CN207094070U - 一种用于超临界co2输送管道的止裂器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及管道断裂控制领域，特别涉及一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器。一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器，从超临界CO₂输送管道的外表面由内向外依次为第一绝缘层、碳纤维布复合层、第二绝缘层、橡胶垫层和金属套层。本实用新型公开的一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器具有以下有益效果：1、有利于降低裂纹驱动力，防止裂纹扩展，进行有效的止裂，也可以对管道进行修复、补强，起到使局部管道增强补强的作用；2、既可降低地层塌陷、碎石以及第三方物理机械作用的破坏，又能避免长期日照、风化等对内部碳纤维布复合层的侵蚀。

Description

一种用于超临界CO2输送管道的止裂器

技术领域

本实用新型涉及管道断裂控制领域，特别涉及一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器。

背景技术

由于温室效应日益严峻，碳捕获、利用与封存技术(carbon capture，utilizationand storage，CCUS)作为减少CO₂排放的重要方法已成为全球研究热点。CCUS技术在我国的推广与全面发展是必然趋势。目前，我国CCUS技术要实现产业化应用必须要解决的首要问题是CO₂的管道输送问题。

相比以气态进行管道输送的天然气，CO₂主要以超临界态或密相态在管道内进行管道输送，这就要求管道能够承受更高的输送压力。同时，随着管道钢级的发展，未来超临界CO₂管道输送更倾向采用高钢级、大口径输送。这虽然可以降低建设成本，提高管道输送的效率。但是，高级钢止裂性能相对较差，难以依靠自身的韧性进行止裂，这就为超临界CO₂管道输送的安全性带来了极大隐患。因此，在设计建设超临界CO₂管道是必须对管道进行裂纹失稳扩展控制。

当高级钢管道自身的韧性不能进行管道延性扩展止裂时，需采取外部结构性止裂措施来预防、阻止管道的延性裂纹扩展，即止裂器。目前，应用最为广泛的止裂器是钢套筒止裂器和纤维复合材料缠绕带止裂器。钢套筒止裂器不易安装，且常用于新建管道上，对于已建管道需要进行切割和重新焊接，加之CO₂的物理性质，一旦发生泄漏，即使是轻微泄漏，在长期的作用下也会对钢套筒止裂器造成严重的腐蚀，影响其止裂效果甚至失效。纤维复合材料止裂器虽有很好的止裂性能，也能耐腐蚀。但是，受地层塌陷、碎石或第三方机械作用等外部冲击可能会对纤维包裹层造成损坏，且大多被建设在自然条件复杂，气候恶劣的野外，虽然纤维包裹层有一定的防腐和防老化功能，但长时间的日照、风化等自然因素对纤维包裹层的侵蚀很大，严重影响它的性能和寿命，危及整个管道的运行安全。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本实用新型公开了一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器。

技术方案：一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器，从超临界CO₂输送管道的外表面由内向外依次为第一绝缘层、碳纤维布复合层、第二绝缘层、橡胶垫层和金属套层。

进一步地，所述第一绝缘层为玄武岩纤维布绝缘层，所述第一绝缘层与超临界CO₂输送管道的外表面通过改性环氧树脂胶粘剂粘接；

所述第一绝缘层的外表面与所述碳纤维布复合层通过改性环氧树脂胶粘剂粘接；

所述碳纤维布复合层的外侧与所述第二绝缘层通过改性环氧树脂胶粘剂粘接，所述第二绝缘层为玄武岩纤维布绝缘层；

所述第二绝缘层的外侧设有金属套层，金属套层由两个结构相同的圆槽型的半圆环组成，在圆槽型的半圆环的两侧等间距布设有多个螺孔，所述金属套层通过螺栓与超临界CO₂输送管道固定连接，在所述第二绝缘层的外侧与所述金属套层之间设有橡胶垫层。

进一步地，所述金属套层的外表面还涂覆有一防腐层。

下面对于各层结构的作用做一个简要说明，具体如下：

第一绝缘层，可用于避免超临界CO₂输送管道与碳纤维布复合层之间发生电偶腐蚀及其他腐蚀，同时经过改性环氧树脂胶粘剂浸渍的玄武岩绝缘纤维布沿径向缠绕在管道上固化成型，可增大管道表面与碳纤维布复合层之间的接触面积，提高了界面结合强度。

碳纤维布复合层，主要用于承担管道所受的压力，对管道产生局部约束作用来阻止裂纹的扩展，以此进行管道止裂。在需要进行管道补强修复的地方，承担局部增强的作用。

第二绝缘层，可杜绝碳纤维布复合层与橡胶垫圈之间发生腐蚀而相互结合，使碳纤维布复合层的强度降低，同时提高止裂器结构的整体性。

橡胶垫层，该层不用固化，单层均匀铺设在第二绝缘层的外部即可，用于内层纤维复合层和外层的金属套层之间的缓冲保护，避免外层金属套层对内层绝缘层和碳纤维布复合层造成物理机械损伤而降低其止裂性能。

金属套层，优选钢套层，其作用既降低了地层塌陷、碎石以及第三方物理机械作用的破坏，又能避免长期日照、风化等对内部碳纤维布复合层的侵蚀。

最后采用防腐材料对外层金属套层进行均匀涂层防腐，尽可能地降低环境对外部金属套层的腐蚀。

有益效果：本实用新型公开的一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器具有以下有益效果：

1、有利于降低裂纹驱动力，防止裂纹扩展，进行有效的止裂，也可以对管道进行修复、补强，起到使局部管道增强补强的作用；

2、既可降低地层塌陷、碎石以及第三方物理机械作用的破坏，又能避免长期日照、风化等对内部碳纤维布复合层的侵蚀。

附图说明

图1为本实用新型公开的一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器的结构示意图；

图2为图1中A-A面的剖视图；

其中：

1-超临界CO₂输送管道 2-第一绝缘层

3-碳纤维布复合层 4-第二绝缘层

5-橡胶垫层 6-金属套层

7-螺孔

具体实施方式：

下面对本实用新型的具体实施方式详细说明。

如图1和2所示，一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器，从超临界CO₂输送管道1的外表面由内向外依次为第一绝缘层2、碳纤维布复合层3、第二绝缘层4、橡胶垫层5和金属套层6。

进一步地，第一绝缘层2为玄武岩纤维布绝缘层，第一绝缘层2与超临界CO₂输送管道1的外表面通过改性环氧树脂胶粘剂粘接；

第一绝缘层2的外表面与碳纤维布复合层3通过改性环氧树脂胶粘剂粘接；

碳纤维布复合层3的外侧与第二绝缘层4通过改性环氧树脂胶粘剂粘接，第二绝缘层4为玄武岩纤维布绝缘层；

第二绝缘层4的外侧设有金属套层6，金属套层6由两个结构相同的圆槽型的半圆环组成，在圆槽型的半圆环的两侧等间距布设有多个螺孔7，金属套层6通过螺栓与超临界CO₂输送管道1固定连接，在第二绝缘层4的外侧与金属套层6之间设有橡胶垫层5。

进一步地，金属套层6的外表面还涂覆有一防腐层。

本实用新型所涉及材料：

第一绝缘层2和第二绝缘层4均采用强度高、耐腐蚀、具有优良绝缘性能和介电性能的玄武岩纤维布(体积电阻率>10⁹Ω·m)。

改性环氧树脂胶粘剂，其具有反应活性大、胶层体积收缩率小、耐腐蚀和介电性能好等所要求的使用性能，改性环氧树脂胶粘剂的制备是以聚氨酯预聚物改性环氧树脂(组分A)与固化剂(组分B)按10:1～1:1(重量比)的比例配置而成，其中：组分B包括：乐邦公司生产的环氧树脂固化剂T31、气相二氧化硅和硅烷偶联剂KH550，三者的质量比为3:1:1。

碳纤维布复合层3采用碳纤维布，其具有高强度、高模量、膨胀系数低以及耐腐蚀的优异性能，且自重轻，有很好的柔韧性，非常适用于各种管道及构件的补强和止裂。采用的碳纤维布的抗拉强度≥3500Mpa，抗拉弹性模量230～430Gpa，伸长率≥1.7％SHB。

橡胶垫采用具有优良拉伸强度、撕裂强度、耐磨性、抗腐蚀性以及抗老化性能的羧基丁腈橡胶。其拉伸强度为25.5～26.5Mpa，扯断伸长率310％～380％，撕裂强度51.0～55.9kN/m。

由于单位强度(抗拉强度和厚度的乘积)应大于等于输送管道的单位强度，因此金属套层选用与输送管道相同的材料，金属套厚度略大于管径厚度。螺栓及螺孔根据《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97进行设计安装。

本实用新型提供的一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器以碳纤维布复合层为主体。用于管道止裂时，其设计宽度为输送管道管径的50％，其余构件设计宽度均与碳纤维布复合层宽度相同；用于管道修复补强时，其设计尺寸以具体实际修复补强情况确定，其余构件设计宽度均与碳纤维布复合层宽度相同。

本实用新型提供的一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器在使用时的制作及安装步骤如下：

1：在管道上确定止裂器安装位置和尺寸大小，并用石笔做好标记，然后进行除锈打磨工作；

2：在管道表面沿环向均匀涂刷改性环氧树脂胶粘剂(涂刷面积略大于止裂器安装尺寸)。然后在其表面缠绕单层玄武岩纤维布，并使用硬橡胶棒进行反复滚压，使改性环氧树脂胶粘剂充分浸透玄武岩纤维布，本层只缠绕1层；

3：待绝缘层玄武岩纤维布完全固化后，再在其表面均匀涂刷改性环氧树脂胶粘剂。然后在其表面缠绕单层碳纤维布并使用硬橡胶棒进行反复滚压。使改性环氧树脂胶粘剂充分浸透碳纤维布，该层共缠绕3～5层，重复工作3～5次；

4：待碳纤维布完全固化后，重复步骤2的工作；

5：待第二绝缘层的玄武岩纤维布完全固化后，在其表面涂刷少量改性环氧树脂胶粘剂(不需均匀涂刷)，然后将羧基丁腈橡胶垫沿环向铺设在其表面，不需滚压，只需将橡胶垫暂时固定即可，本层需保证橡胶垫环向缠绕铺设后首尾相接。该层橡胶垫层铺设1层；

6：橡胶垫层固定后，即可进行金属套层的安装。将金属套层的两半分上下扣在橡胶垫层上，再使用螺栓进行预紧固定；

7：采用防腐材料对安装好的金属套进行均匀涂层防腐。

上面对本实用新型的实施方式做了详细说明。但是本实用新型并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器，其特征在于，从超临界CO₂输送管道的外表面由内向外依次为第一绝缘层、碳纤维布复合层、第二绝缘层、橡胶垫层和金属套层。

2.根据权利要求1所述的一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器，其特征在于，所述第一绝缘层为玄武岩纤维布绝缘层，所述第一绝缘层与超临界CO₂输送管道的外表面通过改性环氧树脂胶粘剂粘接；

所述第一绝缘层的外表面与所述碳纤维布复合层通过改性环氧树脂胶粘剂粘接；

所述碳纤维布复合层的外侧与所述第二绝缘层通过改性环氧树脂胶粘剂粘接，所述第二绝缘层为玄武岩纤维布绝缘层；

所述第二绝缘层的外侧设有金属套层，金属套层由两个结构相同的圆槽型的半圆环组成，在圆槽型的半圆环的两侧等间距布设有多个螺孔，所述金属套层通过螺栓与超临界CO₂输送管道固定连接，在所述第二绝缘层的外侧与所述金属套层之间设有橡胶垫层。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于超临界CO₂输送管道的止裂器，其特征在于，所述金属套层的外表面还涂覆有一防腐层。