CN105715909A - 一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈，其特征在于：该管道增强圈由两种材料层构成，一种为聚氨酯胶粘剂层，另一种为纳米镍铁合金箔层。两种材料层交替分布，纳米镍铁合金箔层总厚度应达到6-10毫米。亦可继续增加纳米镍铁合金箔层总厚度，以满足所需强度要求。对管道表面进行喷砂处理，将聚氨酯胶粘剂均匀涂抹于处理过的管道表面，并将纳米镍铁合金箔螺旋缠绕于聚氨酯胶粘剂层上。加热固化聚氨酯胶粘剂，实现纳米镍铁合金箔的粘结。重复上述操作，使多层纳米镍铁合金箔粘结于管道上。此发明可提高管道强度，增强管道承受外载荷的能力，防止管道发生强度破坏或过大弯曲变形，并在一定程度上减缓管道的腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道增强圈，具体是一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈。
背景技术
石油与天然气作为重要的化石燃料，对国民经济发展及国家能源安全具有重要意义，其在我国能源消费结构中占了非常大的比例。伴随着国家工业的快速发展，石油天然气资源的需求量与日俱增，开发我国现有油气藏、从国外进口石油天然气的必要性不言而喻。管道运输具有运输量大、占地少、安全可靠、易于实现自动化管理、连续性强等特点，是石油天然气运输方式的理想选择。然而在管道路由选择及建设过程中，常无法避免穿越活动断层区。断层是由于地壳运动中强大的压力和拉力超过了岩层本身强度，对岩石产生了破坏作用，使岩层或岩体顺破裂面发生明显位移产生的构造。活动断层是指自晚第四纪以来有活动的断层，特点是现今仍在活动或近代地质时期曾有过活动、将来还可能重新活动。
管道穿越活动断层区，会对管道安全产生不利影响：地壳运动使岩层及土壤发生错动，对管道施加外力作用，增加管道所受外载荷，管道可能因受到过大土壤作用力而丧失其原有稳定状态，部分区域产生应力集中或发生过大弯曲变形，诱发泄漏等严重事故。为了减小管道所受来自土壤的作用力，避免过大载荷施加于管道，增强管道抵抗强度破坏和弯曲变形的能力，使管道能够安全穿越活动断层区，本发明提出一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈。
增强圈作用的原理为：增强圈安装于管道上，与管道结合为一个整体，二者共同受力，通过载荷的传递作用，部分载荷由增强圈承受，减小管道所受载荷，避免管道发生强度破坏或过大弯曲变形。
纳米镍铁合金具有优异的力学性能：纳米镍铁合金强度高，为钢的1.8-2倍；硬度大，约为钢的2倍；弹性模量与钢相近，与钢具有较好的协同性。此外，纳米镍铁合金还具有良好的抗腐蚀性能。鉴于纳米镍铁合金优异的力学性能及良好的抗腐蚀性，选择纳米镍铁合金箔作为管道增强圈的主要材料。
发明内容
针对穿越断层区管道可能承受过大外载荷、发生强度破坏及弯曲变形的问题，本发明的目的是提供一种强度高、韧性好、硬度大、与管道协同受力、可使管道安全穿越活动断层区的管道增强圈。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈由两种材料层构成，一种材料层为聚氨酯胶粘剂层，起到粘结纳米镍铁合金箔的作用；另一种材料层为纳米镍铁合金箔层，起到加固、增强管道的作用，为该管道增强圈的主要部分。两种材料层交替分布，纳米镍铁合金箔层总厚度应达到6-10毫米。亦可继续增加纳米镍铁合金箔层总厚度，以满足所需强度要求。
由于管道本身具有防腐层，为除去管道表面的毛刺、机械杂质等，并使管道表面具有一定粗糙度，提高聚氨酯胶粘剂的粘结效果，对管道表面进行喷砂处理。将聚氨酯胶粘剂均匀螺旋涂抹于处理过的管道表面，并将纳米镍铁合金箔螺旋缠绕于聚氨酯胶粘剂层上。加热固化聚氨酯胶粘剂，实现纳米镍铁合金箔的粘结。重复上述操作，使多层纳米镍铁合金箔粘结于管道上。本发明所使用的纳米镍铁合金箔具有强度高、韧性好、质量轻、与管道协同效果好的特点，综合聚氨酯胶粘剂抗剪强度高、抗冲击性能好、柔韧性高的特点，摒弃传统管道加固件需要焊接连接、容易产生应力集中的弊端，制作出一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈，为本发明最核心的部分。
本发明综合了纳米镍铁合金箔及聚氨酯胶粘剂的优势，具有以下特点：
1.强度高，硬度大。纳米镍铁合金具有优良的力学性能，强度为钢的1.8-2倍，硬度约为钢的2倍，纳米镍铁合金箔缠绕、固定在管道上后与管道结合为一个整体，有效分担管道所受载荷，减小冲击对管道表面的损伤，提高管道强度。
2.协同性能好。纳米镍铁合金箔与钢材的协同性能优异，其弹性模量与钢材相近，载荷传递能力强，承受外载荷时二者形变量差异小，避免纳米镍铁合金箔从管道表面剥离。
3.粘结可靠、牢固。聚氨酯胶粘剂具有抗剪强度高、抗冲击性能好、柔韧性高的特点，能有效提高纳米镍铁合金箔粘结的牢固程度。
4.制造工艺简单，施工方便。一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈只使用纳米镍铁合金箔及聚氨酯粘接剂，制造工艺简单，施工方便。
5.具有良好的抗腐蚀性能。纳米镍铁合金箔成分中含镍，抗腐蚀性良好，可有效减缓管道腐蚀。
附图说明
图1是本发明用在穿越活动断层区管道的正视投影示意图。
图2是图1中所示的A-A截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示：1为穿越活动断层区管道的管壁，1的表面为管道防腐层，2为聚氨酯胶粘剂层，3为第一层纳米镍铁合金箔，4为聚氨酯胶粘剂层，5为第二层纳米镍铁合金箔。
本发明的制作安装方法包括以下步骤：
(1)管道表面处理
使用喷砂法对管道表面进行处理，除去管道表面的毛刺、机械杂质等，并使管道表面具有一定粗糙度，以提高聚氨酯胶粘剂的粘结效果。
(2)涂抹聚氨酯胶粘剂，缠绕第一层纳米镍铁合金箔
将调配好的双组份溶剂型聚氨酯胶粘剂均匀螺旋涂抹在处理过的管道表面，胶粘剂层厚度为0.3-0.5毫米，沿管道轴向长度为30-100米。从涂抹完第一圈聚氨酯胶粘剂算起，5-10分钟后将第一层纳米镍铁合金箔螺旋缠绕于聚氨酯胶粘剂层表面，覆盖区域沿管道轴向长度亦为30-100米。涂抹聚氨酯胶粘剂与缠绕第一层纳米镍铁合金箔同时进行，直到二者分别达到其要求长度。
(3)加热固化
对聚氨酯胶粘剂进行加热使其固化，完成第一层纳米镍铁合金箔的粘结。
(4)涂抹聚氨酯胶粘剂，缠绕第二层纳米镍铁合金箔
将调配好的双组份溶剂型聚氨酯胶粘剂均匀螺旋涂抹在第一层纳米镍铁合金箔表面，胶粘剂层厚度为0.3-0.5毫米，沿管道轴向长度为30-100米。从涂抹完第一圈聚氨酯胶粘剂算起，5-10分钟后将第二层纳米镍铁合金箔螺旋缠绕于聚氨酯胶粘剂层表面，覆盖区域沿管道轴向长度亦为30-100米。涂抹聚氨酯胶粘剂与缠绕第二层纳米镍铁合金箔同时进行，直到二者分别达到其要求长度。
(5)加热固化
对聚氨酯胶粘剂进行加热使其固化，完成第二层纳米镍铁合金箔的粘结。
(6)继续缠绕纳米镍铁合金箔并粘结
重复(2)、(3)或(4)、(5)操作，将更多层纳米镍铁合金箔(为保持简洁，附图中未画出)缠绕、粘结于管道上，使纳米镍铁合金箔层总厚度达到6-10毫米。
需要指出的是，本实施例中纳米镍铁合金箔层总厚度为6-10毫米，仅起到说明具体实施方式的作用，并不对本发明的保护范围产生约束，为达到强度要求增加纳米镍铁合金箔层总厚度所产生的结构均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈，其特征在于：一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈由两种材料层构成，一种材料层为聚氨酯胶粘剂层，起到粘结纳米镍铁合金箔的作用；另一种材料层为纳米镍铁合金箔层，起到加固、增强管道的作用，为该管道增强圈的主要部分。
2.如权利要求1所述的一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈，其特征在于：权利要求1中所述的两种材料层交替分布，纳米镍铁合金箔层总厚度应达到6-10毫米。亦可继续增加纳米镍铁合金箔层总厚度，以满足所需强度要求。
3.如权利要求1所述的一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈，其特征在于：为除去管道表面的毛刺、机械杂质等，并使管道表面具有一定粗糙度，提高聚氨酯胶粘剂的粘结效果，对管道表面进行喷砂处理。
4.如权利要求1所述的一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈，其特征在于：将聚氨酯胶粘剂均匀螺旋涂抹于处理过的管道表面，并将纳米镍铁合金箔螺旋缠绕于聚氨酯胶粘剂层上。
5.如权利要求1所述的一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈，其特征在于：加热固化聚氨酯胶粘剂，实现纳米镍铁合金箔的粘结。
6.如权利要求1所述的一种基于纳米镍铁合金箔的穿越活动断层区管道增强圈，其特征在于：重复权利要求4、5中所述的操作，使多层纳米镍铁合金箔粘结于管道上。
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