CN110542000A - 一种在役管道预浸料修补施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用于油气输送管道修复补强领域的一种在役管道预浸料修补施工方法，该方法包括如下步骤：施工前准备；管道表面清理；缺陷填平操作；涂刷抗阴极剥离底漆；缠绕修复补强用纤维增强预浸料；加热加压固化操作；补强层边界及端部封口处理；防腐处理。该施工方法中预浸料的应用，减少了施工现场的配胶、手工涂刷浸渍纤维布等操作步骤，保障了修复材料质量。同时该方法利用缠绕设备对纤维增强预浸料进行缠绕操作，确保了修复效率和质量，避免人工缠绕时预紧力不足导致的缠绕松动、纤维布褶皱不平、偏斜等现象的发生，且合适的预紧力有助于修复材料层与层之间的粘结、排除缠绕时裹挟的气泡，提高了施工质量。

Description

一种在役管道预浸料修补施工方法

技术领域

本发明涉及一种油气输送管道修复补强领域应用的一种在役管道预浸料修补施工方法。

背景技术

埋地油气输送管道通常会因腐蚀、自然灾难和人为破坏等原因产生许多管体缺陷，随着服役时间的延长，这些缺陷还会不断发展将造成管道泄漏、爆裂等事故的发生，从而给在役管道的安全运行造成威胁，并严重影响其输送作业能力。近年来，复合材料修复补强技术发展迅速，已广泛应用于缺陷管道维护和大修中。该修补技术通过将复合材料套筒缠绕包裹在管道损伤部位与缺陷管道形成一体，从而共同承担原管道由内压引起的环向拉力和轴向应力，从而降低损伤管壁所承担的压力，达到修复补强的目的。与传统方法相比，复合材料修补技术在安全性、经济性和效率上具有更大的优势，已成为油气管道修补技术的较优选择。目前，复合材料修复补强技术产品主要由三部分组成：纤维增强复合材料套件、抗阴极剥离底漆和缺陷填平腻子，修复补强施工工艺主要有预成型法和湿缠绕法两种。两种施工方法区别在于预成型法需要在工厂制备成复合材料套件并在施工现场采用层间胶粘剂进行粘合与钢管形成一体；湿缠绕法需在施工现场配制浸渍用胶粘剂并涂刷在柔性纤维布上然后包裹在钢管表面固化成型。

采用预成型法和湿缠绕法对缺陷管道进行现场施工修复存在以下几个方面的问题：

(1)双组份胶粘剂配制问题。因受到现场施工人员技术熟练程度和责任心等因素的影响，在实际配胶操作中存在将双组分配比比例配制失误、胶粘剂不能充分搅拌均匀等问题，造成固化后的纤维复合材料力学性能下降，不能有效发挥修复补强的目的。

(2)漏涂或涂刷胶粘剂不均的问题。在缠绕预成型复材(干法施工)或纤维布(湿法施工)过程中，由于人为操作和现场施工环境的影响，往往出现漏涂和涂刷胶粘剂不均等问题，造成复材之间不能有效粘结或纤维布不能充分浸渍，导致修复层的有效性和持久性都不可预知。

(3)修复补强材料包裹缠绕的问题。现场人为缠绕复合材料卷材(预成型法)或柔性纤维布(湿缠绕法)时，层与层之间预紧力不足、缠绕松散，纤维布出现跑偏、褶皱等现象。实际修复完成后出现分层、空鼓等缺陷，复合材料不能充分发挥补强修复的目的，并且为腐蚀性介质留下进入通道加速修复层老化、失效。

(4)纤维增强复合材料固化成型问题。目前预成型法和湿缠绕法多采用在常温条件下进行固化成型，由于现场施工质量和寒冷、潮湿等恶劣环境的影响，修复层强度均一性差，修复效果不能保证。

由于纤维增强复合材料修复补强作业施工质量的影响，修复层的各项力学性能值都是不确定的变量，修复补强效果的有效性和持久性都是不可预知的。此外，在实际运用中，由于复合材料与管道膨胀系数和机械性能等方面的差异，在受到管道周期性内应力变化、外部环境变化影响时，修复层与管体发生脱粘、分层等破坏性现象，不能有效恢复缺陷管道承压能力并达到预期的修复补强寿命要求，这种问题的出现将会给管道经营公司对管道的安全运行和完整性管理带来新的难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种有效提高修复工程质量的一种在役管道预浸料修补施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种在役管道预浸料修补施工方法，包括如下步骤：

(1)施工前准备：准备相关工具材料，并根据管道缺陷尺寸和修复材料性能进行修复补强层数和修复补强区域的确认，在施工前对修复补强区域进行相应的放线定位操作；

(2)管道表面清理：将修复补强区域进行表面除锈操作，应确保修复补强区域表面无油脂、污垢、氧化皮等附着物，所述修复补强区域表面温度应高于露点3℃；

(3)缺陷填平操作：利用专用缺陷填平腻子对修复补强区域处管道表面的体积型缺陷部位进行修补填平操作，至缺陷部位表面平整；

(4)涂刷抗阴极剥离底漆：将抗阴极剥离底漆均匀刷涂至修复补强区域表面，刷涂厚度达0.3mm以上；

(5)缠绕修复补强用纤维增强预浸料：确认步骤(4)刷涂的抗阴极剥离底漆表干后，对抗阴极剥离底漆表面进行水分和尘土等污物清理，然后利用缠绕设备按照步骤(1)计算得出的铺设数据进行纤维增强预浸料的铺设操作；

(6)加热加压固化操作：将缠绕设备进行拆除，利用真空辅助固化装置对纤维增强预浸料进行紧固加压操作，然后利用加热装置对纤维增强预浸料进行加热固化操作；

(7)补强层边界及端部封口处理：将加热装置和真空辅助固化装置进行拆除操作，所述专用填平腻子、抗阴极剥离底漆和纤维增强预浸料形成修复补强层，然后将补强层端部、补强区域边缘与管道表面的搭接处采用抗阴极剥离底漆利用抹刀等工具涂抹成斜坡结构；

(8)防腐处理：待步骤(7)中抗阴极剥离底漆表干后，使用冷缠带、聚乙烯热收缩带等外防腐材料对修复补强区域进行缠绕包裹，至此施工操作完成。

该施工方法首先进行施工前的工具以及预修复的计算限定操作，然后将管道表面清理至预定要求，以保证后续管体与施工材料的粘结稳定性。进而通过专用缺陷填平腻子、抗阴极剥离底漆和纤维增强预浸料在施工区域进行修补操作，然后利用真空辅助加热装置对其进行加热加压固化，并进行补强层端口封口处理和外部防腐处理，至此完成所有施工。该施工方法利用缠绕设备对纤维增强预浸料进行缠绕操作，确保了修复效率和修复质量，避免人工缠绕时预紧力不足导致的缠绕松动、纤维布褶皱不平、偏斜等现象的发生，并且合适的预紧力有助于修复材料层与层之间的粘结、排除缠绕时裹挟的气泡，提高了管道修复质量。

进一步的是，所述步骤(2)中的管道表面清理操作采用喷砂除锈使管体表面达到Sa2.5级标准或采用手工打磨除锈管体表面使其达到St3级标准。

进一步的是，所述步骤(3)中的专用缺陷填平腻子由组分A和组分B组成，所述专用缺陷填平腻子按质量份数包括：组分A为3～5份，所述组分B为1.5～2.5份；

所述组分A按质量百分比包括：双酚A环氧树脂25～45％，酚醛环氧树脂15～25％，煅烧法氧化铝粗粉3～10％，气相法二氧化硅20～40％；

所述组分B按质量百分比包括：改性酚醛胺固化剂20～35％，改性聚酰胺固化剂5～10％，石英粗粉55～65％，硅烷偶联剂5～10％；

所述煅烧法氧化铝粗粉的粒径为200～1250目；所述石英粗粉的粒径为200～800目。

进一步的是，所述步骤(4)中的抗阴极剥离底漆由组分a和组分b组成，所述抗阴极剥离底漆按质量份数包括：组分a为3～5份，所述组分b为1份；

所述组分a按质量百分比包括：双酚A环氧树脂35～55％，酚醛环氧树脂15～25％，绢云母10～30％，氧化铝15～25％，聚硅氧烷类消泡剂0.2～0.5％；

所述组分b按质量百分比包括：改性芳胺固化剂60～85％，咪唑改性胺固化剂10～35％硅烷偶联剂5～15％；

所述绢云母的粒径为800～1250目，所述氧化铝的粒径为800～1250目。

进一步的是，所述步骤(3)和步骤(4)中填平腻子和抗阴极剥离底漆表干完成后设置有修复不平整面操作，所述修复不平整面操作是利用工具、填平腻子和抗阴极剥离底漆等对表干后存在的凹陷、凸起或其它缺陷处进行修补，修补至表面平整。

进一步的是，所述步骤(5)中的纤维增强预浸料包括增强纤维，所述增强纤维为聚酰亚胺纤维、碳纤维、玻璃纤维或凯夫拉纤维。

进一步的是，所述步骤(5)中所述的缠绕设备包括转向移动装置、预浸料放卷装置、压紧装置和隔离膜收卷装置，所述转向移动装置用于实现缠绕设备的环向转动和轴向移动操作，所述预浸料放卷装置用于纤维增强预浸料的放置，所述压紧装置用于对纤维增强预浸料与管道表面接触位置的压紧操作，所述隔离膜收卷装置用于对纤维增强预浸料的隔离膜的收纳操作。

进一步的是，所述转向移动装置包括圆环支架、若干环向移动轮和横向移动轮，所述圆环支架套设于管道上，所述环向移动轮和横向移动轮沿周向设置于圆环支架朝向管道的端部，所述环向移动轮实现圆环支架与管道的同轴相对旋转操作，所述横向移动轮实现圆环支架沿轴线方向的往复运动，所述环向移动轮和横向移动轮不同时与管道接触，所述预浸料放卷装置、压紧装置和隔离膜收卷装置连接于圆环支架上并随圆环支架进行运动，所述预浸料放卷装置、压紧装置和隔离膜收卷装置随圆环支架的环向运动实现同步工作进程。

进一步的是，所述圆环支架包括分别卡设于管道的待修复位两端的两组圆形卡件，所述圆形卡件由两个相对设置的半圆形钢管组成，所述半圆形钢管一端进行铰接，另一端设置有对应的锁扣结构，所述半圆形钢管对接卡设在管道上形成固定、支撑用圆环支架，所述环向移动轮和横向移动轮分别设置于每组圆形卡件的两侧。

进一步的是，所述步骤(6)的加热加压固化操作包括如下步骤：

(A)将步骤(5)中应用完毕的缠绕设备进行拆除操作；

(B)真空辅助固化装置安装操作：依次在修补层外包裹缠绕透气隔离布、定型膜、透气毡和真空袋，所述真空袋周边采用密封胶条粘结于管体表面，并在内部安装真空嘴，

(C)气密性检测操作：真空嘴连接真空泵并进行抽真空操作，气密性检测满足要求后，停止抽真空操作；

(D)加热加压固化操作：将与管道表面结构适配的电磁加热器卡套包裹在真空袋外，接通电源将预浸料加热至50-80℃，打开真空泵抽真空30min后关闭，然后将预浸料升温至80-120℃，保温1-3h，至修复补强材料完全固化，加热固化操作完成。

本发明的有益效果是：

1、该操作步骤采用预浸渍法对管道进行修复补强，预浸渍法作为湿缠绕法的一种产品，其与湿缠绕法的区别在于在工厂采用自动化设备将树脂体系对连续纤维进行浸渍，确保了树脂与纤维的比例以及树脂层厚度的均一性，并且树脂对纤维浸润性好，修复材料质量稳定好，从而保证充分发挥材料性能，为修补的质量提供了保障，减少了施工现场配胶、涂刷等操作步骤，减少了人为因素对修复材料质量的影响。此外，预浸渍法采用的未固化纤维增强预浸料体系即预浸料中树脂体系对纤维起到相应的保护作用，避免在运输、使用过程中纤维布出现扭曲、折弯等现象，这将大大降低纤维布强度，影响修复补强性能；

2、该施工步骤采用机械化设备包裹缠绕预浸料，确保了修复效率和修复质量，避免人工缠绕时预紧力不足导致的缠绕松动、纤维布褶皱不平、偏斜等现象的发生，并且合适的预紧力有助于修复材料层与层之间的粘结、排除缠绕时裹挟的气泡，保证了修复材料性能的发挥；

3、环向移动轮和横向移动轮的配合设置方法，有效提高了设备的工作灵活性，提升了设备移动效率，避免了设备的重复拆卸安装操作的进行，提高了工作效率，同时各结构之间的同步工作设置方法，保证了工作质量，提高了操作效率；

4、加热加压方式对修复体系的固化操作，有助于将多余树脂挤出、排除层间气泡以及空洞，增大补强材料的致密性，保证了修复层强度的一致性，并且提高补强材料与管体之间的粘结力，从而避免修复材料与管体脱粘、分层和开裂等缺陷的产生，保证了修复补强质量，同时采用电磁加热提升了升温速度，加热区域温度均匀性好，保证了修复效率以及修复质量。

附图说明

图1为本发明的一种在役管道预浸料修补施工方法的修复后管道截面示意图；

图2为图1的径向剖面图；

图3为本发明的一种在役管道预浸料修补施工方法的缠绕设备与修复管道的连接结构示意图；

图4为本发明的一种在役管道预浸料修补施工方法的加热加压固化操作中结构连接示意图；

图5为图4中A区域的结构放大示意图；

图中标记为：管道1，专用缺陷填平腻子2，抗阴极剥离底漆3，纤维增强预浸料4，隔离膜收卷装置5，转向移动装置51，预浸料放卷装置6，压紧装置7，透气隔离布8，定型膜9，透气毡10，真空袋11，密封胶条12，电磁加热卡套13，电磁加热控制箱14，真空泵15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

该技术方案采用预浸料对管道进行修复补强，操作步骤如下：

1、施工前准备：

(1)准备相关工具材料：纤维增强预浸料4、专用缺陷填平腻子2、抗阴极剥离底漆3、缠绕设备和真空辅助固化装置和加热装置等。

上述专用缺陷填平腻子2、抗阴极剥离底漆3和纤维增强预浸料4可进行市场购买。同时专用缺陷填平腻子2也可根据下述配比进行生产：专用缺陷填平腻子2由组分A和组分B组成，专用缺陷填平腻子2按质量份数包括：组分A为3～5份，所述组分B为1.5～2.5份；组分A按质量百分比包括：双酚A环氧树脂25～45％，酚醛环氧树脂15～25％，煅烧法氧化铝粗粉3～10％，气相法二氧化硅20～40％；组分B按质量百分比包括：改性酚醛胺固化剂20～35％，改性聚酰胺固化剂5～10％，石英粗粉55～65％，硅烷偶联剂5～10％。同时为保证生产产品质量，上述煅烧法氧化铝粗粉的粒径为200～1250目，石英粗粉的粒径为200～800目，进而利用具有高强压缩强度的缺陷填平腻子2填补管道缺陷，有效传递管道承受载荷，保证修补质量。

而对应的抗阴极剥离底漆3按照下述配比进行生产：按质量份数包括组分a为3～5份，组分b为1份；组分a按质量百分比包括：双酚A环氧树脂35～55％，酚醛环氧树脂15～25％，绢云母10～30％，氧化铝15～25％，聚硅氧烷类消泡剂0.2～0.5％；组分b按质量百分比包括：改性芳胺固化剂60～85％，咪唑改性胺固化剂10～35％，硅烷偶联剂5～15％。同时可将上述绢云母的粒径选为为800～1250目，氧化铝的粒径选为800～1250目，进而保证修复材料与管道1达到最佳粘结，杜绝电偶腐蚀。

此外，上述纤维增强预浸料4可选聚酰亚胺纤维、碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维或其他满足强度要求的高性能纤维，进而提升产品性能，保证修复质量。

(2)根据管道1的缺陷尺寸和修复材料性能计算需要修复补强层数和确定修复补强区域，；

(3)在施工前在需修复补强的部位放线、定位，为后续缺陷填充、底漆涂刷及修复材料缠绕做好标志，补强区域宜采用醒目的颜色进行标示如红色、黄色等。

2、管道1表面清理：管体1的表面清理工序是补强修复是否达标的关键步骤，为保证修复材料与管道1达到最佳的粘结效果，管道1被修复区域表面应确保无油脂、污垢、氧化皮等附着物，推荐采用喷砂除锈使管体表面达到Sa2.5级标准，若使用手工打磨除锈，则需要管体表面达到St3级标准。同时，修复施工前管道1的表面温度应高于露点3℃以上。

3、缺陷填平操作：采用上述专用缺陷填平腻子2对修复补强区域处管道1表面的体积型缺陷部位进行修补填平操作，例如管道1表面的蜂窝、麻面、小孔等凹陷部位，修补至缺陷部位表面平整，使之达到如图2所示的与管道表面的齐平效果。

4、涂刷抗阴极剥离底漆3：将上述抗阴极剥离底漆3均匀刷涂至修复补强区域表面，刷涂厚度达0.3mm以上，从而保证修复材料与管道1达到最佳粘结，提高修复系统的抗阴极剥离性能，并杜绝碳纤维电偶腐蚀的发生。

5、修复不平整面：分别对步骤3和步骤4修复完成的管道1表面进行检查，然后对存在的流挂、凹陷、凸起等缺陷部位进行分别利用工具、缺陷填平腻子2、抗阴极剥离底漆3修补操作，至管道1的表面平整度满足需求。

6、缠绕修复补强用纤维增强预浸料4：

首先确认步骤4刷涂的抗阴极剥离底漆3表干完成后，对抗阴极剥离底漆3表面进行水分和尘土等污物清理，确认表面没有水分和尘土等污物附着，然后利用缠绕设备对已经标记好的管道缺陷部位按照步骤1计算得出的需要缠绕的修复层数和修复宽度进行纤维增强预浸料4的铺设操作。

上述铺设设备包括如图3所示，包括转向移动装置51、预浸料放卷装置6、压紧装置7和隔离膜收卷装置5。上述转向移动装置51由圆环支架、环向移动轮和横向移动轮组成。所述圆环支架包括分别卡设于管道1的待修复位两端的两组圆形卡件，该圆形卡件由两个相对设置的半圆形钢管组成，且该半圆形钢管的两端可通过锁扣结构进行连接，继而稳定套设于管道1上。此时半圆形钢管可设置为一端铰接，另一端锁扣连接。而对应环向移动轮周向设置于半圆形钢管朝向管道1的端部，此时圆环支架通过环向移动轮实现与管道1的接触，环向移动轮的轴线方向与管道1的轴线方向平行，则对应的移动轮可带动圆环支架实现与管道的同轴相对旋转操作。同时该转向移动装置51上还可以设置有对应的横向移动轮，则横向移动轮的设置方法与上述移动轮的方法相同，但是其轴线方向与管道1的轴线方向垂直，则可实现转向移动装置51沿平行于管道1的移动，但是该操作过程中应保证环向移动轮与横向移动轮不同时与管道1的表面相接触。上述预浸料放卷装置6、压紧装置7和隔离膜收卷装置5均安装于转向移动装置51上，并可随之进行转动。

上述预浸料放卷装置6用于纤维增强预浸料卷材的放置，压紧装置7用于对纤维增强预浸料4与管道1表面接触位置的压紧操作，隔离膜收卷装置5用于对纤维增强预浸料4的隔离膜的收纳操作。由于复合材料在生产过程中通常在预浸料的两侧分别进行上下两层隔离膜的贴设，因此工作人员需在预浸料放卷装置6的前端和后端分别进行隔离膜收卷装置5的安装，该上述内容中的“前端”和“后端”根据工作方向进行区分限定。根据旋转工作方向，工作人员将压紧装置7安装于预浸料放卷装置6和位于后端的隔离膜收卷装置5之间。当进行工作时，压紧装置7下压将纤维增强预浸料4压至与管道1贴合位置，并根据其需求进行压力的调整。如图3所示，位于沿工作旋转方向的预浸料放卷装置6前端的隔离膜收卷装置5对纤维增强预浸料4与管道1接触的下表面的隔离膜进行收卷操作，此时已去除下方隔离层的纤维增强预浸料4的下表面暴露在空气中，进而随转动操作并在压紧装置7的下压操作用下与管道1的表面相接触连接。位于压紧装置7的另一侧的隔离膜收卷装置5对位于纤维增强预浸料4上表面的隔离膜进行收卷操作。且该上表面的隔离膜的收卷操作在压紧装置7操作完成后进行，避免了压紧装置7与纤维增强预浸料4的直接接触，保证了压紧装置7的结构整洁性，同时避免了对纤维增强预浸料4的沾离，保证了修复效果。且上述机械化施工方式，避免纤维增强预浸料4在缠绕时出现褶皱、跑偏，并节省人力提高了施工效率。此外缠绕设备提供合适的预紧力并带有压紧装置边缠绕边赶压，能有效排除气泡和空鼓，增强预浸料层与层之间的粘结。由于压紧装置7固定于圆环支架，则两者的相对位置不变，且可随之转动施加持续朝向管道的压紧力。同时压紧装置7朝向管道1的压紧作用处可设置与管道1的轴线相平行的橡胶滚轮，则此时管道1与压紧装置7之间的作用力为滚动摩擦力，保证了运行流畅度，避免了切线方向作用力对运行操作的阻挡。预浸料放卷装置6的放卷操作可直接通过压紧装置7给予预浸料的限位作用实现对应的牵引力，进而促进预浸料放卷装置6的放卷操作。此时预浸料放卷装置6处对预浸料卷材的作用力应适当加大，则所需牵引作用力也实现了增大，从而保证预浸料铺设过程中张力的保持，为铺设质量提供了保障。而上述隔离膜收卷装置5可利用传动结构实现通过圆环支架的转动对其进行旋转收卷操作，例如收卷装置的驱动操作通过皮带滚轮实现，而主动轮与管道表面相接触，继而利用其表面摩擦力实现对主动轮的驱动，而对应的隔离膜收纳卷材连接于从动轮上。当从动轮在皮带作用下随主动轮进行转动时，进而实现隔离膜收纳卷材随圆环支架的转动而转动。由上可知，此时预浸料放卷装置6、压紧装置7和隔离膜收卷装置5随圆环支架的环向运动实现同步工作进程，以实现工作进度一致性。且工作人员可根据技术常识通过结构设置实现上述工作过程中的放卷张力、压紧作用力和收卷张力的调整，从而保证铺设设备的运行铺设质量，易于后续操作效果的发挥。

7、加热固化操作：包括如下步骤：

(A)将步骤6中应用完毕的缠绕设备进行拆除操作；

(B)真空辅助固化装置安装操作：修补层外如图5所示依次包裹缠绕透气隔离布8、定型膜9、透气毡10和真空袋11，所述真空袋11周边采用密封胶条12粘结于管体表面，并在内部安装真空嘴，上述透气隔离布8的作用防止纤维增强预浸料4与外层材料粘结，定型膜9起到对纤维增强预浸料4的固定和均匀加压的作用，透气毡10为抽真空提供均匀畅通的气路，同时上述真空袋11可将加压区域密封，进而使袋内与外部实现压力差对纤维增强预浸料4施加压力；

(C)气密性检测操作：如图4所示，真空嘴连接真空泵15并进行抽真空操作，气密性检测满足要求后，停止抽真空操作；

(D)加热加压固化操作：将与管道1表面结构适配的电磁加热器卡套包裹在真空袋11外，接通电源将预浸料加热至50-80℃，打开真空泵15抽真空30min后关闭，然后将预浸料升温至80-120℃，保温1-3h，至修复补强材料完全固化，加热加压固化操作完成。

该操作步骤在紧固条件下固化，可有效排出缠绕和固化时产生的气泡，增强与管道1的粘结，并有效防止脱粘、分层、空鼓、开裂和鼓泡等现象发生。同时电磁加热卡套可实现几分钟内快速升温，提升了工作效率。待上述加热加压操作结束后，管道1的表面形成如图1所示的结构层。

8、补强层边界及端部封口处理：待修复补强材料固化完成后，依次拆除电磁加热设备和真空辅助固化装置如密封胶、真空袋、透气毡、定型膜、透气隔离布等。然后，在补强层端部和与管体搭接处采用抗阴极剥离底漆3用抹刀抹成斜坡，以防止日后外界腐蚀性介质以边界和端头为通道进入修复层。

9、防腐处理：待步骤8中抗阴极剥离底漆3表干完成后，使用冷缠带、聚乙烯热收缩带等外防腐材料对补强层进行缠绕包裹，至此修复操作完成。

为了验证本发明所述采用预浸料对管道修复补强施工方法的实用效果，进行了采用本发明内容所述操作步骤对试验管道进行补强修复试验，并对比研究了不采用机械缠绕和不加压修复补强后修复材料的力学性能。其对比结果如下表1所示。

表1

根据表1内容可知，本发明中的施工方法与手工缠绕加热固化操作相对比在降低纤维复合材料补强层厚度的同时，实现了拉伸强度、拉伸模量、抗弯强度、层间剪切强度以及剥离强度的大幅度提升，保证了管道修复质量。同时机械化设备修复补强无论在质量和速度上都优于人工修复，能够确保修复效率和修复质量，避免人工缠绕时预紧力不足导致的缠绕松动，纤维布褶皱不平、偏斜等现象的发生，并且合适的预紧力有助于修复材料层与层之间的粘结、排除缠绕时裹挟的气泡，保证了修复材料性能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)施工前准备：准备相关工具材料，并根据管道(1)的缺陷尺寸和修复材料性能进行修复补强层数和修复补强区域的确认，在施工前对修复补强区域进行相应的放线定位操作；

(2)管道(1)表面清理：将修复补强区域进行表面除锈操作，应确保修复补强区域表面无油脂、污垢、氧化皮等附着物，所述修复补强区域表面温度高于露点3℃；

(3)缺陷填平操作：利用专用缺陷填平腻子(2)对修复补强区域处管道(1)表面的体积型缺陷部位进行修补填平操作，至缺陷部位表面平整；

(4)涂刷抗阴极剥离底漆(3)：将抗阴极剥离底漆(3)均匀刷涂至修复补强区域表面，刷涂厚度达0.3mm以上；

(5)缠绕修复补强用纤维增强预浸料(4)：确认步骤(4)刷涂的抗阴极剥离底漆(3)表干后，对抗阴极剥离底漆(3)表面进行水分和尘土等污物清理，然后利用缠绕设备按照步骤(1)计算得出的铺设数据进行纤维增强预浸料(4)的铺设操作；

(6)加热加压固化操作：将缠绕设备进行拆除，利用真空辅助固化装置对纤维增强预浸料(4)进行加压紧固操作，然后利用加热装置对纤维增强预浸料(4)进行加热固化操作；

(7)补强层边界及端部封口处理：将加热装置和真空辅助固化装置进行拆除操作，所述专用填平腻子(2)、抗阴极剥离底漆(3)和纤维增强预浸料(4)形成修复补强层，然后将补强层端部、补强区域边缘与管道(1)的表面搭接处采用抗阴极剥离底漆(3)利用抹刀等工具涂抹成斜坡结构；

(8)防腐处理：待步骤(7)中抗阴极剥离底漆(3)表干完成后，使用冷缠带、聚乙烯热收缩带等外防腐材料对修复补强区域进行缠绕包裹。

2.根据权利要求1所述的一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中的管道(1)表面清理操作采用喷砂除锈使管体表面达到Sa2.5级标准或采用手工打磨除锈管体表面使其达到St3级标准。

3.根据权利要求1所述的一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，所述步骤(3)中的专用缺陷填平腻子(2)由组分A和组分B组成，所述专用缺陷填平腻子(2)按质量份数包括：组分A为3～5份，所述组分B为1.5～2.5份；

所述组分A按质量百分比包括：双酚A环氧树脂25～45％，酚醛环氧树脂15～25％，煅烧法氧化铝粗粉3～10％，气相法二氧化硅20～40％；

所述组分B按质量百分比包括：改性酚醛胺固化剂20～35％，改性聚酰胺固化剂5～10％，石英粗粉55～65％，硅烷偶联剂5～10％；

所述煅烧法氧化铝粗粉的粒径为200～1250目；所述石英粗粉的粒径为200～800目。

4.根据权利要求1所述的一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，所述步骤(4)中的抗阴极剥离底漆(3)由组分a和组分b组成，所述抗阴极剥离底漆(3)按质量份数包括：组分a为3～5份，所述组分b为1份；

所述组分a按质量百分比包括：双酚A环氧树脂35～55％，酚醛环氧树脂15～25％，绢云母10～30％，氧化铝15～25％，聚硅氧烷类消泡剂0.2～0.5％；

所述组分b按质量百分比包括：改性芳胺固化剂60～85％，咪唑改性胺固化剂10～35％硅烷偶联剂5～15％；

所述绢云母的粒径为800～1250目，所述氧化铝的粒径为800～1250目。

5.根据权利要求1所述的一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(4)中填平腻子和抗阴极剥离底漆表干完成后设置有修复不平整面操作，所述修复不平整面操作是利用工具、填平腻子和抗阴极剥离底漆等对表干后存在的凹陷、凸起或其它缺陷处进行修补，修补至表面平整。

6.根据权利要求1所述的一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，所述步骤(5)中的纤维增强预浸料(4)包括增强纤维，所述增强纤维为聚酰亚胺纤维、碳纤维、玻璃纤维或凯夫拉纤维。

7.根据权利要求1所述的一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，所述步骤(5)中所述的缠绕设备包括转向移动装置(51)、预浸料放卷装置(6)、压紧装置(7)和隔离膜收卷装置(5)，所述转向移动装置(51)用于实现缠绕设备的环向转动和轴向移动操作，所述预浸料放卷装置(6)用于纤维增强预浸料卷材的放置，所述压紧装置(7)用于对纤维增强预浸料(4)与管道(1)表面接触位置的压紧操作，所述隔离膜收卷装置(5)用于对纤维增强预浸料(4)的隔离膜的收纳操作。

8.根据权利要求7所述的一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，所述转向移动装置(51)包括圆环支架、若干环向移动轮和横向移动轮，所述圆环支架套设于管道(1)上，所述环向移动轮和横向移动轮沿周向设置于圆环支架朝向管道(1)的端部，所述环向移动轮实现圆环支架与管道的同轴相对旋转操作，所述横向移动轮实现圆环支架沿轴线方向的往复运动，所述环向移动轮和横向移动轮不同时与管道(1)接触，所述预浸料放卷装置(6)、压紧装置(7)和隔离膜收卷装置(5)连接于圆环支架上并随圆环支架进行运动，所述预浸料放卷装置(6)、压紧装置(7)和隔离膜收卷装置(5)随圆环支架的环向运动实现同步工作进程。

9.根据权利要求8所述的一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，所述圆环支架包括分别卡设于管道(1)的待修复位两端的两组圆形卡件，所述圆形卡件由两个相对设置的半圆形钢管组成，所述半圆形钢管一端进行铰接，另一端设置有对应的锁扣结构，所述半圆形钢管对接卡设于管道上形成固定、支撑用圆环支架，所述环向移动轮和横向移动轮分别设置于每组圆形卡件的两侧。

10.根据权利要求1所述的一种在役管道预浸料修补施工方法，其特征在于，所述步骤(6)的加热加压固化操作包括如下步骤：

(A)将步骤(5)中应用完毕的缠绕设备进行拆除操作；

(B)真空辅助固化装置安装操作：依次在修补层外包裹缠绕透气隔离布(8)、定型膜(9)、透气毡(10)和真空袋(11)，所述真空袋(11)周边采用密封胶条(12)粘结于管体表面，并在内部安装真空嘴，

(C)气密性检测操作：真空嘴连接真空泵(15)并进行抽真空操作，气密性检测满足要求后，停止抽真空操作；

(D)加热固化操作：将与管道(1)表面结构适配的电磁加热器卡套包裹在真空袋(11)外，接通电源将预浸料加热至50-80℃，打开真空泵(15)抽真空30min后关闭，然后将预浸料升温至80-120℃，保温1-3h，至修复补强材料完全固化，加热固化操作完成。