CN116293177A - 修复管道的环氧套筒及利用环氧套筒修复管道的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种修复管道的环氧套筒及利用环氧套筒修复管道的方法。环氧套筒包括第一半圆套筒和第二半圆套筒，第一半圆套筒包括从第一半圆套筒的两个纵向边缘分别垂直伸出的第一长法兰，第二半圆套筒包括从第二半圆套筒的两个纵向边缘分别垂直伸出的第二长法兰，其特征在于，第一半圆套筒还包括分别位于第一半圆套筒的两个纵向边缘的第一半圆法兰，第二半圆套筒还包括分别位于第二半圆套筒的两个纵向边缘的第二半圆法兰，第一半圆法兰的尺寸和第二半圆法兰的尺寸设计成当第一半圆套筒和第二半圆套筒围绕管道通过第一长法兰和第二长法兰组装起来时，第一半圆法兰和第二半圆法兰分别与管道外壁贴合，使环氧套筒与管道外壁之间保持一定间隙。

Description

修复管道的环氧套筒及利用环氧套筒修复管道的方法
技术领域
本发明涉及一种用于修复管道的环氧套筒以及一种利用环氧套筒修复管道的方法。
背景技术
管道运输是当今世界五大运输方式之一。在役管道由于环焊缝焊接缺陷、服役期间的腐蚀、磨损、意外损伤等原因，不可避免会造成管线的局部减薄或缺失，导致承压能力降低或发生穿孔、开裂、破损，从而导致油气泄漏甚至引起爆炸事故。
对含缺陷管道及时进行维修是保证管道完整性及寿命延长的重要手段。适当的选择维修方法不但能保证管道安全运营，还能够节约大量的运营维护成本。不同管道缺陷的维护和维修方法包括打磨、补焊、A型套筒、B型套筒、钢质环氧套筒、复合材料补强、机械夹具、打补丁、带压开孔、换管等。在管道实际运行中，由于管道管理对安全要求的提高，部分方法已经很少使用，如打磨、补焊和打补丁，主要因为上述方法在操作时存在一定局限性，并且容易产生明火，维修时对管道存在安全隐患。另外，机械夹具维修成本高，操作复杂并且在施工时需要动用大型机具，在日常维修中也很少使用。目前管道缺陷维修常使用的主要方法为B型套筒、钢质环氧套筒和复合材料补强。
环氧套筒修复技术可避免在运行管道上实施焊接而导致的安全问题，能够确保高度的安全性、完整性，可以将修复操作对管道安全的影响降至最低程度，被全球多家管道企业认可并广泛应用。此外，环氧套筒修复技术具有“不动火、不停输”的优点，与其他修复方法(B型套筒、换管)相比较，具有更大的经济和社会效益。
图1示出了现有技术中的钢质环氧套筒。环氧套筒包括两个半圆钢环氧套筒，这两个半圆套筒套在待修复的管道的缺陷部位并通过定位螺栓使环氧套筒与管道外壁保持一定间隙，然后将环氧套筒的两端端部用端面密封胶1封闭，最后通过填料注入孔5往环氧套筒与管道之间的间隙灌注环氧填料2，待排气孔3溢出环氧填料时，停止灌注，待环氧填料固化后，管道的缺陷部位承担的径向膨胀和环向应力传递到外部环氧套筒，环氧套筒和管道的缺陷部位共同承担该管道受力，恢复管道的正常承压能力。如图1中所示，在钢质环氧套筒两侧沿周向设置有多个定位孔4，定位孔例如可以是螺纹孔，定位螺栓拧入这些定位孔4中，并穿过定位孔4延伸到套筒内部，以从周向上多个位置分别抵靠被套筒围绕的管道的外表面。通过调节定位螺栓伸入到套筒内的长度而使钢质环氧套筒与管道圆周方向的间隙保持一致，由此通过该定位孔现场调节环氧套筒与管道圆周方向的间隙。
图1所示环氧套筒存在以下问题：1、利用“定位孔”在现场调节套筒与管道间隙，操作不方便也易出现间隙不均匀，定位孔易造成套筒局部应力集中而强度降低；2、利用“端面密封胶”对环氧套筒进行端部密封，操作不方便、密封性不易保证且端部密封强度不足，尤其在套筒承担大轴向力时可能出现端部密封开裂失效；3、长法兰与筒体连接焊缝为应力集中点，是最容易失效的位置。
发明内容
本发明的环氧套筒与管道之间为环氧类高抗压强度填充材料，通过填充材料，将管道径向膨胀和环向应力传递至外部套筒，从而共同分担管道受力，恢复管道的正常承压能力。
本发明提供了一种修复管道的环氧套筒，所述环氧套筒包括第一半圆套筒和第二半圆套筒，第一半圆套筒包括从第一半圆套筒的两个纵向边缘分别垂直伸出的第一长法兰，第二半圆套筒包括从第二半圆套筒的两个纵向边缘分别垂直伸出的第二长法兰，其特征在于，第一半圆套筒还包括分别位于第一半圆套筒的两个纵向边缘的第一半圆法兰，第二半圆套筒还包括分别位于第二半圆套筒的两个纵向边缘的第二半圆法兰，第一半圆法兰的尺寸和第二半圆法兰的尺寸设计成当第一半圆套筒和第二半圆套筒围绕管道通过第一长法兰和第二长法兰组装起来时，第一半圆法兰和第二半圆法兰分别与管道外壁贴合，使环氧套筒与管道外壁之间保持一定间隙。
有利地，第一半圆套筒的内壁比第一半圆法兰的内壁更远离管道外壁，以保证第一半圆套筒和管道外壁之间的间隙，第二半圆套筒的内壁比第二半圆法兰的内壁更远离管道外壁，以保证第二半圆套筒和管道外壁之间的间隙。
有利地，所述环氧套筒还包括沿着所述第一半圆套筒的纵向间隔开设置的多个第一加强筋，每个第一加强筋从第一半圆套筒的外表面延伸到第一长法兰。
有利地，所述环氧套筒还包括沿着所述第二半圆套筒的纵向间隔开设置的多个第二加强筋，每个第二加强筋从第二半圆套筒的外表面延伸到第二长法兰。
有利地，所述第一半圆法兰的朝向管道外壁的表面具有第一凹槽和设置在第一凹槽内的第一垫圈，以密封第一半圆法兰和管道外壁。
有利地，所述第一半圆法兰还包括设置在第一凹槽内的密封材料，以进一步密封第一半圆法兰和管道外壁。
有利地，所述第二半圆法兰的朝向管道外壁的表面具有第二凹槽和设置在第二凹槽内的第二垫圈，以密封第二半圆法兰和管道外壁。
有利地，所述第二半圆法兰还包括设置在第二凹槽内的密封材料，以进一步密封第二半圆法兰和管道外壁。
有利地，所述第一半圆法兰和第一长法兰分别焊接到第一半圆套筒。
有利地，所述第二半圆法兰和第二长法兰分别焊接到所述第二半圆套筒。
本发明还提供了一种利用环氧套筒修复管道的方法，包括：
a.将第一半圆套筒和第二半圆套筒围绕管道组装起来以形成环氧套筒，使第一半圆法兰和第二半圆法兰分别与管道外壁贴合，在环氧套筒与管道外壁之间形成一定间隙；
b.经由设置在第一半圆套筒上的填料注入孔往环氧套筒与管道之间的间隙灌注环氧填料；
c.待设置在第二半圆套筒上的排气孔溢出环氧填料时，停止灌注，环氧填料在预定时间内固化，完成对所述管道的修复。
有利地，在步骤a之前，还包括步骤a1：将第一半圆法兰、第一长法兰、第一半圆套筒连接在一起，将第二半圆法兰、第二长法兰、第二半圆套筒连接在一起。
有利地，在步骤a1中，将第一半圆法兰、第一长法兰、第一半圆套筒焊接在一起，将第二半圆法兰、第二长法兰、第二半圆套筒焊接在一起。
有利地，步骤a1还包括沿着第一半圆套筒的纵向间隔开设置多个第一加强筋，使每个第一加强筋从第一半圆套筒的外表面延伸到第一长法兰；沿着第二半圆套筒的纵向间隔开设置多个第二加强筋，使每个第二加强筋从第二半圆套筒的外表面延伸到第二长法兰。
有利地，在步骤a之前，所述方法还包括步骤a2：用纤维复合材料缠绕在缺陷周围。
有利地，在步骤a2之前，对缺陷进行清洁处理。
有利地，在步骤a中“使第一半圆法兰和第二半圆法兰分别与管道外壁贴合”还包括在第一半圆法兰的朝向管道外壁的表面上开设第一凹槽，并将第一垫圈和密封材料填入第一凹槽内，在第二半圆法兰的朝向管道外壁的表面上开设第二凹槽，并将第二垫圈和密封材料填入第二凹槽内。
附图说明
在下面结合附图详细描述的本发明的优选实施方式中，本发明的优点和目的可以得到更好地理解。为了在附图中更好地显示各部件的关系，附图并非按比例绘制。附图中:
图1示出现有技术的环氧套筒的截面图；
图2示出根据本发明的环氧套筒的一半的透视图；
图3示出图2的环氧套筒的一半的底侧透视图；
图4示出根据本发明的环氧套筒的另一半的平面图；
图5示出图2的环氧套筒的一半的俯视图；
图6示出图2的环氧套筒的一半的底视图。
图7示出根据本发明的环氧套筒安装到管道的透视图；
图8示出图7的侧视图；
图9示出沿图8的截线A-A截取的剖视图；
图10示出沿图9的截线B-B截取的剖视图。
具体实施方式
将参照附图详细描述根据本发明的各个实施例。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。术语“依次包括A、B、C等”仅指示所包括的部件A、B、C等的排列顺序，并不排除在A和B之间和/或B和C之间包括其它部件的可能性。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。
下面，参照图2至图10，详细描述根据本发明的优选实施方式。
图2示出根据本发明的环氧套筒的一半的透视图。图3示出根据本发明的环氧套筒的另一半的透视图。环氧套筒包括第一半圆套筒1和第二半圆套筒2以及分别从第一半圆套筒1和第二半圆套筒2的纵向边缘垂直伸出的第一长法兰3和第二长法兰4。在安装时，第一半圆套筒1和第二半圆套筒2围绕待修复的管道安装，并通过第一长法兰3和第二长法兰4利用紧固螺栓连接起来。环氧套筒还包括位于第一半圆套筒1的两个纵向边缘的第一半圆法兰6以及位于第二半圆套筒2的两个纵向边缘的第二半圆法兰7，第一半圆法兰6和第二半圆法兰7垂直于纵向延伸并且在第一半圆套筒1和第二半圆套筒2组装到一起时构成完整的环形，该环形的内径略大于待修复的管道的外径，该环形的外径可以基本上与所述第一半圆套筒1和第二半圆套筒2构成的圆柱的外径相等或略大于该圆柱的外径。环氧套筒、长法兰和圆法兰优选地由相同材料制成，例如钢，并且可以通过铸造等多种方式一体形成或分别形成后通过焊接、粘接等组合到一起。
在将环氧套筒安装到管道D时(如图7所示)，第一半圆法兰6和第二半圆法兰7组装在一起构成完整的环形，并且其内径的尺寸设计成基本上与管道外壁贴合，以使环氧套筒与管道外壁之间保持一定间隙12。
如图3所示，第一半圆法兰6的朝向管道外壁的表面上开设有第一凹槽13，第一垫圈和密封材料(未示出)可以设置在第一凹槽内，以密封第一半圆法兰与管道外壁，使环氧套筒和管道外壁之间的间隙保持良好的密封性。类似地，第二半圆法兰7的朝向管道外壁的表面上也开设有第二凹槽，第二垫圈和密封材料可以设置在第二凹槽内，以密封第二半圆法兰与管道外壁，使环氧套筒和管道外壁之间的间隙保持良好的密封性。密封材料为高强度密封胶，密封效果好。
有利地，第一长法兰和第二长法兰的朝向管道外壁的表面也设置有容纳密封材料的凹槽。如此，能够保证环氧套筒与管道外壁之间良好的密封性，保证灌注环氧填料期间不引入气泡。
第一半圆套筒1上还设置有填料注入孔5，以用于灌注填料。第二半圆套筒2上还设置有排气孔10和观察孔11。
第一半圆套筒、第一长法兰和第一半圆法兰例如通过角焊缝连接起来，第二半圆套筒、第二长法兰和第二半圆法兰例如也通过角焊缝连接起来。应明白，还可以采取其它方式将第一半圆套筒、第一长法兰和第一半圆法兰连接起来，将第二半圆套筒、第二长法兰和第二半圆法兰连接起来。
有利地，第一半圆套筒1的内壁比第一半圆法兰6的内壁更远离管道外壁，第二半圆套筒2的内壁比第二半圆法兰7的内壁更远离管道外壁，由此，保证了环氧套筒和管道外壁之间的间隙12(如图9所示)。环氧填料可以通过填料注入孔5灌注到该间隙中。
对于不同种类的环氧填料，灌注时间不同，环氧填料固化的时间不同。
环氧填料的粘度为2.52-2.72Pa·S，密度为1.6-1.8g/cm3，灌注时间为25-35min。具有上述参数的环氧填料适用于该方法中的灌注，且具有上述粘度和密度的环氧填料容易驱使空气由排气孔10排出。
环氧填料在常温状态时的初步固化时间为2-3h，以保证足够的灌注时间。
针对不同的管道，可以选择与之相匹配的环氧套筒和圆法兰。例如，管道的管径可以为100-1620mm、管壁厚度可以为4-30mm、管内输送压力小于10MPa、输送温度为0℃-80℃。该环氧套筒可用于修复管道上最大深度小于管壁厚度80％的腐蚀缺陷，以及小于管道直径6％的凹痕。
有利地，环氧套筒和管道外壁之间的间隙为10-12mm，例如可以为10mm、10.5mm、11mm、11.5mm、12mm等。如此设置间隙的大小，便于灌注得到厚度为10-12mm的环氧填料层，且该厚度的环氧填料层传递力的效果好，以便于环氧填料层、环氧套筒分担管道承受的载荷。
在第一半圆套筒1的纵向上间隔开的多个位置处，设置多个第一加强筋8，每个第一加强筋从第一半圆套筒的外表面延伸到第一长法兰3，同样，在第二半圆套筒2的纵向上间隔开的多个位置处，设置多个第二加强筋9，每个第二加强筋从第二半圆套筒的外表面延伸到第二长法兰4，以增强环氧套筒与长法兰之间的连接强度，减少长法兰与环氧套筒连接处的应力集中，并抑制环氧套筒的回弹或变形。优选地，第一加强筋8焊接在第一长法兰和第一半圆套筒的外表面之间，第二加强筋9焊接在第二长法兰和第二半圆套筒的外表面之间。第一加强筋和第二加强筋也可以其它方式固定到第一半圆套筒的外表面和第一长法兰之间、第二半圆套筒的外表面和第二长法兰之间。
通过如下步骤来实现环氧套筒修复管道：
a.将第一半圆套筒和第二半圆套筒围绕管道组装起来以形成环氧套筒，使第一半圆法兰和第二半圆法兰分别与管道外壁贴合，在环氧套筒与管道外壁之间形成一定间隙；
b.经由设置在第一半圆套筒上的填料注入孔往环氧套筒与管道之间的间隙灌注环氧填料；
c.待设置在第二半圆套筒上的排气孔溢出环氧填料时，停止灌注，环氧填料在预定时间内固化，完成对所述管道的修复。
在步骤a之前，还包括步骤a1：将第一半圆法兰、第一长法兰、第一半圆套筒连接在一起，将第二半圆法兰、第二长法兰、第二半圆套筒连接在一起。
在步骤a1中，优选地，将第一半圆法兰、第一长法兰、第一半圆套筒焊接在一起，将第二半圆法兰、第二长法兰、第二半圆套筒焊接在一起，但是应明白，其它方式也是可能的，只要将半圆法兰、长法兰和半圆套筒固定连接在一起即可。
优选地，步骤a1还包括沿着第一半圆套筒的纵向间隔开设置多个第一加强筋，使每个第一加强筋从第一半圆套筒的外表面延伸到第一长法兰；沿着第二半圆套筒的纵向间隔开设置多个第二加强筋，使每个第二加强筋从第二半圆套筒的外表面延伸到第二长法兰。
作为一种优选的方法，在步骤a之前，对缺陷进行清洁处理，然后围绕所述缺陷缠绕多层纤维复合材料。
有利地，在步骤a中“使第一半圆法兰和第二半圆法兰分别与管道外壁贴合”还包括在第一半圆法兰的朝向管道外壁的表面上开设第一凹槽，并将第一垫圈和密封材料填入第一凹槽内，在第二半圆法兰的朝向管道外壁的表面上开设第二凹槽，并将第二垫圈和密封材料填入第二凹槽内。
通过本发明的环氧套筒及方法，克服了现有技术中的缺陷，取得了如下效果：
1、取消了现有技术中的“定位孔”，通过设置第一半圆法兰和第二半圆法兰，保证了环氧套筒与管道外壁之间的间隙均匀，从而使得灌注到环氧套筒与管道外壁之间的间隙中的环氧填料保持，更平均地分担管道应力，修复效果更好。同时，安装方便，并保证了环氧套筒与管道外壁之间的密封性。更重要的是，避免了因在环氧套筒上设置定位孔而造成的环氧套筒的强度降低以及定位螺栓与管道外壁接触位置处的局部应力集中和氢脆敏感性增加。
2、通过在圆法兰的朝向管道外壁的表面上设置凹槽，并在凹槽中灌注密封胶，使环氧套筒和管道外壁之间保持良好的密封性，同时保证灌注环氧填料期间不引入气泡。
3、在长法兰和环氧套筒之间设置有加强筋，增强了环氧套筒与长法兰之间的连接强度，减少了长法兰与环氧套筒连接处的应力集中，并抑制了环氧套筒的回弹或变形。
以上说明仅仅是对本发明的解释，使得本领域普通技术人员能完整地实施本方案，但并不是对本发明的限制。上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (17)

1.一种修复管道的环氧套筒，所述环氧套筒包括第一半圆套筒和第二半圆套筒，第一半圆套筒包括从第一半圆套筒的两个纵向边缘分别垂直伸出的第一长法兰，第二半圆套筒包括从第二半圆套筒的两个纵向边缘分别垂直伸出的第二长法兰，其特征在于，第一半圆套筒还包括分别位于第一半圆套筒的两个纵向边缘的第一半圆法兰，第二半圆套筒还包括分别位于第二半圆套筒的两个纵向边缘的第二半圆法兰，第一半圆法兰的尺寸和第二半圆法兰的尺寸设计成当第一半圆套筒和第二半圆套筒围绕管道通过第一长法兰和第二长法兰组装起来时，第一半圆法兰和第二半圆法兰分别与管道外壁贴合，使环氧套筒与管道外壁之间保持一定间隙。
2.如权利要求1所述的环氧套筒，其特征在于，第一半圆套筒的内壁比第一半圆法兰的内壁更远离管道外壁，以保证第一半圆套筒和管道外壁之间的间隙，第二半圆套筒的内壁比第二半圆法兰的内壁更远离管道外壁，以保证第二半圆套筒和管道外壁之间的间隙。
3.如权利要求1所述的环氧套筒，其特征在于，所述环氧套筒还包括沿着所述第一半圆套筒的纵向间隔开设置的多个第一加强筋，每个第一加强筋从第一半圆套筒的外表面延伸到第一长法兰。
4.如权利要求1所述的环氧套筒，其特征在于，所述环氧套筒还包括沿着所述第二半圆套筒的纵向间隔开设置的多个第二加强筋，每个第二加强筋从第二半圆套筒的外表面延伸到第二长法兰。
5.如权利要求1所述的环氧套筒，其特征在于，所述第一半圆法兰的朝向管道外壁的表面具有第一凹槽和设置在第一凹槽内的第一垫圈，以密封第一半圆法兰和管道外壁。
6.如权利要求5所述的环氧套筒，其特征在于，所述第一半圆法兰还包括设置在第一凹槽内的密封材料，以进一步密封第一半圆法兰和管道外壁。
7.如权利要求1所述的环氧套筒，其特征在于，所述第二半圆法兰的朝向管道外壁的表面具有第二凹槽和设置在第二凹槽内的第二垫圈，以密封第二半圆法兰和管道外壁。
8.如权利要求6所述的环氧套筒，其特征在于，所述第二半圆法兰还包括设置在第二凹槽内的密封材料，以进一步密封第二半圆法兰和管道外壁。
9.如权利要求1所述的环氧套筒，其特征在于，所述第一半圆法兰和第一长法兰分别焊接到第一半圆套筒。
10.如权利要求1所述的环氧套筒，其特征在于，所述第二半圆法兰和第二长法兰分别焊接到所述第二半圆套筒。
11.一种利用环氧套筒修复管道的方法，包括：
a.将第一半圆套筒和第二半圆套筒围绕管道组装起来以形成环氧套筒，使第一半圆法兰和第二半圆法兰分别与管道外壁贴合，在环氧套筒与管道外壁之间形成一定间隙；
b.经由设置在第一半圆套筒上的填料注入孔往环氧套筒与管道之间的间隙灌注环氧填料；
c.待设置在第二半圆套筒上的排气孔溢出环氧填料时，停止灌注，环氧填料在预定时间内固化，完成对所述管道的修复。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤a之前，还包括步骤a1：将第一半圆法兰、第一长法兰、第一半圆套筒连接在一起，将第二半圆法兰、第二长法兰、第二半圆套筒连接在一起。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤a1中，将第一半圆法兰、第一长法兰、第一半圆套筒焊接在一起，将第二半圆法兰、第二长法兰、第二半圆套筒焊接在一起。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤a1还包括沿着第一半圆套筒的纵向间隔开设置多个第一加强筋，使每个第一加强筋从第一半圆套筒的外表面延伸到第一长法兰；沿着第二半圆套筒的纵向间隔开设置多个第二加强筋，使每个第二加强筋从第二半圆套筒的外表面延伸到第二长法兰。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤a之前，所述方法还包括步骤a2：用纤维复合材料缠绕在缺陷周围。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在步骤a2之前，对缺陷进行清洁处理。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在步骤a中“使第一半圆法兰和第二半圆法兰分别与管道外壁贴合”还包括在第一半圆法兰的朝向管道外壁的表面上开设第一凹槽，并将第一垫圈和密封材料填入第一凹槽内，在第二半圆法兰的朝向管道外壁的表面上开设第二凹槽，并将第二垫圈和密封材料填入第二凹槽内。
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