

S3：钢管表面缺陷填平，用碳纤维复合材料补强产品中的修补剂1填平钢管8表面的缺陷；

S4：涂刷抗剥离涂层2，使涂层厚度达到2～3mm，防止电偶腐蚀，涂层表面应平整，同时保证涂层的颜色一致，且无针孔、气泡、流淌、渗色和破损等缺陷，同时，配置好的涂料要求≥4小时内使用完毕，涂涮时注意操作方法，一次涂涮时往复不超过三次；

S5：粘贴碳纤维片材，采用胶涂刷碳纤维片材，将其粘贴在钢管补强处，形成碳纤维层3；

S6：固化与养护，采用真空辅助固化；

S7：复合材料硬度测试与验收，其中验收采用硬度计测量补强层是否合格；

S8：补口及补强层防护，对钢管补强处进行涂刷保护漆或裹防护层；

S9：对钢管的外防护层进行验收。

作为上述实施例的优选实施方式，所述步骤S2中管道表面处理的具体步骤为：用合金钢铲子将管道凹凸部位的原旧漆皮全部铲除；用钢丝刷子焊缝，加强板及其它死角部位的内锈除净，用丙酮或其它易挥发清洗济除去管道表面上的油、焦油及其它污物；清洗干净后表面应达到干燥、无油、无污物，为使管道金属表面具有合适的粗糙度，得以上表面处理工作结束后，可用1号或2号砂布在金属表面打磨，然后用棉布、清洗洗；表面处理工作结束并经验收合格后，即可刷富锌底漆-刷环氧凝铁面漆-刷环氧煤凝铁面漆-涂刷环氧煤沥青漆(MH-855-1棕色)二遍，以防受潮生锈，其中，表面处理和涂刷第一遍底漆可分段统一进行，不需要等表面处理工作全部结束后再进行涂刷底漆工作。

作为上述实施例的优选实施方式，所述步骤S5中粘贴碳纤维片材的具体步骤为：在地面平铺薄膜，将碳纤维片材铺在其上，根据设计裁剪碳纤维，用配好的胶涂刷碳纤维形成碳纤维层3，使其充分浸润，然后将碳纤维复合材料按设计铺放在钢管补强处；涂涮时注意操作方法，一次涂涮时往复不超过三次，同时，禁止在潮湿表面进行涂涮作业，如遇大雾、下雨以及流露等天气时，应停止施工，待表面干燥后方可施工。

作为上述实施例的优选实施方式，所述步骤S6中采用真空辅助固化的具体步骤为：如图1所示，依次放置脱模布4、导流网5、吸胶棉、导管和真空袋6，用密封条将真空袋6四周粘贴在补强层周围，压紧密封，同时将导管和真空泵7相连，启动真空泵7，进行抽真空，时间为25～35min，待胶初步固化即可停止抽真空。

作为上述实施例的优选实施方式，所述步骤S7中复合材料硬度测试与验收的具体步骤为：用硬度计测量补强层是否符合标准；用小锤敲击，检查是否有空鼓处，补强层有缺陷的需要重新进行补强作业。

本发明提供的一种用复合材料对管道补强修复的方法的工艺流程为：

1、设计补强方案，即设计合理且经济的补强结构和补强方案；

2、处理管道表面，使用喷砂工艺或机械打磨处理缺陷附近表面，金属表面处理Sa2.5级标准；

3、填平钢管表面缺陷用碳纤维复合材料补强产品中的修补剂填平表面缺陷；

4、涂刷抗阴极剥离涂层，涂层厚2mm，防止电偶腐蚀；

5、粘贴碳纤维片材铺放在补强处；

6、真空辅助固化；

7、复合材料补强验收；

8、补口及补强层防护，按照相应标准涂刷保护漆或裹防腐层；

9、外防护层验收，按照要求验收防护层。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种用复合材料对管道补强修复的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对待补强修复的管道进行缺陷定位和创造工作面，所述创造工作面包括搭脚手架；

S2：管道表面处理，包括除去管道上陈旧的脱落防腐层，采用喷砂处理或机械打磨处理缺陷表面后，再进行人工处理，具体步骤为：用合金钢铲子将管道凹凸部位的原旧漆皮全部铲除；用钢丝刷子刷焊缝，将加强板的内锈除净，用丙酮清洗剂除去管道表面上的油和焦油；清洗干净后表面应达到干燥、无油、无污物，为使管道金属表面具有合适的粗糙度，待以上表面处理工作结束后，用1号或2号砂布在金属表面打磨，然后用棉布清洗；表面处理工作结束并经验收合格后，即刷富锌底漆-刷环氧凝铁面漆-刷环氧煤凝铁面漆-涂刷环氧煤沥青漆，其中涂刷环氧煤沥青漆二遍，以防受潮生锈；

S3：钢管表面缺陷填平，用碳纤维复合材料补强产品中的修补剂填平钢管表面的缺陷；

S4：涂刷抗剥离涂层，使涂层厚度达到2～3mm，防止电偶腐蚀；

S5：粘贴碳纤维片材，采用胶涂刷碳纤维片材，将其粘贴在钢管补强处；

S6：固化与养护，采用真空辅助固化，具体步骤为：依次放置脱模布、导流网、吸胶棉、导管和真空袋，用密封条将真空袋四周粘贴在补强层周围，压紧密封，同时将导管和真空泵相连，启动真空泵，进行抽真空，时间为25～35min，待胶初步固化即可停止抽真空；

S7：复合材料硬度测试与验收，其中验收采用硬度计测量补强层是否合格；

S8：补口及补强层防护，对钢管补强处进行涂刷保护漆或裹防护层；

S9：对钢管的外防护层进行验收。

2.根据权利要求1所述的用复合材料对管道补强修复的方法，其特征在于，所述步骤S5中粘贴碳纤维片材的具体步骤为：在地面平铺薄膜，将碳纤维片材铺在其上，根据设计裁剪碳纤维，用配好的胶涂刷碳纤维，使其充分浸润，然后将碳纤维复合材料按设计铺放在钢管补强处。

3.根据权利要求1所述的用复合材料对管道补强修复的方法，其特征在于，所述步骤S7中复合材料硬度测试与验收的具体步骤为：用硬度计测量补强层是否符合标准；用小锤敲击，检查是否有空鼓处，补强层有缺陷的需要重新进行补强作业。