CN105670556A - 一种石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，包括：步骤一、对管壁缺陷处的内表面进行前处理，将基材表面打磨至无任何附着物；步骤二、利用修补剂对所述缺陷处进行填平处理；步骤三、在填涂所述修补剂处及周围管体表面填涂环氧树脂胶；步骤四、在所述填涂环氧树脂胶处缠绕碳纤维复合材料布。本发明具有修补材料能够长时间反复使用的过程中，粘贴性能好、不分层、不空鼓开裂的特点，并且能够通过本发明所述的补强工艺确保修补材料与管道之间抗电偶腐蚀，同时本发明还具有工艺步骤简单，修复材料固化效果好等特点。

Description

一种石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺
技术领域
本发明涉及石油化工压力装置修复领域，具体涉及一种石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺。
背景技术
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的，在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势，碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料，传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。
保证设备完整性和延长使用寿命至关重要，修复补强是保证设备完整性的有效一环，碳纤维复合材料补强修复技术是近十余年发展较快的新型修复技术，碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等，同样，在石油化工压力装置腐蚀减薄修复中有着重要的现实意义。碳纤维补强技术对石油化工压力装置腐蚀减薄的缺陷进行维修，减少其带病运行的安全隐患，延长设备的实际使用寿命，为装置长周期运行提供有力保障。
在申请号为201010550596.4发明专利中，利用了一种修复管道碳纤维复合材料体系对管道中的缺陷处进行修补，该专利所述的发明避免在修复后修复补强层在服役过程中出现的修复材料与管体脱粘、分层、空鼓、开裂和鼓泡等现象，有效提高了在寒冷潮湿的恶劣环境下施工的有效性，确保了复合材料修复施工质量和补强修复效果，提高修复管道缺陷施工的可靠性。但由于该碳纤维复合材料体系在进行修复使用的过程中需要对修复材料采用不锈钢薄带进行紧固固化，并且还需要对不锈钢紧固的修复层进行室温固化或外部加热带加热固化，在固化完成后还需要人为的拆除加热装置和不锈钢薄带，从而使修复工艺繁琐复杂，不利于快速有效便捷的进行修补工艺的操作，加大了修复工艺的难度。
在申请号为201110293058.6为发明专利为本公司设计开发的一种铁质修补剂，该修补剂具有强度较高，结合强度达35MPa以上，耐温性好，使用温度为60～180℃，耐油、耐水、耐老化等特点，主要用于铸铁件气孔、砂眼、缩孔的填补，也可用于管件漏油、漏水、密封等。但由于在此修补剂的基础上没有对组分及组分配比进行进一步的优化，所以在实际的应用过程中还存在着一定的局限性，在进行实际加压实验试验时还存在弊端。
发明内容
本发明设计开发了一种石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺。本发明目的是解决现有技术中，修补材料在反复使用的过程中，易脱落、分层、空鼓及开裂等问题，同时还避免了修补材料在使用过程中的层间胶的电偶腐蚀，通过本发明所述的修补工艺确保修补材料起到传递管壁压力的作用，同时环氧树脂固化后的碳纤维复合材料在管道外壁形成的修补层分担管道内压并限制管道膨胀变形，降低管壁的应力并限制管道缺陷处的应力集中，降低缺陷处的拉伸应力，进而实现了对管道缺陷的补强修复。
本发明具有修补材料能够长时间反复使用的过程中，粘贴性能好、不分层、不空鼓开裂的特点，并且能够通过本发明所述的补强工艺确保修补材料与管道之间抗电偶腐蚀，同时本发明还具有工艺步骤简单，无需对修复层进行紧固处理，修复材料固化效果好等特点。
本发明提供的技术方案为：
一种石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，包括：
步骤一、对管壁缺陷处的内表面进行前处理，将基材表面打磨至无任何附着物；
步骤二、利用修补剂对所述缺陷处进行填平处理；
步骤三、在填涂所述修补剂处及周围管体表面填涂环氧树脂胶；
步骤四、在所述填涂环氧树脂胶处缠绕碳纤维复合材料布。
优选的是，在所述步骤一中，需将沿所述缺陷处轴向两侧方向150mm的长度范围内的防腐层全部清除，采用机械除锈或喷砂除锈。
优选的是，所述步骤二中，将调配好的修补剂填充到管道表面的腐蚀缺陷中，并且填充满的修补剂在管道缺陷边沿处平滑过渡到管体表面，待所述修补剂固化后再进行所述步骤三的操作。
优选的是，在进行所述步骤三之前，滚涂抗阴极剥离胶，其用于使所述碳纤维复合材料及管道分离。
优选的是，所述步骤四中，使用辊或刮板反复碾压所述碳纤维复合材料布，将空隙中的气泡排出，并且在所述碳纤维复合材料布上再次滚涂环氧树脂胶。
优选的是，所述步骤二中，所述修补剂为金属缺陷填充胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝2:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶30～50份，E44环氧树脂20～50份，E51环氧树脂20～30份，不锈钢粉10～25份，三氧化二铝10～25份，铁粉10～25份组成；
B组分由105固化剂30～50份，650聚氨酯20～40份，KH550硅烷偶联剂0～10份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚10～30份，三氧化二铝30～50份，气相二氧化硅10～30份组成；
其中，所述A组分中铁粉规格为200目，所述B组分中三氧化二铝规格为W10。
优选的是，所述抗阴极剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶60～80份，三氧化二铝30～50份，钛白粉0～10份，白炭黑10～25份组成；
B组分由105固化剂60～80份，KH550硅烷偶联剂10～15份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚15～25份，三氧化二铝15～30份组成；
其中，所述三氧化二铝规格均为W10。
优选的是，所述步骤三中，所述环氧树脂胶为层间剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分由E44环氧树脂40～60份，E51环氧树脂40～60份，二丁酯10～25份，钛白粉10～25份组成；
B组分由810水下固化剂为60～80份，KH550硅烷偶联剂为20～30份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚20～35份，白炭黑10～25份组成。
优选的是，所述环氧树脂胶使用温度范围为-60～150℃。
优选的是，所述碳纤维复合材料的抗压强度为3400MPa以上，受拉弹性模量为2.3×105MPa以上，伸长率为1.6％以上，弯曲强度为700MPa以上，层间剪切强度为45MPa以上，所述碳纤维复合材料与基材正拉粘接强度为2.5MPa以上，并且为所述基材内聚破坏。
本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：
1、利用专用修补剂对缺陷进行填平处理，专用修补剂和环氧底漆起到传递管壁压力的作用；在管道外缠绕碳纤维与环氧树脂，树脂固化后生成碳纤维复合材料，在管道外壁形成修补层，通过专用修补剂和管道传递压力，分担管道内压并限制管道膨胀变形，降低管壁的应力并限制管道缺陷处的应力集中，降低缺陷处的拉伸应力，实现对管道缺陷的补强修复；
2、本发明所使用的涂抗阴极剥离胶有效的将碳纤维复合材料与管壁之间隔离开来，防止了层间胶与管道之间的电偶腐蚀；
3、本发明中利用湿铺工艺，将碳纤维片材和环氧树脂交互地铺层粘结在一起，在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成纤维复合材料补强层，保复合材料层与层之间、材料与管道外表面之间没有空鼓、气泡等存在；
4、本发明在工艺步骤上进行了简化，通过使用本发明中金属缺陷填充胶级层间剥离胶，使本发明在实现补强的过程中无需进行紧固及加热固化等操作即可得到效果良好的修复材料，并且对缺陷处具有很好的修复效果；
5、本发明在之前的修补剂的基础上，对该修补剂中组分及组分配比进行了优化及简化，在不需要繁杂的配方组分的基础上还能够很好的实际应用于石油管道等压力装置的修补工艺中，在进行质量检测的爆破试验时，呈现出良好的补强效果，使其能够广泛的应用于实际操作中。
附图说明
图1为本发明所述的结构示意图。
图2为本发明所述的补强工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1、图2所示，本发明提供一种石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，包括如下步骤：
S210、对压力容器110内表面前处理，基材表面应全面打磨，无任何附着物，粘贴部位有尖锐棱角的需要打磨成圆角，最小内径为20mm；
S220、利用专用修补剂120(底层环氧树脂胶)对缺陷进行填平处理，专用修补剂和环氧底漆起到传递管壁压力的作用；
S230、滚涂环氧树脂浸渍胶130到粘接面上，胶量必须充足饱满；
S240、将裁剪好的碳纤维布140贴于涂胶面，碳纤维布要平直、延展；在碳纤维布如有接头，搭接长度应为20cm，且接头应在基材全长的1/3处，不得在基材的中间；
S250、再次在布材面上滚涂环氧树脂浸渍胶130，保证充分覆盖布的表面，确保胶充分浸润碳纤维布的纤维中；
S260、表面涂装，对于有外观装饰要求的结构或构件，可在粘贴后的碳纤维表面涂刷基于环氧基底的涂料或在抹灰后涂刷常规涂料，并且可对外侧进行防腐蚀涂装，使其能够抗硫化氢、盐雾等腐蚀；
S270、对涂层进行质量检测。
在另一种实施例中，在S210中，在管道缺陷处打磨除锈时，将管道缺陷轴向两个方向150mm范围内的管道表面原有防腐层全部清除，可采用机械除锈或喷砂除锈，管道表面除锈应达到GB/T8923.1—2011《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定》所规定St2.5级及以上。
在另一种实施例中，在S220中，将调配好的填料填充到管道表面的每一个腐蚀缺陷中，并且填充满的修补剂在管道缺陷边沿处应平滑过渡到管体表面，保证碳纤维复合材料和修补剂充分接触，待修补剂完全固化后再实施下一道工序，并且通过本发明所提供的专用修补剂120，无需进行紧固及加热固化等操作即可得到效果良好的修复材料，并且对缺陷处具有很好的修复效果。
在另一种实施例中，在S230中，在管道补强范围内涂抹环氧底漆，目的是将碳纤维复合材料与管壁之间隔离开来，防止电偶腐蚀的发生，并且要求底漆厚度至少0.2mm以上，同时，在进行S230之前，可在专用修补剂120外侧及管壁上滚涂抗阴极剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶60～80份，三氧化二铝30～50份，钛白粉0～10份，白炭黑10～25份组成；
B组分由105固化剂60～80份，KH550硅烷偶联剂10～15份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚15～25份，三氧化二铝15～30份组成；
其中，在A组分及B组分中的三氧化二铝规格均为W10。
在另一种实施例中，在S230～S250中，利用湿铺工艺，将碳纤维片材和环氧树脂交互地铺层粘结在一起，在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成纤维复合材料补强层，使用橡胶辊或塑料刮板反复碾压碳纤维复合材料布140，使碳纤维复合材料布140平直、延展、无气泡，粘合剂充分渗透，进而确保碳纤维复合材料层与层之间、材料与管道外表面之间没有空鼓、气泡等存在。
在另一种实施例中，在S220中，专用修补剂120为金属缺陷填充胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝2:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶30～50份，E44环氧树脂20～50份，E51环氧树脂20～30份，不锈钢粉10～25份，三氧化二铝10～25份，铁粉10～25份组成；
B组分由105固化剂30～50份，650聚氨酯20～40份，KH550硅烷偶联剂0～10份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚10～30份，三氧化二铝30～50份，气相二氧化硅10～30份组成；
其中，在A组分中，铁粉规格为200目，在B组分中，三氧化二铝规格为W10。
在S230、S250中，环氧树脂浸渍胶130为层间剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分由E44环氧树脂40～60份，E51环氧树脂40～60份，二丁酯10～25份，钛白粉10～25份组成；
B组分由810水下固化剂为60～80份，KH550硅烷偶联剂为20～30份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚20～35份，白炭黑10～25份组成。
在另一种实施例中，环氧树脂胶使用温度范围为-60～150℃。
在另一种实施例中，对断口进行取样，然后通过超声波进行清洗，对缺陷处进行失效分析；对失效原因进行分类：其中包括：设计不当引起的失效；材料缺陷引发的失效；铸造缺陷引发的失效；锻造缺陷引发的失效；焊接缺陷引发的失效；热处理缺陷引发的失效；冷加工成型缺陷引发的失效；失效分析常用手段：(1)断口分析：光学形貌分析；显微形貌分析。(2)金相组织分析(3)成分分析：SEM/EDS；ICP-OES；XRF；火花直读光谱。(4)物相分析：XRD(5)残余应力分析(6)机械性能分析(硬度、拉伸性能、冲击性能、弯曲性能、硬度等)(7)现场工艺及使用环境的考察验证。
在另一种实施例中，对碳纤维复合材料的要求及在本实施例中使用的碳纤维复合材料的实际测量值如表1所示：
表1碳纤维复合材料参数
实施例1
第一步：对压力容器110的缺陷处内表面前处理，基材表面应全面打磨，无任何附着物，粘贴部位有尖锐棱角的需要打磨成圆角，最小内径为20mm，沿着管道缺陷处轴向两个方向150mm范围内的管道表面原有的防腐层采用机械除锈全部清除，管道表面除锈应达到GB/T8923.1—2011《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定》所规定St2.5级及以上，同时测量出缺陷处的深度为6.5mm，缺陷轴向长度78mm，缺陷环向长度15mm，壁厚减薄程度36％，根据ASMEPCC-2-2011标准中计算需要的碳纤维复合材料补强层数为4层；
第二步、利用专用修补剂120(底层环氧树脂胶)对缺陷进行填平处理，专用修补剂和环氧底漆起到传递管壁压力的作用；
专用修补剂120为金属缺陷填充胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝2:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶30份，E44环氧树脂20份，E51环氧树脂20份，不锈钢粉10份，三氧化二铝10份，铁粉10份组成；
B组分由105固化剂30份，650聚氨酯20份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚10份，三氧化二铝30份，气相二氧化硅10份组成；
其中，在A组分中，铁粉规格为200目，在B组分中，三氧化二铝规格为W10；
第三步、待专用修补剂120固化后，在专用修补剂120外侧及管壁上滚涂抗阴极剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶60份，三氧化二铝30份，白炭黑10份组成；
B组分由105固化剂60份，KH550硅烷偶联剂10份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚15份，三氧化二铝15份组成；
其中，A组分和B组分中的三氧化二铝规格均为W10；
第四步、滚涂环氧树脂浸渍胶130到粘接面上，胶量必须充足饱满，滚涂厚度在0.2mm，环氧树脂浸渍胶130为层间剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分由E44环氧树脂40份，E51环氧树脂40份，二丁酯10份，钛白粉10份组成；
B组分由810水下固化剂为60份，KH550硅烷偶联剂为20份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚20份，白炭黑10份组成；
第五步、将碳纤维复合材料布140和环氧树脂浸渍胶130交互地铺层粘结在一起，在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成4层纤维复合材料补强层，使用橡胶辊或塑料刮板反复碾压碳纤维复合材料布140，使碳纤维复合材料布140平直、延展、无气泡，粘合剂充分渗透，进而确保碳纤维复合材料层与层之间、材料与管道外表面之间没有空鼓、气泡等存在；其中，使用的碳纤维复合材料规格为抗压强度为3422MPa，受拉弹性模量为2.41×105MPa，伸长率为1.7％，弯曲强度为837MPa，层间剪切强度为52MPa，碳纤维复合材料与混凝土和砌体的基材正拉粘接强度为3.5MPa，并且为基材内聚破坏；
第六步、在对粘贴后的碳纤维表面进行防腐蚀涂装，使其能够抗硫化氢、盐雾等腐蚀；
第七步、对补强处进行质量检测，通过采用《SY/T5992-94输送钢管静水压爆破试验方法》进行爆破试验，采用加载方式加压至36.7MPa时，缺陷处无明显变化。
实施例2
第一步：对压力容器110的缺陷处内表面前处理，基材表面应全面打磨，无任何附着物，粘贴部位有尖锐棱角的需要打磨成圆角，最小内径为20mm，沿着管道缺陷处轴向两个方向150mm范围内的管道表面原有的防腐层采用机械除锈全部清除，管道表面除锈应达到GB/T8923.1—2011《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定》所规定St2.5级及以上，同时测量出缺陷处的深度为8.6mm，缺陷轴向长度93mm，缺陷环向长度55mm，壁厚减薄程度42％，根据ASMEPCC-2-2011标准中计算需要的碳纤维复合材料补强层数为6层；
第二步、利用专用修补剂120(底层环氧树脂胶)对缺陷进行填平处理，专用修补剂和环氧底漆起到传递管壁压力的作用；
专用修补剂120为金属缺陷填充胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝2:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶50份，E44环氧树脂50份，E51环氧树脂30份，不锈钢粉25份，三氧化二铝25份，铁粉25份组成；
B组分由105固化剂50份，650聚氨酯40份，KH550硅烷偶联剂10份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚30份，三氧化二铝50份，气相二氧化硅30份组成；
其中，在A组分中，铁粉规格为200目，在B组分中，三氧化二铝规格为W10；
第三步、待专用修补剂120固化后，在专用修补剂120外侧及管壁上滚涂抗阴极剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶80份，三氧化二铝50份，钛白粉10份，白炭黑25份组成；
B组分由105固化剂80份，KH550硅烷偶联剂15份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚25份，三氧化二铝30份组成；
其中，A组分和B组分中的三氧化二铝规格均为W10；
第四步、滚涂环氧树脂浸渍胶130到粘接面上，胶量必须充足饱满，滚涂厚度在0.2mm，环氧树脂浸渍胶130为层间剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分由E44环氧树脂60份，E51环氧树脂60份，二丁酯25份，钛白粉25份组成；
B组分由810水下固化剂为80份，KH550硅烷偶联剂为30份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚35份，白炭黑25份组成；
第五步、将碳纤维复合材料布140和环氧树脂浸渍胶130交互地铺层粘结在一起，在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成6层纤维复合材料补强层，使用橡胶辊或塑料刮板反复碾压碳纤维复合材料布140，使碳纤维复合材料布140平直、延展、无气泡，粘合剂充分渗透，进而确保碳纤维复合材料层与层之间、材料与管道外表面之间没有空鼓、气泡等存在；其中，使用的碳纤维复合材料规格为抗压强度为3422MPa，受拉弹性模量为2.41×105MPa，伸长率为1.7％，弯曲强度为837MPa，层间剪切强度为52MPa，碳纤维复合材料与混凝土和砌体的基材正拉粘接强度为3.5MPa，并且为基材内聚破坏；
第六步、在对粘贴后的碳纤维表面进行防腐蚀涂装，使其能够抗硫化氢、盐雾等腐蚀；
第七步、对补强处进行质量检测，通过采用《SY/T5992-94输送钢管静水压爆破试验方法》进行爆破试验，采用加载方式加压至36.7MPa时，缺陷处无明显变化。
实施例3
第一步：对压力容器110的缺陷处内表面前处理，基材表面应全面打磨，无任何附着物，粘贴部位有尖锐棱角的需要打磨成圆角，最小内径为20mm，沿着管道缺陷处轴向两个方向150mm范围内的管道表面原有的防腐层采用机械除锈全部清除，管道表面除锈应达到GB/T8923.1—2011《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定》所规定St2.5级及以上，同时测量出缺陷处的深度为7.9mm，缺陷轴向长度56mm，缺陷环向长度23mm，壁厚减薄程度37％，根据ASMEPCC-2-2011标准中计算需要的碳纤维复合材料补强层数为4层；
第二步、利用专用修补剂120(底层环氧树脂胶)对缺陷进行填平处理，专用修补剂和环氧底漆起到传递管壁压力的作用；
专用修补剂120为金属缺陷填充胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝2:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶40份，E44环氧树脂35份，E51环氧树脂25份，不锈钢粉18份，三氧化二铝18份，铁粉20份组成；
B组分由105固化剂40份，650聚氨酯30份，KH550硅烷偶联剂5份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚20份，三氧化二铝40份，气相二氧化硅20份组成；
其中，在A组分中，铁粉规格为200目，在B组分中，三氧化二铝规格为W10；
第三步、待专用修补剂120固化后，在专用修补剂120外侧及管壁上滚涂抗阴极剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶70份，三氧化二铝40份，钛白粉5份，白炭黑18份组成；
B组分由105固化剂70份，KH550硅烷偶联剂13份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚20份，三氧化二铝23份组成；
其中，A组分和B组分中的三氧化二铝规格均为W10；
第四步、滚涂环氧树脂浸渍胶130到粘接面上，胶量必须充足饱满，滚涂厚度在0.2mm，环氧树脂浸渍胶130为层间剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分由E44环氧树脂50份，E51环氧树脂50份，二丁酯18份，钛白粉18份组成；
B组分由810水下固化剂为70份，KH550硅烷偶联剂为25份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚28份，白炭黑18份组成；
第五步、将碳纤维复合材料布和环氧树脂浸渍胶交互地铺层粘结在一起，在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成4层纤维复合材料补强层，使用橡胶辊或塑料刮板反复碾压碳纤维复合材料布140，使碳纤维复合材料布140平直、延展、无气泡，粘合剂充分渗透，进而确保碳纤维复合材料层与层之间、材料与管道外表面之间没有空鼓、气泡等存在；其中，使用的碳纤维复合材料规格为抗压强度为3422MPa，受拉弹性模量为2.41×105MPa，伸长率为1.7％，弯曲强度为837MPa，层间剪切强度为52MPa，碳纤维复合材料与混凝土和砌体的基材正拉粘接强度为3.5MPa，并且为基材内聚破坏；
第六步、在对粘贴后的碳纤维表面进行防腐蚀涂装，使其能够抗硫化氢、盐雾等腐蚀；
第七步、对补强处进行质量检测，通过采用《SY/T5992-94输送钢管静水压爆破试验方法》进行爆破试验，采用加载方式加压至36.7MPa时，缺陷处无明显变化。
对比例1
确定出一处缺陷进行对比试验，测量出缺陷处的深度为5.5mm，缺陷轴向长度63mm，缺陷环向长度38mm，壁厚减薄程度42％，对缺陷处未做任何处理，采用《SY/T5992-94输送钢管静水压爆破试验方法》进行爆破试验，采用加载方式加压至36.7MPa的过程中，缺陷处在加压的过程中即出现明显撕裂。
对比例2
第一步：对压力容器110的缺陷处内表面前处理，基材表面应全面打磨，无任何附着物，粘贴部位有尖锐棱角的需要打磨成圆角，最小内径为20mm，沿着管道缺陷处轴向两个方向150mm范围内的管道表面原有的防腐层采用机械除锈全部清除，管道表面除锈应达到GB/T8923.1—2011《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定》所规定St2.5级及以上，同时测量出缺陷处的深度为6.3mm，缺陷轴向长度72mm，缺陷环向长度18mm，壁厚减薄程度38％，根据ASMEPCC-2-2011标准中计算需要的碳纤维复合材料补强层数为4层；
第二步、利用专用修补剂120(底层环氧树脂胶)对缺陷进行填平处理，专用修补剂和环氧底漆起到传递管壁压力的作用；
专用修补剂120为金属缺陷填充胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分：特种胶1040克，E44环氧树脂2344克，E51环氧树脂1568克，不锈钢粉1820克，三氧化二铝820克，钛白粉164克，铝银粉123克，白炭黑1300克；
B组分：105缩胺541克，650低分子聚酰胺9150克，KH550硅烷偶联剂83克2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚125克，三氧化二铝1038克；
其中，所述特种胶为异氰酸酯三聚体改性的环氧树脂。
第三步、待专用修补剂120固化后，在专用修补剂120外侧及管壁上滚涂抗阴极剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶60份，三氧化二铝30份，白炭黑10份组成；
B组分由105固化剂60份，KH550硅烷偶联剂10份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚15份，三氧化二铝15份组成；
其中，A组分和B组分中的三氧化二铝规格均为W10；
第四步、滚涂环氧树脂浸渍胶130到粘接面上，胶量必须充足饱满，滚涂厚度在0.2mm，环氧树脂浸渍胶130为层间剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分由E44环氧树脂40份，E51环氧树脂40份，二丁酯10份，钛白粉10份组成；
B组分由810水下固化剂为60份，KH550硅烷偶联剂为20份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚20份，白炭黑10份组成；
第五步、将碳纤维复合材料布140和环氧树脂浸渍胶130交互地铺层粘结在一起，在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成4层纤维复合材料补强层，使用橡胶辊或塑料刮板反复碾压碳纤维复合材料布140，使碳纤维复合材料布140平直、延展、无气泡，粘合剂充分渗透，进而确保碳纤维复合材料层与层之间、材料与管道外表面之间没有空鼓、气泡等存在；其中，使用的碳纤维复合材料规格为抗压强度为3422MPa，受拉弹性模量为2.41×105MPa，伸长率为1.7％，弯曲强度为837MPa，层间剪切强度为52MPa，碳纤维复合材料与混凝土和砌体的基材正拉粘接强度为3.5MPa，并且为基材内聚破坏；
第六步、在对粘贴后的碳纤维表面进行防腐蚀涂装，使其能够抗硫化氢、盐雾等腐蚀；
第七步、对补强处进行质量检测，通过采用《SY/T5992-94输送钢管静水压爆破试验方法》进行爆破试验，采用加载方式加压至36.7MPa时，缺陷处在加压的过程中即出现明显撕裂。
对比例3
第一步：对压力容器110的缺陷处内表面前处理，基材表面应全面打磨，无任何附着物，粘贴部位有尖锐棱角的需要打磨成圆角，最小内径为20mm，沿着管道缺陷处轴向两个方向150mm范围内的管道表面原有的防腐层采用机械除锈全部清除，管道表面除锈应达到GB/T8923.1—2011《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定》所规定St2.5级及以上，同时测量出缺陷处的深度为6.8mm，缺陷轴向长度69mm，缺陷环向长度36mm，壁厚减薄程度39％，根据ASMEPCC-2-2011标准中计算需要的碳纤维复合材料补强层数为4层；
第二步、利用专用修补剂120(底层环氧树脂胶)对缺陷进行填平处理，专用修补剂和环氧底漆起到传递管壁压力的作用；
专用修补剂120为金属缺陷填充胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝5:1，按重量份数如下：
A组分：E51环氧树脂2900克，二丁酯208克，碳化硼932克，三氧化二铝4140克，钛白粉205.5克，玻璃纤维82.8克，白炭黑720克；
B组分：KH550硅烷偶联剂129.2克，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚193.2克，白炭黑239.3克；
第三步、待专用修补剂120固化后，在专用修补剂120外侧及管壁上滚涂抗阴极剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶60份，三氧化二铝30份，白炭黑10份组成；
B组分由105固化剂60份，KH550硅烷偶联剂10份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚15份，三氧化二铝15份组成；
其中，A组分和B组分中的三氧化二铝规格均为W10；
第四步、滚涂环氧树脂浸渍胶130到粘接面上，胶量必须充足饱满，滚涂厚度在0.2mm，环氧树脂浸渍胶130为层间剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分由E44环氧树脂40份，E51环氧树脂40份，二丁酯10份，钛白粉10份组成；
B组分由810水下固化剂为60份，KH550硅烷偶联剂为20份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚20份，白炭黑10份组成；
第五步、将碳纤维复合材料布140和环氧树脂浸渍胶130交互地铺层粘结在一起，在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成4层纤维复合材料补强层，使用橡胶辊或塑料刮板反复碾压碳纤维复合材料布140，使碳纤维复合材料布140平直、延展、无气泡，粘合剂充分渗透，进而确保碳纤维复合材料层与层之间、材料与管道外表面之间没有空鼓、气泡等存在；其中，使用的碳纤维复合材料规格为抗压强度为3422MPa，受拉弹性模量为2.41×105MPa，伸长率为1.7％，弯曲强度为837MPa，层间剪切强度为52MPa，碳纤维复合材料与混凝土和砌体的基材正拉粘接强度为3.5MPa，并且为基材内聚破坏；
第六步、在对粘贴后的碳纤维表面进行防腐蚀涂装，使其能够抗硫化氢、盐雾等腐蚀；
第七步、对补强处进行质量检测，通过采用《SY/T5992-94输送钢管静水压爆破试验方法》进行爆破试验，采用加载方式加压至36.7MPa时，缺陷处在加压的过程中即出现明显撕裂。
对比例4
第一步：对压力容器110的缺陷处内表面前处理，基材表面应全面打磨，无任何附着物，粘贴部位有尖锐棱角的需要打磨成圆角，最小内径为20mm，沿着管道缺陷处轴向两个方向150mm范围内的管道表面原有的防腐层采用机械除锈全部清除，管道表面除锈应达到GB/T8923.1—2011《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定》所规定St2.5级及以上，同时测量出缺陷处的深度为5.9mm，缺陷轴向长度72mm，缺陷环向长度23mm，壁厚减薄程度35％，根据ASMEPCC-2-2011标准中计算需要的碳纤维复合材料补强层数为4层；
第二步、利用专用修补剂120(底层环氧树脂胶)对缺陷进行填平处理，专用修补剂和环氧底漆起到传递管壁压力的作用；
专用修补剂120为金属缺陷填充胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分：E44环氧树脂2256克，二丁酯102克，镍粉612克，铁粉612克，三氧化二铝608克，不锈钢粉408克，钛白粉610克，白炭黑200克；
B组分：105缩胺固化剂65克，KH550硅烷偶联剂410克，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚613克，三氧化二铝60克，白炭黑1200克；
第三步、待专用修补剂120固化后，在专用修补剂120外侧及管壁上滚涂抗阴极剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶60份，三氧化二铝30份，白炭黑10份组成；
B组分由105固化剂60份，KH550硅烷偶联剂10份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚15份，三氧化二铝15份组成；
其中，A组分和B组分中的三氧化二铝规格均为W10；
第四步、滚涂环氧树脂浸渍胶130到粘接面上，胶量必须充足饱满，滚涂厚度在0.2mm，环氧树脂浸渍胶130为层间剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分由E44环氧树脂40份，E51环氧树脂40份，二丁酯10份，钛白粉10份组成；
B组分由810水下固化剂为60份，KH550硅烷偶联剂为20份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚20份，白炭黑10份组成；
第五步、将碳纤维复合材料布140和环氧树脂浸渍胶130交互地铺层粘结在一起，在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成4层纤维复合材料补强层，使用橡胶辊或塑料刮板反复碾压碳纤维复合材料布140，使碳纤维复合材料布140平直、延展、无气泡，粘合剂充分渗透，进而确保碳纤维复合材料层与层之间、材料与管道外表面之间没有空鼓、气泡等存在；其中，使用的碳纤维复合材料规格为抗压强度为3422MPa，受拉弹性模量为2.41×105MPa，伸长率为1.7％，弯曲强度为837MPa，层间剪切强度为52MPa，碳纤维复合材料与混凝土和砌体的基材正拉粘接强度为3.5MPa，并且为基材内聚破坏；
第六步、在对粘贴后的碳纤维表面进行防腐蚀涂装，使其能够抗硫化氢、盐雾等腐蚀；
第七步、对补强处进行质量检测，通过采用《SY/T5992-94输送钢管静水压爆破试验方法》进行爆破试验，采用加载方式加压至36.7MPa时，缺陷处在加压的过程中即出现明显撕裂。
通过实施例1～3及对比例1～4，可以看出，通过本发明提供的对石油管道的补强工艺在简化工艺步骤及简化组分的基础上能够很好的对缺陷处很好的补强作用，从而使操作得到简化，可操作性强，节约成本。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，包括：
步骤一、对管壁缺陷处的内表面进行前处理，将基材表面打磨至无任何附着物；
步骤二、利用修补剂对所述缺陷处进行填平处理；
步骤三、在填涂所述修补剂处及周围管体表面填涂环氧树脂胶；
步骤四、在所述填涂环氧树脂胶处缠绕碳纤维复合材料布。
2.如权利要求1所述的石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，在所述步骤一中，需将沿所述缺陷处轴向两侧方向150mm的长度范围内的防腐层全部清除，采用机械除锈或喷砂除锈。
3.如权利要求2所述的石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，所述步骤二中，将调配好的修补剂填充到管道表面的腐蚀缺陷中，并且填充满的修补剂在管道缺陷边沿处平滑过渡到管体表面，待所述修补剂固化后再进行所述步骤三的操作。
4.如权利要求1所述的石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，在进行所述步骤三之前，滚涂抗阴极剥离胶，其用于使所述碳纤维复合材料及管道分离。
5.如权利要求4所述的石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，所述步骤四中，使用辊或刮板反复碾压所述碳纤维复合材料布，将空隙中的气泡排出，并且在所述碳纤维复合材料布上再次滚涂环氧树脂胶。
6.如权利要求1-5中任一项所述的石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，所述步骤二中，所述修补剂为金属缺陷填充胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝2:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶30～50份，E44环氧树脂20～50份，E51环氧树脂20～30份，不锈钢粉10～25份，三氧化二铝10～25份，铁粉10～25份组成；
B组分由105固化剂30～50份，650聚氨酯20～40份，KH550硅烷偶联剂0～10份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚10～30份，三氧化二铝30～50份，气相二氧化硅10～30份组成；
其中，所述A组分中铁粉规格为200目，所述B组分中三氧化二铝规格为W10。
7.如权利要求4所述的石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，所述抗阴极剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝4:1，按重量份数如下：
A组分由微凝胶60～80份，三氧化二铝30～50份，钛白粉0～10份，白炭黑10～25份组成；
B组分由105固化剂60～80份，KH550硅烷偶联剂10～15份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚15～25份，三氧化二铝15～30份组成；
其中，所述三氧化二铝规格均为W10。
8.如权利要求7所述的石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，所述步骤三中，所述环氧树脂胶为层间剥离胶，其由A、B两种组分组成，两种组分的重量比为A:B＝3:1，按重量份数如下：
A组分由E44环氧树脂40～60份，E51环氧树脂40～60份，二丁酯10～25份，钛白粉10～25份组成；
B组分由810水下固化剂为60～80份，KH550硅烷偶联剂为20～30份，2,4,6-三(二甲胺基甲基)-苯酚20～35份，白炭黑10～25份组成。
9.如权利要求7或8所述的石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，所述环氧树脂胶使用温度范围为-60～150℃。
10.如权利要求9所述的石油化工装置腐蚀与防护碳纤维补强工艺，其特征在于，所述碳纤维复合材料的抗压强度为3400MPa以上，受拉弹性模量为2.3×105MPa以上，伸长率为1.6％以上，弯曲强度为700MPa以上，层间剪切强度为45MPa以上，所述碳纤维复合材料与基材正拉粘接强度为2.5MPa以上，并且为所述基材内聚破坏。
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