KR200469247Y1 - 파이프 수리를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

파이프(30)의 부분을 강화시키는 시스템 및 방법은, 섬유 구조(12)를 강화될 파이프의 부분에 도포시키는 단계와; 상기 섬유 구조를 수지에 실질적으로 스며들게 하기 위해 수지(41)를 섬유 구조를 통해 파이프의 부분에 가압하는 단계로서, 상기 수지는 약 10,000cp 미만의 점도와, 약 30dynes 미만의 표면 장력을 포함하는, 가압 단계를 포함한다. 수지는 약 200℉보다 큰 피크 발열에서 주변 상태 하에 경화하도록 되고, 상기 경화된 수지는 약 150℉보다 높은 유리 전이 온도와, 약 150℉보다 높은 열 왜곡(distortion) 온도를 포함한다. 수지를 가압하는 단계는 강화 격납 용기(36)와, 수지를 섬유 구조를 통해 파이프에 가압하도록 압착되는 밑에 있는 유연한 몰드(300)의 이용을 포함할 수 있다.

Description

파이프 수리를 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PIPE REPAIR}

본 출원은 2004년 12월 3일 출원된 미국 출원 일련 번호 11/003,199호의 부분 연속 출원(CIP:continuation-in-part)이다.

본 고안은 일반적으로 파이프 수리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 고안은 섬유 강화 폴리머 물질로 파이프를 효율적으로 수리하기 위한 기술들에 관한 것이다.

이 섹션은 아래에 설명되고/설명되거나 주장된 본 고안의 다양한 양상들에 관련될 수 있는 다양한 양상들을 읽는 사람에게 소개하기 위한 것이다. 이 논의는 본 고안의 다양한 양상을 더 잘 이해하는 것을 돕기 위해 배경 정보를 읽는 사람에게 제공하는데 도움이 되리라 생각한다. 따라서, 본 명세서는 이러한 시각에서 읽어져야 하고 종래 기술을 시인하는 것이 아님이 이해되어야 한다.

배관(piping)은 현재 사회에 널리 존재하고 있다. 배관은 넓은 범위의 주거용, 상업용, 및 공업용 응용예에서 발견된다. 예컨대, 배관은 유틸리티(utility) 분배, 제조 공정들, 화학/석유화학 운송, 에너지 전송, 배관작업, 난방 및 냉방, 하수(sewage) 시스템, 및 다 써 버린 화학 제품, 오염된 물과 같은 소비된 화학 제품/화합물의 복구 등에서 이용될 수 있다. 동작시, 설비 내와 더 긴 거리에 걸려 있는 배관은, 물, 증기, 화학 제품, 석유화학 제품, 원유, 천연 가스, 및 다양한 다른 액체, 기체, 및 화합물은 모으고, 분배하며 운송하는 역할을 할 수 있다.

파이프라인과 같은 배관 시스템은, 산업 후원자, 제작 장소, 화학/정제 설비, 상업용 엔티티(entities), 공공 기관, 소비자 등에게 유틸리티, 에너지, 및 화학/석유화학 성분들을 운반할 수 있다. 명백하게, 파이프라인들(예컨대, 전송 파이프라인들)은 자원의 전달시 생산성을 향상시키는 유익한 역할을 하였다. 실제로, 세계 경계는 원료와 제품을 다양한 고객과 최종 사용자에게 운송하기 위한 파이프라인들의 역량에 의존한다.

파이프라인들(예컨대, 기체 및 액체 상태의 석유 파이프라인들)의 최고의 건설 시기는 30년 내지 40년 전에 있었고, 제2차 세계 대전 전에 많이 구성된 이들 파이프라인의 대다수가 여전히 사용 중에 있다. 그것들의 노화로 인해, 노화된 파이프라인 기간 시설의 본래의 모습을 유지하는 것은 비용이 들어간다. 파이프라인 부식과 다른 파이프라인 고장, 잠재적인 고장, 및 변이로 인한 연간 비용은 수십억 달러에 이른다. 파이프라인 수리의 경제적인 고려의 대상에는 노동, 재료, 장비 요구 조건, 이용 가능한 자본, 경제적 보상(return), 수리 수명, 파이프라인의 비가동 시간(downtime) 등이 포함될 수 있다. 예상한 바와 같이, 파이프라인 수리의 경제적인 측면은 파이프라인 생산성에 큰 영향을 미칠 수 있다.

파이프 고장과 손상은 기계적인 손해, 부식, 침식, 손상된 코팅(coating), 절연 실패, 역동작 조건, 날씨 등에 의해 야기될 수 있다. 예컨대, 내부 침식은 파이프라인을 통한 내용물들의 흐름으로 인해 일어날 수 있다. 그러한 침식은 흐름 경로의 방향 변화와 연관된 원심력에 의해 악화될 수 있다. 부식에 있어서는 배관의 외부 표면이 부식성 토양 또는 지면 위 부식성 환경에 노출될 수 있고, 배관의 내부 표면이 부식성 내용물에 노출될 수 있다. 중요하게, 침식, 부식 및 다른 손상은 파이프의 벽 두께를 감소시킬 수 있어, 파이프 또는 파이프라인의 압력 등급 또는 압력 지탱(pressure-holding) 능력을 감소시킨다. 따라서, 파이프라인 회사(예컨대, 가스 전송 회사)의 동작 및 유지 인원은 파이프라인에서 발견된 고장이나 잠재적인 고장 영역이 수리되어야 하는지, 그 파이프의 한 섹션이 대체되어야 하는지, 또는 그 파이프라인이 폐기되어야 하는지를 결정할 수 있다.

수리 결정을 평가함에 있어, 파이프라인 조작자와 서비스 제공자는 통상 파이프라인 비가동 시간, 파이프 규격, 수리되어야할 파이프 영역, 매장된 상태, 지면 위 환경, 배관 또는 파이프라인의 내용물, 파이프라인 동작 상태 등을 고려한다. 물론, 파이프라인 조작자와 서비스 제공자는 관리 강제 사항, 적합한 산업 표준, 제작자 권고안 등을 수용해야 한다. 게다가, 궁극적으로 선택된 유지 접근법은 누설 수리나 다른 고장의 수리, 또는 파이프라인의 고장(예컨대, 누설, 파열 등) 전의 파이프 영역의 우선적 수리를 수반할 수 있다. 마지막으로, 비용, 환경, 관리 강제 사항 등을 염두에 두면서 파이프라인 본래의 모습을 유지하려는 시도로, 파이프라인 운영자와 서비스 제공자는 통상 이용 가능한 공학적 대안예에 기초한 배관/파이프라인들의 유지, 대체, 및 수리와 이들 대안예의 경제적 영향을 평가한다. 수리의 경우, 몇몇 기술, 애플리케이션 기술, 및 물질들이 이용 가능하다.

흔한 수리 기술들은 파이프를 강화하기 위해 파이프의 절단면에 대해 배치되 는 금속 슬리브들을 이용한다. 파이프 누설들과 다른 고장들을 수리하기 위해, 용접된 슬리브나 용접되지 않은(기계적인) 슬리브들이 배관의 다양한 길이와 직경에 따라 설치될 수 있다. 또한 슬리브들은 우선적으로 잠재적인 파이프 고장들을 수리하고, 파이프 내부 및 외부 부식 영역을 강화하며, 배관의 압력 등급을 상승시키는 것 등을 할 수 있다. 일반적으로, 파이프 둘레의 장소에 용접된 슬리브들을 이용하거나 용접 없이 파이프에 기계적으로 고정된 슬리브들을 사용하는 확립된 슬리브 기술들은 업계에서의 익숙한 수리 접근법이라는 장점을 제공한다. 파이프라인, 운영자, 엔지니어, 및 기술자는 용접된 슬리브에 관한 용접된 용구와, 용접되지 않은 슬리브에 관한 기계적인 디바이스들과 클램프(clamp)들로 작업하는데 익숙해 있다. 불행하게도, 적합한 기계적인 그리고 용접 기술로 인원을 훈련시키는 것은 슬리브들의 적절한 설치에 있어 광범위하다. 나아가, 파이프라인들의 용접되지 않은 슬리브와 용접된 슬리브 수리는, 파이프라인 상의 수리 포인트에서 무르게 되는 것과 잔여 스트레스를 초래할 수 있다.

용접된 슬리브의 경우, 그 슬리브들은 수리될 파이프 둘레에 용접될 수 있어 강화될 파이프 부분을 감싼다. 슬리브 절반의 짝을 이루는(mating) 가장자리들은 서로 용접될 수 있고, 직립된 슬리브의 단부들이 그 파이프에 용접되어, 용접된 슬리브를 밀봉하고 그 파이프에 고정시킨다. 전술한 일반적인 접근법 외의 다양한 용접 구성예가 용접된 슬리브의 설치시 이용될 수 있다는 것이 강조되어야 한다. 용접된 슬리브 수리들을 포함하는 용접 수리와 연관된 비용(예컨대, 고압 전송 파이프라인들에 대한)은, 고도로 숙련된 용접공의 사용, 파이프라인의 작동 멈춤 및 배출(deinventory)과, 연관된 제작 설비, 화학/석유화학 공정들의 작동 멈춤, 화학/석유화학 공정 등에 의한 것일 수 있다.

일반적으로, 운영 비용 관점에서 파이프라인이 사용중이면서 배관을 수리하여 비용이 드는 비가동 시간을 없애는 것이 바람직하다. 예컨대, 파이프의 용접이나 절단을 회피하는 수리 기술들은, 수리 동안 파이프라인 사용을 유지할 수 있게 할 수 있고 따라서 파이프라인 비가동 시간과 연관된 비용을 회피한다. 수리를 위한 파이프라인의 작동 멈춤은 잠재적으로 업스트림(upstream) 및 다운스트림(downstream) 설비의 작동 멈춤을 강제하여, 낮은 생산성, 판매 손실, 조업 중지, 조업개시 비용 등을 초래하게 된다는 점이 강조되어야 한다.

용접되지 않은 슬리브들은 그것들이 일반적으로 용접이나 절단을 요구하지 않기 때문에 이러한 점을 다룬다. 용접되지 않은 강화 슬리브들은 수리될 파이프 절단면에 기계적으로 결합된다. 즉, 이들 용접되지 않은 슬리브들(또는 기계적인 슬리브들이라고 함)은 클램프, 볼트 등에 의해 파이프에 위치되고 고정될 수 있다. 유감스럽게도, 용접되지 않은 슬리브들을 사용하는 것은 수리와 파이프 압력 등급을 충분히 보장하기 위해 신형 기계 기술을 요구할 수 있고, 따라서 용접 기술들보다 더 귀찮고 복잡할 수 있다. 그 결과, 용접되지 않은 슬리브들로 하는 파이프 수리는 용접된 슬리브들로 수리하는 것보다 더 비용이 들 수 있다. 하지만, 용접되지 않은 슬리브들로 수리하는 것은, 예컨대 파이프라인 영역과 화학/석유화학 공정 영역에서와 같은 현장(on-site) 수리에서의 용접을 유리하게 회피할 수 있다. 나아가, 나타난 것처럼 비용접(non-welding) 접근법은 일반적으로 파이프라인의 중단되 지 않은 동작을 허용한다. 반면에, 용접되지 않은 (기계적인) 슬리브들에 관한 일정한 구성예들에서는, 파이프라인이 상당한 기계적인 힘이 파이프에 인가되어야 하는 경우 또는 용접하지 않은 슬리브의 설치 동안 다른 인자들 때문에 배출될 수 있다.

불행하게도, 배관 엘보우(elbow), 배관 티(tee), 배관 굴곡부(bend) 등의 수리의 특별한 경우는 수리될 구부러진 파이프 굴곡부 둘레에 단단한 급속 슬리브를 배치하는 어려움으로 인해 용접된 슬리브와 기계적인(용접되지 않은) 슬리브 모두에 관해 문제가 된다. 나아가, 단단한 금속 슬리브들은 파이프라인 굴곡부들에서의 적당한 접촉을 행할 수 없고, 따라서 통상적으로 파이프라인 굴곡부들에서 빠져나가는 스트레스를 받은 포인트들을 강화시킬 수 없다. 게다가, 외부 금속 슬리브와 파이프라인 엘보우 또는 굴곡부의 곡률반경을 적절히 매칭하는 것이 어려울 수 있다. 파이프라인 굴곡부들에 슬리브를 설치하는 이들 문제점을 회피하기 위해, 용접 충전제(filler) 금속(슬리브 대신)이 굴곡부{예컨대, 변이(anomaly)의 공동(cavity)에서}에 놓일 수 있지만, 그러한 용접된 충전제 수리는 일반적으로 제한된 범위의 파이프라인 동작 압력과 벽 두께에 관해서만 적합하다.

위 문단들에서의 논의로부터 볼 수 있는 것처럼, 용접된 슬리브와 용접되지 않은(기계적인) 슬리브로 행해지는 다양한 도전이 존재한다. 대체로, 용접되거나 용접되지 않은 강화 슬리브들을 사용하는 이들 기존 기술들은, 비용이 드는 경향이 있고, 고도로 숙련된 노동을 요구하며, 파이프 스트레스의 증가를 가져오고, 파이프라인 서비스를 중단할 필요성을 증가시킨다. 파이프 수리의 향상된 기술에 관한 필요성이 존재한다.

곧은 파이프와 파이프 굴곡부들 모두의 수리에서 용접된 슬리브와 용접되지 않은 슬리브의 종래의 접근법과 연관된 문제와 도전에 응하여, 코팅과 고강도 플라스틱, 섬유 강화 플라스틱, 복합 물질 등의 사용을 수반하는 새로운 기술이 등장하였다. 그러한 폴리머 수리는 종래의 용접된 그리고 기계적인 슬리브들보다 비용을 감소시키고 덜 무르게 하며, 잔여 스트레스가 덜 남는다. 더 나아가, 예컨대 폴리머 합성물은 일반적으로 산화하지 않고 따라서 파이프라인의 취급되는 영역의 추가적인 외부 부식을 막을 수 있다. 게다가, 특히 오일과 가스 운송 업계에서 복합 수리 시스템들의 사용이 증가한 결과, ASME(American Society of Mechanical Engineers)은 현재 새로운 구성 후(post-construction) 수리 표준의 개발을 포함하는 비금속성 감싸기(wrap) 기술에 관한 표준들의 설정을 진행 중에 있다. 현재, 비교적 새로운 ASME 표준(ASME PCC-2)이 수리 시스템의 몇몇 물질 특성들이 측정되고 평가될 것임을 명시하고 있다.

통상적으로, 수지 단독으로(강화 물질 없이)는, 파이프 수리, 특히 매체 및 고압 파이프라인들의 수리를 위한 적당한 강도를 제공하지 않는다는 점이 주목되어야 한다. 따라서, 일반적으로 폴리머 수리 시스템들은 에폭시 물질들과, 손상된 파이프 둘레의 모놀리식(monolithic) 구조를 생성하는 다른 수지들을 구비한 매트릭스 복합 섬유에 기초한다. 일반적으로 다양한 섬유, 폴리머, 수지, 부분 폴리머(prepolymer), 접착제, 및 다른 성분들이 파이프의 손상된 부분 둘레의 복합 물질 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 복합 수리 시스템들은 통상적으로 유리 섬유들을 이용하고, 비용이 많이 드는 기계적 슬리브, 용접, 및 비가동 시간을 회피함으로써, 부식된 파이프들의 수리 비용들을 감소시킬 가능성을 제공한다.

하지만, 아래에 논의된 것처럼 이들 복합 수리의 제조는 노동 집약적인 경향이 있다. 예를 들어, 각 섬유 층은 파이프 주위에 섬유로 감싸기 전에 수지를 담아 적셔진다. 섬유와 수지(본 명세서에서는 폴리머라고 함)의 몇몇 층은 한 번에 손으로 조직적으로 도포된 하나의 층으로, 이 경우 섬유들은 각 섬유 층의 도포에 앞서 수지에서 천천히 그리고 주의 깊게 미리 적셔진다. 예컨대, 섬유(예컨대, 섬유 타입)는 폴리머(예컨대, 에폭시 수지)의 흠뻑 젖음을 통해 당겨질 수 있는데, 이는 그 섬유가 파이프에 성가시게 도포되기 때문이다. 그러한 지루한 취급 및 개방된 설치들은 환경 및 응용 도전, 수지 화합물과 용제의 취급, 증가된 노동 시간 등을 야기한다.

또한, 당업자라면 알게 되는 것처럼, 노동자는 수지 가용 수명(pot life)(즉, 분 또는 시 단위의 수지 설정 시간)을 의식해야 하는데, 이 경우 수지의 점성도는 가용 수명 만료함에 따라 상당히 증가하고, 이는 섬유에 수지를 적절히 도포하고, 폴리머 수지 복합물을 효과적으로 주조하고 형성하는 것을 어렵게 한다. 수지 가용 수명은, 수지가 통상적으로 하루 또는 여러 날 후에 일어나는 가교-결합된(cross-linked) 열경화성 수지를 형성하는 시간인 수지 경화 시간과 혼동되어서는 안 된다. 그러한 수지 시스템들의 가용 수명(및 연관된 접성도에 있어서의 증가)은 통상적으로 수 분만을 포함한다. 틀림없이, 수지 가용 수명의 만료 전에 완료되지 않은 설치는 파이프를 둘러싸는 흠이 있는 복합 구조와 파이프 변이를 초래할 수 있다.

일반적으로 수지 가용 수명의 만료와 연관된 점성도의 증가로 인해 점성 수지 구조의 비교적 급한 형성과, 층별 섬유의 느리고 성가신 미리 적시는 것과 도포 기술 사이에 긴장이 존재한다. 그러므로, 파이프 복합물 수리에서, 많은 섬유와 수지 시스템들은 파이프와 파이프 변이 위에 놓이는 적절한 복합 구조물의 모양으로 주조하고 만들기 어렵다.

게다가, 비교적 상승된 유리 전이 온도와 열 편향 온도(HDT: heat deflection temperature)를 가지는 복합 수리 시스템들에 관한 필요성이 업계에 존재한다. 그러한 필요성은 비교적 높은 온도 환경과 파이프라인의 내용물, 그 파이프라인의 온도 및 압력 등급들, 업계 표준의 요구 사항 등 때문에 존재할 수 있다. 적용 가능한 업계 표준의 일 예는 "Non-Metallic Composite Repairs Systems for Piping and Pipe Work"라는 제목의 ASME(American Society of Mechanical Engineers) PCC-2(Post-Construction Code-2)이다. ASME PCC-2 내의 증명시, 예컨대 수지/섬유 복합 시스템은 일반적으로 일정한 Tg 및 HDT 요구 사항을 만족해야 한다. ASME PCC-2에 따르면, 예컨대 수리 시스템들의 서비스 온도는 누출되지 않는 파이프 작업에 관해서는 Tg-36℉(2.22℃)/HDT-27℉(-2.77℃)로서 보고되고, 누출 파이프 작업에 관해서는 Tg-54℉(12.22℃)/HDT-36℉(2.22℃)로서 보고된다.

낮은 수축량과 실제적인 작업 시간(예컨대, 2시간 미만의)으로 실온에서 유리하게 경화되는 수지들(예컨대, 일정한 에폭시, 우레판, 폴리에스테르, 아크릴, 비닐 에스테르 등)은, 후 경화(post cure)(예컨대, 외부 열 소스에 의한) 없이 더 낮은 온도인 Tg{예컨대, 110℉(43.33℃) 내지 135℉(57.22℃)의 범위에서}까지 불리하게 경화될 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 그러므로, 통상적으로 전통적인 수지의 주위 온도 경화는, 오직 경화된 수지에 135℉(57.22℃) 이하의 Tg를 줄 수 있다. 그러한 Tg는 오직 ASME PCC-2 표준마다 누출되지 않는 파이프에 관해 99℉(37.22℃)의 동작 등급(class)을 만족시키게 되고, 이는 많은 파이프 수리 응용예에 관해 불만족스러운 것이다. 수시강의 기간 동안 경화 수지를 가열하기 위해{예컨대, 150℉(65.55℃) 내지 400℉(204.44℃)까지의}, 현장(field)에서 외부 열 소스를 추가하는 옵션은 통상적으로, 성가시고, 시간을 소비하며, 비실용적이고, 일반적으로 파이프 작업의 많은 현장 수리들에 있어서 비용면에서 효과적이지 않다. 외부 가열(후 경화)의 이러한 비실용적인 절차는 또한 통상적으로 200℉(93.33℃)가 넘는 Tg를 갖는 경화된 수지를 제공하지만 일반적으로 적당한 경화를 위해 수시간 동안 150℉(65.55℃) 내지 400℉(204.44℃)를 넘는 외부 열 소스의 인가를 필요로 하는 열 경화/활성화된 에폭시 수지 시스템들(그리고 우레탄, 에폭시-비닐 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리에스테르 등)의 사용을 실질적으로 금지할 수 있다.

파이프의 부분을 강화시키는 방법으로서,

섬유 구조를 강화될 파이프의 부분에 도포시키는 단계와;

상기 섬유 구조를 수지에 실질적으로 스며들게 하기 위해 수지를 섬유 구조를 통해 파이프의 부분에 가압하는 단계로서, 상기 수지는 약 10,000cp 미만의 점도와, 약 30dynes 미만의 표면 장력을 포함하는, 가압 단계와;

수지가 약 200℉(93.3℃)보다 큰 피크 발열로 주변 상태 하에 경화하도록 하는 단계로서, 상기 경화된 수지는 약 150℉(65.6℃)보다 높은 유리 전이 온도와, 약 150℉(65.6℃)보다 높은 열 왜곡(distortion) 온도를 포함하는, 수지 경화 단계를 포함한다.

상기 수지를 경화시키는 단계는 외부 열 소스의 적용 없이도 주변 상태 하에 상기 수지를 경화시키는 단계를 포함한다.

상기 수지를 가압하는 단계는

섬유 구조 주위에 유연한(pliable) 몰드를 설치하는 단계와;

상기 유연한 몰드 주위에 강화 격납 용기(containment)를 설치하는 단계와;

수지를 강화 격납 용기를 통해 섬유 구조의 상부상의 유연한 몰드에 붓는 단계와;

상기 수지를 섬유 구조를 통해 파이프에 가압하기 위해 상기 유연한 몰드를 압착하는 단계를 포함한다.

상기 강화 격납 용기는 파이프와의 고리(annulus)를 형성한다.

상기 강화 격납 용기는 파이프 주위에 상기 수지의 두께의 제어를 용이하게 한다.

상기 강화 격납 용기는 방사상 방향으로 유연하고, 축방향으로 강성(stiffness)을 제공한다.

물체를 강화시키는 방법으로서,

섬유 구조를 물체의 표면에 도포하는 단계와;

섬유 구조를 실질적으로 스며들게 하고 섬유 구조 상에 수지의 층을 형성하기 위해 물체의 표면 상에 배치된 섬유 구조에 수지를 도포하는 단계와;

상기 수지가 경화되어, 물체의 표면상에 건식 섬유 구조와 수지의 복합물(composite)을 형성하도록 하는 단계로서, 상기 경화된 수지는 약 150℉(65.6℃)보다 높은 유리 전이 온도와, 약 150℉(65.6℃)보다 높은 열 왜곡 온도를 포함하는, 수지 경화 단계를 포함한다.

상기 물체는 파이프를 포함하고, 상기 섬유 구조를 도포하는 단계는 파이프의 외부 표면 주위에 섬유 구조를 감는(wrapping) 단계를 포함한다.

상기 섬유 구조는 물체의 표면에 도포하기 전에 또는 도포할 때 수지로 적셔지지 않는다.

물체를 강화시키는 방법으로서,

섬유 구조를 물체의 표면에 도포시키는 단계와;

도포된 섬유 구조 주위에 직물 몰드를 설치하는 단계와;

직물 몰드 주위에 탬부어(tambour)를 위치시키는 단계와;

폴리머 물질을 직물 몰드 내부에 배치시키고, 섬유 구조를 실질적으로 스며들게 하기 위해 폴리머 물질을 섬유 구조에 가압하는, 배치 및 가압 단계로서, 상기 폴리머 물질은 10,000 centipoise 미만의 점도를 포함하는, 배치 및 가압 단계를 포함한다.

상기 폴리머 물질이 경화되게 하여 물체의 표면 상에 섬유 구조와 폴리머 물질의 복합물을 형성하도록 하는 단계를 포함한다.

상기 섬유 구조를 도포시키는 단계는 물체의 외부 표면 주위에 섬유 구조를 감는 단계를 포함한다.

파이프를 수리하는 시스템으로서,

파이프 주위를 감고, 파이프 주위에 강화 물질의 설치 이후에 수지를 수용하도록 구성된 강화 물질과;

파이프 주위에 감겨진 강화 물질 주위에 배치되도록 구성되고, 상기 강화 물질 주위에 수지를 수용하고 수지를 고정시키도록 구성된, 유연한 몰드와;

파이프 상에 배치된 유연한 몰드의 적어도 부분을 싸고(encase) 지지하도록 구성된 지지 구조를 포함하며,

상기 수지는 섬유를 침투시키고 파이프 상에 강화 물질과의 복합물을 형성하도록 유연한 몰드 내부에 부어지도록 제제(formulated)되고, 상기 수지는 30dynes 미만의 표면 장력 및 10,000CP 미만의 점도를 포함한다.

상기 수지는 에폭시 시스템, 폴리에스테르 시스템, 비닐 에스테르 시스템, 우레탄 시스템, 또는 메타크릴레이트 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.

상기 유연한 몰드는 직물을 포함한다.

상기 유연한 몰드는, 강화 물질을 수지에 실질적으로 스며들게 하기 위해 수지를 강화 물질을 통해 파이프에 가압시키도록 압축되도록 구성된다.

상기 지지 구조는 파이프와의 고리를 형성하는 단단한 외피를 포함한다.

상기 지지 구조는 방사상 방향으로 유연하고, 축방향으로 강성을 제공한다.

상기 지지 구조는 금속 시트를 포함한다.

상기 지지 구조는 축방향으로 강성을 제공하는 복수의 유연한 부재를 갖는 탬부어를 포함한다.

본 고안의 전술한 및 다른 장점들과 특징들은 후속하는 상세한 설명과 도면을 참조하여 읽음으로써 분명해진다.

도 1은 본 고안의 예시적인 실시예에 따라 파이프를 수리하는 예시적인 방법의 블록도.

도 2는 본 고안의 예시적인 실시예에 따라 파이프에 도포되는 건식 섬유 매트를 예시하는 수리중인 파이프의 사시도.

도 3은 본 고안의 예시적인 실시예에 따라 파이프에 고정되고 파이프 둘레에 감싸지지 않은 건식 섬유를 도시하는 도 1의 파이프의 사시도.

도 4는 본 고안의 예시적인 실시예에 따라 파이프에 설치된 밀봉(seal)들을 가지는 도 2의 파이프의 사시도.

도 5는 수지를 포함하고 2개의 절반부를 가지는 외부 성분(예컨대, 외피)을 예시하고 도 3의 파이프의 분해 사시도.

도 6은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 밀봉들과 짝을 이루고 파이프 둘레에 설치된 외부 성분을 가지는 도 4의 파이프의 사시도.

도 7은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 라인(6-6)을 따라 취해진 도 5의 파이프의 단면도.

도 8은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 배관 시스템의 엘보우 또는 굴곡부에 도포된 파이프 수리 시스템의 사시도.

도 9는 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 외부 성분의 2개의 절반부의 예시적인 연결을 더 상세히 예시하는 도 5의 파이프 부분의 분해도.

도 10은 본 고안의 예시적인 실시예에 따라 대안적인 외부 성분과 외부 성분에 배치된 대안적인 연결을 가지는 파이프 부분의 사시도.

도 10a는 도 10의 한 부분의 상세도.

도 11과 도 12는 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 수리된 파이프 둘레에 외부 성분을 고정하기 위한 호스 클램프(hose clamp)를 가지는 파이프의 한쪽 단부를 상세히 보여주는 도 5의 단면(section line)을 따라 취해진 대안적인 단면도들.

도 13은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 수지를 보유하기 위해 사용된 외부 성분을 수리된 파이프 둘레에 고정시키기 위한 예시적인 패스너(fastener)(호스 클램프 대신)의 사시도.

도 14는 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 수지 가용 수명을 수지 점도 대 시간으로 표시하는 도면.

도 15는 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 파이프, 베젤, 및 다른 물체들의 수리나 강화에 사용된 탬부어(tambour)의 내부 표면의 사시도.

도 16은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 도 15의 탬부어의 외부 표면의 사시도.

도 17은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 탬부어를 고정하기 위한 수(male) 결합부를 가지는 탬부어 부분의 사시도.

도 18은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 암(female) 결합부와 단부-갭 스팬(end-gap span)을 가지는 탬부어 부분의 사시도.

도 19a와 도 19b는 본 고안의 예시적인 실시예에 따라 맞물린 수 결합과 암 결합이 사용되는 고정된 탬부어의 사시도들.

도 20은 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 탬부어의 압출 성형 슬레이트(extrusion slat)들을 로킹(locking)시키기 위한 단부 캡(end cap)의 사시도.

도 21은 힌지가 달리는 디자인을 가지는 탬부어의 2개의 압출 성형 슬레이트의 단면도.

도 22a는 각각 결함을 가지는 파이프의 사시도와 단면도.

도 22b는 각각 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 파이프의 외부 표면에 배치된 절연성 랩(예컨대, 유리섬유 랩)을 가지는 도 22a의 파이프의 사시도와 단면도.

도 22c는 각각 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 절연성 랩 둘레에 싸인 강화 직물 피륙(예컨대, 탄소 섬유들)을 가지는 도 22b의 파이프의 사시도와 단면도.

도 22d는 각각 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 강화 섬유 피륙 둘레에 배치된 섬유 몰드를 가지는 도 22c의 파이프의 파이프의 사시도와 단면도.

도 22e는 각각 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 직물 몰드 둘레에 배치된 탬부어를 가지는 도 22d의 파이프의 사시도와 단면도.

도 22f는 각각 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 직물 몰드 내로의 수지의 도입을 도시하는 도 22e의 파이프의 사시도와 단면도.

도 22g는 각각 본 고안의 예시적인 실시예에 따른 직물 몰드를 통해 수지의 가압을 도시하는 도 22f의 파이프의 사시도와 단면도.

도 22h는 각각 본 고안의 예시적인 실시예에 따라 단단해진 수지를 노출시키기 위해 탬부어와 직물 몰드가 제거된 후의 도 22g의 파이프의 사시도와 단면도.

본 고안의 하나 이상의 예시적인 실시예가 아래에 설명된다. 이들 실시예의 간결한 설명을 제공하려는 노력으로, 실제 구현예의 모든 특징이 본 명세서에서 설명되지는 않는다. 임의의 그러한 실제 구현예의 개발에서는 임의의 공학 또는 디자인 프로젝트에서처럼, 구현예들마다 변할 수 있는 시스템 관련 및 비지니스 관련 강제 사항들의 준수와 같은 개발자의 특정 목표들을 달성하기 위해 다수의 구현예 특정 결정들이 이루어져야 한다는 점을 알아야 한다. 게다가, 그러한 개발 노력은 복잡하고 시간을 소비할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시물의 혜택을 누리는 당업자에 있어서는 설계, 제조, 및 제작의 일상적으로 떠맡는 일이 된다.

본 기술의 논의를 용이하게 하기 위해, 쓰여진 설명이 섹션별로 제공된다. 섹션 Ⅰ는 예시적인 파이프 수리 시스템의 부분들을 논의한다. 섹션 Ⅱ는 파이프 변이와 파이프라인 검사 기술들을 논의한다. 섹션 Ⅲ은 예시적인 강화 물질들의 특성을 논의한다. 섹션 Ⅳ는 파이프 수리 시스템들에서 사용될 수 있는 예시적인 폴리머 물질들을 논의한다. 마지막으로, 섹션 Ⅴ는 유연한 몰드에 대해 강화시키는 억제책(예컨대, 탬부어)을 이용하는 파이프 수리 기술들을 논의한다.

Ⅰ. 파이프 수리 시스템

본 기술은 복합 수리와 연관된 수리 물질들의 통상적인 넓은 취급을 회피하면서 파이프 위에 강화된 폴리머 복합물을 형성함으로써 효율적인 파이프 수리를 제공한다. 처음에는, 수리될 파이프의 하나의 단면이 식별된다. 수리를 구현하기 위해, 강화 물질(예컨대, 섬유 구조)이 수리될 파이프 단면의 표면에 도포될 수 있다. 일정한 실시예들에서, 강화 물질은 파이프 둘레에 감싸지지만 패치(patch)와 같은 다른 형태들로 도포될 수 있다. 강화 물질은 건식 상태로 도포되어, 젖은 물질들(예컨대, 수지-포화된 섬유)의 취급과 연관된 문제점들을 회피한다. 이후 수지는 파이프 위의 강화 물질에 도포될 수 있다. 예컨대, 수지는 브러시로 도포될 수 있거나, 파이프에 강화 물질을 고정한 후, 외부 억제 성분(예컨대, 슬리브, 외피, 상자, 벽, 외부 파이프 등)이 강화 물질에 인접하게 또는 강화 물질 둘레에 설치될 수 있다. 후자의 경우, 폴리머 물질, 폴리머 선구 물질, 및/또는 부분 폴리머 등이 억제 성분과 강화 물질 사이에 놓인다. 본 명세서에서 사용된 "폴리머 물질"이라는 용어는 다양한 폴리머, 부분 폴리머, 수지, 경화제, 플라스틱, 합성된 혼합물 등을 넓게 포괄하는 것으로 의도된다.

일정한 구성들에서, 유체 또는 반-유체(semi-fluid) 물질이 강화 물질의 상부에 억제 성분 내부에 부어진다. 폴리머 물질은 폴리머 물질의 점성도의 임의의 상당한 증가에 앞서 강화 구조에 침투한다. 강화 및 중합 물질들의 특성은 폴리머 물질이 중력, 모세관 현상, 외부 압력 등에 의해 강화 구조에 스며들거나 포화되도록 선택될 수 있다. 마지막으로, 폴리머 물질은 경화 또는 폴리머화되는 것이 허용 될 수 있어, 파이프를 수리하고 파이프나 파이프라인의 작동 압력 용량을 복원하는 강화 폴리머 복합물을 형성한다.

A. 파이프 변이를 식별하고 건식 섬유 구조를 파이프에 도포한다.

도면들을 참조하면, 도 1 내지 도 7은 파이프를 수리 및/또는 강화시키고, 파이프의 벽 두께를 증가시키며, 파이프의 압력 등급 또는 압력 용량을 복원 또는 증가시키고, 베젤이나 다른 장비를 수리하는 것 등을 행하기 위해 사용될 수 있는 파이프 수리 시스템(10)의 예시적인 구현예를 도시한다. 도 1은 파이프를 수리하기 위한 방법의 블록도(1)이고, 도 2 내지 도 7에 도시된 예시적인 기술들의 논의에서 참조된다. 처음에는, 변이(예컨대, 부식, 움푹 들어가는 것(pitting), 응력 균열 부식 등)가 파이프의 내부 표면과 외부 표면 상에서 검출될 수 있고, 따라서 블록(2)으로 표시된 것처럼, 수리될 파이프의 부분이 식별된다. 변이의 식별과 분석이 이루어지면(그리고 건식 섬유 구조와 같은 강화 물질의 도포 전에), 그러한 변이는 그러한 변이를 세척하고, 그러한 변이를 그라인딩(grinding)하거나 샌딩(sanding), 그러한 변이에 충전재 물질을 놓는 것 등과 같은 몇몇 방식으로 사전에 처리될 수 있다. 그러한 변이의 사전 처리가 있거나 없거나, 스며든 수지가 없는 건식 섬유 구조물(예컨대, 건식 섬유 테이프나 패치)이 파이프에서 변이 둘레에 도포되거나 감싸질 수 있다(블록 3). 건식 섬유 구조물은, 예컨대 표준 접착제나 테이프에 의해 각 단부에 고정될 수 있다.

도 2와 도 3의 예시된 실시예에서, 건식 섬유 구조물(12)(예컨대, 건식 섬유 테이프, 매트, 직물 등)이 실패나 변이(16)를 가지는 파이프(14)에 도포된다. 이 파이프(14)는 파이프라인(30)(예컨대, 기체나 액체 전송 파이프라인)의 부분일 수 있고, 다양한 금속 및/또는 시멘트, 플라스틱 등과 같은 비금속성 물질들로 구성될 수 있다. 예시적인 파이프 금속들에는 강철, 탄소강, 스테인레스강, 구리, 놋쇠, 및 니켈 합금과 다른 금속 합금 등과 같은 좀더 특이한 금속들이 포함될 수 있다. 예시적인 파이프 폴리머 물질들에는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 다른 열가소성 물질, 열경화성 물질, 충전재 강화된 폴리머들, 유리섬유 강화 플라스틱 등이 포함된다. 파이프(14)는 또한 부식을 막고, 태양광에 노출시키는 것을 금지하며, 화학적인 공격에 대항하여 보호하는 것 등을 행하기 위해 내부 및 외부 코팅(미도시)을 포함할 수 있다. 마지막으로, 표시된 것처럼 파이프(14)의 벽 두께(26)는 파이프(14)와 배관 시스템{예컨대, 파이프라인(30)}의 바라는 압력 등급을 만족시키기 위해 특정될 수 있다.

이 예에서, 건식 섬유 구조(12)는 이전에 언급된 통상적인 접착제나 테이프와 같은 접착 성분(18)으로 파이프(14)에 처음에 고정될 수 있다. 예컨대, 건식 섬유 구조물(12)의 한쪽 단부를 고정하면, 건식 섬유 구조물(12)의 하나 이상의 층이 파이프(14) 둘레를 감싸게 되어, 실패 또는 변이(16)의 수리를 개시하고/개시하거나 파이프(14)의 압력 등급 또는 압력 용량의 일부 또는 전부를 복원한다. 일반적으로, 건식 섬유 구조물(12)은 수리될 파이프(14)의 한 부분의 외부 표면(22)을 커버한다. 건식 섬유 구조물(12)은 파이프 둘레에 감싸지는 것 대신 패치나 다른 형태들로서 도포될 수 있다는 점이 강조되어야 한다. 게다가, 건식 섬유 구조물(12)과 수리 시스템(10)은 베젤, 베젤 노즐, 기계, 탱크, 펌프, 반응기 등과 같은 배관 외의 장비에 적용될 수 있다. 파이프(14)의 경우, 파이프(14)는 통상적으로 외부 표면(22)과 내부 표면(24)을 가지는 원통형 벽(20)을 포함한다. 파이프(14)의 바라는 압력 등급을 복원하거나 유지하기 위해 건식 섬유 구조물(12)의 선택시 고려할 변수들에는 벽 두께(26), 내부 직경(28), 파이프(14)의 구성 물질들, 및 다른 인자들이 포함된다.

파이프(14)를 강화하거나 수리하기 위해, 본 고안의 기술들은 건식 섬유 구조물(12)의 실질적으로 스스로 형성되는 복합물과 수지를 파이프(14)의 외부 표면(22)에 제공한다. 아래에 상세히 논의되는 것처럼, 손 또는 습식 강화 플라스틱 제법(lay-up)이 요구되지 않도록 건식 섬유 구조물(12)과 수지의 특성들이 특정될 수 있는데, 이는 수지가 건식 섬유 구조물(12) 내의 섬유들 둘레에서 파이프(14)의 외부 표면으로 스며들기 때문이다. 그러므로, 수지는 섬유들이나 섬유 구조물의 층들을 미리 적셔야하지 않고 섬유 구조물 상부에 도포될 수 있다. 또한 축축한 흠뻑 젖은 섬유를 성가시게 다루는 것이 유리하게 회피될 수 있다.

B. 파이프 위에 밀봉들과 외부 억제 성분을 설치하기

이제 도 1에 도시된 방법(1)과 도 4 내지 도 6에서 도시된 파이프 수리를 참조하면, 유연한 고무 스트립들, 금속 성분들, 및 다른 요소들과 같은 밀봉 또는 밀봉 단부들(32)이 감싸지고 고정된 건식 섬유 구조물(12){블록(4)}의 업스트림과 다운스트림과 같은 파이프(14)의 부분들에서 설치될 수 있다. 밀봉들(32)이 설치되기 전과 설치된 후, 슬리브, 외피, 상자, 콘테이너 등과 같은 억제 성분(36)이 건식 섬유 구조물(12)을 가지는 파이프(14)의 부분 둘레에 위치할 수 있다. 억제 성 분(36)은 밀봉들(32)과 짝을 이루어 억제 성분(36)의 내부 표면과 파이프(14) 및 섬유 구조물(12)의 외부 표면 사이에 실질적으로 밀봉 가능한 공동(cavity)을 형성한다{블록(5)}. 더 나아가, 억제 성분(36)은, 예컨대 간단한 호스 클램프나 더 정교한 패스너를 억제 성분의 각각의 길이 방향 단부에 위치시킴으로써 파이프(14)에 고정될 수 있다{블록(5)}. 억제 성분(36) 위의 그러한 클램핑 디바이스들은 또한 밀봉들(32)의 압축을 용이하게 할 수 있고 따라서 밀봉들(32)의 무결성(integrity)을 증진시킨다.

도 4 내지 도 6의 예시적인 실시예들은 수리될 파이프(14)의 절단면의 각 단부 쪽으로 예시적인 파이프 수리 시스템(10)에 배치된 밀봉들(32)을 도시한다. 이 실시예에서, 예시적인 밀봉들(32)(예컨대, 고무 스트립들)은 유연하여, 파이프(14) 둘레에 감싸질 수 있고, 건식 섬유(12) 랩들의 외부에서 파이프(14)를 따라 길이 방향으로 위치한다. 또한 밀봉들(32)의 목적은, 건식 섬유 구조물(12)을 포함하는 파이프(14)의 절단면과 외부 억제 성분(36)의 내부 표면 사이에 실질적으로 밀봉 가능한 공동의 형성을 용이하게 하는 것이다. 이 공동은 건식 섬유 구조물(12)을 통해 파이프(14)의 외부 표면(22)에 스며들어 결국에는 파이프(14)의 복합적인 수리로 경화시키는 다른 폴리머 물질이나 수지를 받아들일 수 있다. 예시적인 밀봉들(32) 외의 밀봉 구성들이 본 고안의 기술들에서 이용될 수 있다는 점이 강조되어야 한다. 예컨대, 거품 물질이 파이프(14)와 억제 성분(36) 사이의 단부들을 채울 수 있다. 반면에, 압력이 가해진 억제 성분(36) 시스템들에서는, 예컨대 기계적인 밀봉들과 같은 더 정교한 밀봉들이 이용될 수 있다.

2개의 절반부(36A,36B)를 가지는 예시적인 억제 성분(36)이 도 4에 예시되어 있다. 이 절반부들(36A,36B)은 파이프(14) 세그먼트와 건식 섬유 구조물(12)을 베젤에 넣기 위해 짝을 이루는 단부 표면들(34A,34B)을 포함한다. 억제 성분(36)은 얇은 금속(예컨대, 1/8" 시트 금속), 배관(예컨대, 표준 탄소 강 배관), 플라스틱, 직물 등으로 구성될 수 있다. 억제 성분(36)은 파이프(14)의 건식 섬유 구조물(12) 둘레에 설치된다. 예시된 실시예에서, 억제 성분(36)의 2개의 절반부(36A,36B)는 억제 성분(36)의 단부 표면들(34A,34B)에서 연결된다. 절반 단부 표면들(34A,34B)에서 2개의 억제 요소 절반부(36A,36B)를 고정시키는 고정 요소(37)는 용접되고, 볼트로 죄어지며, 고정되고, 꺾쇠로 박아지며(stapled), 아교로 붙여지는 식으로 될 수 있다.

게다가, 억제 성분(36)은 대신 다양한 구성예와 함께 단일 조각 또는 3개 이상의 조각을 포함할 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 실제로, 수지(41)를 포함하는 것으로 결정되면, 억제 성분(36)은 직물, 미리 뚤뚤 감긴 코일 형태의 금속 테이프, 금속 또는 플라스틱 슬리브들, 원통형 칼라(collar), 클램프, 속이 빈 세그먼트 등일 수 있다. 더 나아가, 아래 섹션 Ⅴ에서 논의된 것처럼, 억제 성분은 예컨대 직물 몰드 위에 도포될 수 있는 강화 억제물(예컨대, 탬부어, 시트 금속 등)을 포함할 수 있다.

C. 수지를 도포하고 수지가 건식 섬유 구조물에 스며드는 것을 허용한다

이제 도 1과 도 6을 참조하면, 수리하는 동안 수지(41)는, 예컨대 처음에 수지가 파이프(14) 위에 배치된 건식 섬유 구조물(12)의 상부에 놓여있는 개구부 또 는 채우기 튜브를 통해 억제 성분(36) 내부에 부어질 수 있다(블록 6). 수지 점성도, 가용 수명, 및 다른 특성들이 특정되어, 수지가 중력, 모세관 작용, 또는 압력을 인가함으로써 섬유들 둘레와 섬유들 내로 스며들 수 있게 된다(블록 7). 일반적으로, 간단히 수지가 중력 및/또는 모세관 작용에 의해 섬유들 내로 스며들게 하는 것은, 억제 성분(36)이 건식 섬유 구조물(12)에 수지가 스며드는 것을 돕기 위해 압력이 가해지는 기술들에 비해 설치를 용이하게 하기 위해 제공될 수 있다. 하지만 표시된 것과 같이, 외부 펌핑 메커니즘(미도시)이나, 수지에 대해 유연한 외피(예컨대, 직물, 플라스틱 등)를 밀거나 압착시키는 것 등으로 추가적인 압력이 인가될 수 있다. 결국에는, 수지가 변이를 수리하고, 배관 시스템의 무결성을 증진시키고/증진시키거나 배관 시스템의 동작 압력 용량을 복원하기 위해, 수지와 섬유의 매트릭스나 복합물을 형성하도록 경화된다(블록 8).

수지(41)를 억제 성분(36) 내로 증착시키기 위해, 도 6에 예시된 바와 같은 억제 성분(36)에서의 개구부(38,40)가 수지를 받아들이고/받아들이거나 공기를 제거할 수 있다. 예컨대, 폴리머 물질이나 수지(41)는 개구부(38) 내로 부어질 수 있는데 반해, 공동 내의 공기가 들어오는 수지(41)에 의해 변위될 때, 억제 성분(36) 내의 공동에서의 공기는 개구부(40)를 통해 빠져나간다. 대안적으로, 억제 성분(36) 내의 2개의 개구부 또는 3개 이상의 개구부 대신, 억제 성분(36) 내의 단일 개구부가 수지(41)를 추가하기 위해 이용될 수 있다. 더 나아가, 밀봉들(32)에서와 같이, 수리 시스템(10)의 다른 부분들에서의 밀봉 가능한 개구부들은 억제 성분(36) 내부에서 수지(41)를 추가하기 위해 사용될 수 있다.

개구부(38,40)는 수지(41)의 채우기 및/또는 공기의 변위를 용이하게 하는 튜브(46,48)를 받도록 구성된 부속품(fitting)들(42,44), 또는 다른 연결기들을 포함할 수 있다. 도 6의 예시된 실시예에서, 수지(41)는 참조 화살표(60)에 의해 도시된 것처럼, 충전 튜브(46)를 통해 개구부(38) 내로 부어진다. 공기는 참조 화살표(62)에 의해 도시된 것처럼, 튜브(48)를 통해 억제 성분(36) 내부로부터 개구부(40)로 변위된다.

억제 부재(36)를 사용하는 것이 단지 수지(41)가 파이프(14) 상에서 건식 섬유 구조물(12)에 어떻게 도포될 수 있는지를 나타내는 일 예라는 점이 이해되어야 한다. 다른 대안예들에는, 예컨대 건식 섬유 구조물(12)이 파이프(12) 위에 놓인 후 브러시를 사용하여 건식 섬유 구조물(12)에 수지를 도포하는 것을 포함한다. 이러한 대안예가 수지의 억제를 제공하는데 반해, 억제 부재(36)가 사용되지 않기 때문에 덜 고가인 수리를 제공한다.

D. 파이프 수리의 예시적인 층들

파이프 수리 시스템(10)의 예시적인 층들이 도 7에 도시되어 있고, 이 경우 파이프 수리 시스템(10)의 단면도가 도 6의 분할 선(7-7)을 따라 취해진다. 단면의 중심에는 내부 표면(24)을 가지는 파이프(14)가 있다. 파이프 수리 시스템(10)을 완료하게 되면, 처음에 파이프(14) 상에 배치된 건식 섬유 구조물(12)이 실질적으로 막 경화된 수지(41)로 포화된다. 더 나아가, 경화된 수지(41) 또한 억제 성분(36) 내의 건식 섬유 구조물(12)의 상부에 앉아 있는다. 수지(41)와 섬유 구조물(12)은 함께 파이프(14) 상에서 그리고 억제 성분(36) 내에서 매트릭스 또는 복 합물을 형성한다.

억제 성분(36)은 특별한 응용예에 따라 설치되거나 제거된 채로 있을 수 있다. 억제 성분(36)을 제거하기 위해, 억제 성분(36)이 잘라지고, 고정 요소(37)가 분해될 수 있다. 억제 성분(36)이 남아 있다면, 그것은 통상적으로 수리 시스템(10)의 외부 성분이라는 점이 주목되어야 한다. 이 경우, 억제 성분(36)의 외부 표면(54)은 파이프 수리 시스템(10)의 외부 표면이다. 하지만 또한 억제 성분(36)이 제거될 수 있다.

E. 파이프 엘보우들과 파이프 굴곡부들의 수리

마지막으로, 도 8에 도시된 바와 같은 파이프 수리 시스템(10)은 파이프(144)의 엘보우(142)에 유리하게 적용될 수 있음이 주목되어야 한다. 또한, 이전 도면들의 파이프(14)를 가지고 행하는 것처럼, 파이프(144){그리고 엘보우(142)}는 파이프라인(30)의 한 부분을 포함할 수 있고, 외부 표면(148)과 내부 표면(150)을 포함한다. 하지만, 당업자라면 알 수 있듯이, 파이프(144)의 엘보우(142)의 방향에 있어서의 변화는 추가적인 수리 도전들을 제기한다. 그렇지만, 본 고안의 기술들은 파이프 엘보우(142), 다른 파이프 굴곡부들, 및 수리를 필요로 하는 다른 불규칙적으로 모양이 만들어진 물체들의 수리에 적용된다.

이 대안적인 실시예에 도시된 억제 성분(146)은 억제 성분(146) 내로부터의 공기를 변위시키기 위한 것뿐만 아니라, 억제 성분(146) 내부에 수지를 붓기 위한 개구부(152,154)를 포함할 수 있다. 더 나아가, 앞서 논의된 바와 같이 억제 성분(36)은 개구부(142,154)에서의 부속품들(156,158)과 함께 채우기 튜브들 및/또는 공기 튜브들(160,162)을 포함할 수 있다. 마지막으로, 예시되지는 않았지만 도 8에 도시된 파이프 수리 시스템(10)은 일반적으로 예컨대 억제 성분(146) 아래의 파이프 엘보우(142) 상의 변이 위에 복합물을 형성하는 수지(41)와 섬유 구조(12)를 포함하게 된다.

F. 억제 성분 구성예들과 패스너들

도 9와 도 10은 억제 성분(36)이 어떻게 파이프 수리 시스템(10)에서 고정될 수 있는지의 예들을 예시한다. 도 9에서, 억제 성분(36)은 2개의 절반부(36A,36B)를 서로 이어 만들기 위해 짝을 이루는 플랜지(flange)(80)들을 가지는 시트 금속이나 플라스틱 등과 같은 얇은 물질일 수 있다. 플랜지(80)는 너트(nut)(86)들과 짝을 이루는 볼트(84)들을 수용하도록 구성된 구멍(82)들을 가진다. 임의로, 구멍(90)들을 가지는 개스킷(gasket) 물질(88)이 억제 성분(36)의 2개의 절반부(36A,36B) 사이의 밀봉을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 억제 성분(36)은 2개의 별개의 절반부를 포함하지 않을 수 있지만, 대신 예컨대 한쪽에는 힌지를 가지고, 나머지 한쪽에는 플랜지로 둘러싸인 단일 구조물을 포함한다는 점이 강조되어야 한다.

도 10에 도시된 것처럼, 억제 성분(36)은 재료의 단일 조각이나 넓은 스트립일 수 있다. 억제 성분(36)은 시트 금속, 플라스틱 시트, 직물의 감긴 것 등과 같은 유연하거나 반정도 유연한(semi-flexible) 재료일 수 있다. 수리될 파이프(14)의 부분을 수용하기 위해, 유연한 억제 성분(36) 스트립이 파이프(14) 둘레에서 감싸진다. 억제 성분(36) 스트립의 단부(100)는 억제 성분(36)의 나머지 단부 위에 겹쳐진다. 억제 성분(36) 스트립의 중복 밀봉의 상세부를 더 잘 예시하기 위해, 도 10a는 억제 성분(36)의 스트립 단부(100)를 보여주는 파이프 수리 시스템(10)의 분해도를 도시한다. 억제 성분(36)의 설치를 완료하기 위해, 호스 클램프(68)나 다른 성분이 건식 섬유 구조물(12)을 가지는 파이프(14)의 부분 둘레에 감싸진 억제 성분(36) 스트립을 고정할 수 있다. 임의로, 밀봉 물질(102)이나 수지(41)가 또한 파이프 수리 시스템(10)에서 억제 성분(36)의 스트립 단부(100)를 고정하고 밀봉할 수 있다.

도 11과 도 12를 참조하면, 도 10의 파이프 수리 시스템(10)의 단부에서 분할 선(A-A)을 따라 취해진 단면은 억제 성분(36)의 예시적인 안정화 대안예를 도시한다. 도 11에서, 예컨대 호스 클램프(68)는 시스템(10)에서 억제 성분(36)을 고정시키기 위해, 억제 성분(36)의 하나의 단부 둘레를 감싼다. 클램프(68)는 또한 억제 성분(36)으로부터 수지(41)가 빠져나갈 가능성을 줄이기 위해 밀봉(32)에 더 압력을 가한다. 도 11의 예시된 실시예에서, 호스 클램프(68)는 억제 성분(36) 둘레에서 클램프(68)를 바짝 죄기 위해 통상적인 나사(70)를 가진다. 게다가, 밀봉(32) 위의 임의의 표면(72)은 수지(41) 공동의 밀봉을 용이하게 할 수 있다.

유사하게, 도 12는 도 11의 것과 유사하지만, 유연한 억제 성분(36)의 단부에 형성된 립(lip)(112)을 구비한 특징들을 가지는 파이프 수리 시스템(10)을 도시한다. 그러한 립(112)은 예컨대 억제 성분(36)의 설치와 위치를 정하는 것을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 파이프 수리 시스템(10)으로부터 수지(41)가 빠져나가는 것을 실질적으로 방지하는 밀봉(32)의 무결성을 증진시킨다. 게다가, 얇은 억 제 성분(36)(예컨대, 시트 금속)을 구비한 그러한 립(112)의 형성은, 비교적 간단할 수 있다.

파이프(14) 둘레에 억제 성분(36)을 고정시키기 위한 대안적인 예시적인 패스너(120)가 도 13에 도시되어 있다. 예시적인 패스너(120)는 상이한 타입의 억제 성분(36)을 가지고 사용될 수 있다. 예컨대, 패스너(120)는 유연한 억제 성분(36)을 고정시키기 위해 호스 클램프(68) 대신 사용될 수 있다. 반면에, 패스너(120)는 수리 시스템(10)에서 더 단단하고/단단하거나 두꺼운 파이프 타입의 억제 성분(36)을 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 게다가, 고정 요소(120)는 억제 성분(36)의 부분이거나 억제 성분(36)에 통합될 수 있고, 독립적인 성분이 아니다.

패스너(120)의 성분들에는, 예컨대 외부 표면(122)을 가지는 2개의 조각을 포함할 수 있다. 구멍(124)과 용기(126)가 나사나 볼트(132)를 수용하기 위해 패스너(120)의 조각들 중 하나에 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 나사(132)는 내부 튜브(128)와 구멍(124)을 통해 용기(126)로 들어갈 수 있고, 이 경우 볼트(132)의 나삿니가 난 부분은 패스너(120)의 나머지 조각에 암 나삿니가 난 공동(130)에 의해 수용된다.

호스 클램프(68), 고정 요소(120), 용접된 요소, 아교, 접착제, 스테이플, 플랜지, 볼트, 나사, 및 다른 성분들과 같은 다양한 고정 요소들이 파이프 수리 시스템(10)에서 억제 성분(36)을 고정하기 위해 사용될 수 있다는 것이 강조된다. 그러한 고정 성분들과 요소들은 또한 밀봉들(32)(예컨대, 밀봉 단부들)에 대한 억제 성분(36)의 압축력을 제공할 수 있어, 억제 성분(36)의 내부 표면과 파이프(14)의 외부 표면(22) 사이에 형성된 공동 내의 수지의 효과적인 밀봉을 제공한다.

G. 파이프 수리 시스템의 수지/섬유 실시예들

파이프 수리 시스템(10)의 일정한 실시예에서는, 강화 물질이 건식 섬유 구조물이고, 폴리머 물질이 수지(예컨대, 에폭시 시스템)이다. 적절히 명기된 건식 섬유들과 액체 수지들은 파이프(14)에 형성된 스스로 개발되는 복합물을 제공한다. 구성시, 건식 섬유 구조물(12)의 하나 이상의 층이 파이프(14) 둘레에 도포되거나 감싸진다. 수지(41)는, 섬유 구조물(12)의 상부(즉, 예컨대 외피 내의)에 배치, 도포 또는 부어진다. 중요한 점은, 건식 섬유 구조물(12)의 층들을 수지(41)로 사전에 젖게 하는 것이 요구되지 않는다는 것이다. 그러므로, 수지로 적셔진 젖은 섬유의 성가신 취급 및 습식 강화 플라스틱 제법이 유리하게 회피될 수 있다. 또한, 논의된 바와 같은 수지(41)와 건식 섬유 구조물(12)의 특성들은, 수지로 푹 스며들거나 수지가 침투된 젖은 섬유의 말끔하지 않은 손 강화 플라스틱 제법 없이, 섬유 수지(41)가 파이프(14) 표면까지 건식 섬유 구조물(12)의 층들을 통해 스며들도록 지정될 수 있다. 마지막으로, 또한 배관의 강화 또는 수리 외에, 본 고안의 기술들은 베젤, 베젤 노즐, 다른 장비 등의 강화 또는 수리에 적용된다는 것이 강조되어야 한다.

도 14는, 예컨대 분 단위의 시간(174) 대 센티푸아즈(cP: centipoises) 단위의 수지 점성도(172)의 플롯(170)이다. 이 플롯(170)은 특별한 수지(41){또는 아래에 논의된 수지(320)}의 가용 수명을 나타낼 수 있다. 수지의 가용 수명은, 수지가 더 이상 바로 조작되고, 주조되며, 건식 섬유 구조물에 도포될 수 없을 때까지 수 지의 점성도가 증가하는 포인트의 측정치일 수 있다. 일부 실시예들에서는, 수지 가용 수명의 만료 이전에, 예시적인 수지의 초기 점성도 값들이 1100cP 내지 1200cP, 1200cP 내지 1500cP, 1100cP 내지 1500cP, 1000cP 내지 1600cP, 및 1cP 내지 20000cP(예컨대, 1cP, 5cP, 20cP, 50cP, 100cP, 300cP, 500cP, 1000cP, 1100cP, 1150cP, 1200cP, 1250cP, 1300cP, 1350cP, 1400cP, 1450cP, 1500cP, 2000cP, 3000cP, 4000cP, 5000cP, 7000cP, 9000cP, 10,000cP, 12,000cP, 15,000cP, 18,000cP). 발열이 진척됨에 따라{수지(41)에서의 온도 증가를 초래하는}, 점성도는 초기 기간에 걸쳐 떨어질 수 있다(예컨대, 처음의 2000cP에서 100cP로). 그러한 수지의 점성도 강하(발열과 연관된 온도 증가로 인한)는, 수지(41 또는 320)로 건식 섬유 구조물(12)을 적시는 것을 조장하는 데 있어 유익할 수 있다.

예시된 실시예에서, 플롯(170)은 2개의 곡선(176,178)을 보여준다. 곡선(176)은 배관의 복합 수리시 이용된 통상적인 수지를 나타낸다. 통상적인 수지는 가용 수명이 짧을 경우 그 점성도가 상당히 빠르게(그리고 기하급수적으로) 증가하는 경향이 있다(초기 감소 후에). 대조적으로, 곡선(178)은 수지 점성도가 10분 내지 200분(10,20,40,70,100,150분 등)과 같은 더 높은 가용 수명을 가지는 더 느린 페이스로 증가하고, 따라서 상당한 점성도 증가 전에 건식 섬유 구조물(12)을 통해 수지(41 또는 320)가 침투하는 것을 부분적으로 허용한다는 점에서 본 고안의 기술들에 관해 더 적합할 수 있는 수지 또는 폴리머 물질을 나타낸다. 하지만, 가용 수명 시간의 창(window)을 정의하는 것이 유익할 수 있는데, 이는 과도한 가용 수명이 파이프 수리 시스템(10)으로부터의 수지의 누설, 과도한 수리 시간 등을 초래할 수 있기 때문이다.

본 고안의 기술에 관한 수지(41) 시스템에 관한 예시적인 성분들과 그것들의 특성이 아래 표 1에 주어진다. 수지(41)는 부분 폴리머, 경화 보충제, 폴리머 수지 등을 포함할 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 실제로, 수지(41) 시스템은 통상적으로 수지(즉, 폴리머로 경화되는 부분 폴리머)와, 경화를 조장하는 경화 보충제(즉, 열경화성 물질로의 가교결합)를 포함할 수 있다. 표 1에 도시된 것은 성분들의 성질, 그것들의 기여도 및 통상적인 수학식에서 사용된 예시적인 가중 레벨들을 도시하는 제제를 요약한 것이다. 하지만 본 고안의 기술은 표로 만들어진 범위와 특성 밖의 후보 수지 시스템들을 이용할 수 있다는 점이 강조되어야 한다.

표 1의 예시적인 정보는, 파이프 수리 복합물을 위한 적당한 수지 후보 시스템들(수지와 경화 보충제를 포함하는) 다양한 특성의 낮은 점성도, 강도, 경도, 적심(wetting), 및 반응도 사이의 예시적인 절충을 예증한다. 고려하는 사항은 복합물의 적절한 강도를 유지하면서 낮은 점성도를 지닌 성분들의 잠재적으로 충돌하는 필요성이다. 게다가, 수지(41)에서 사용된 경화제 또는 경화 보충제(예컨대 폴리아민)의 반응도에 일정한 중요성이 존재한다. 연장된 가용 수명과 빠른 폴리머화의 결합은, 충분한 가용 수명을 허용하면서 경화가 빠르게 일어나는 것을 허용할 수 있어, 수지(41)가 섬유(12)에 적당하게 침투한다. 일정한 예들에서는, 관심이 더 낮은 분자량 항목(item)들이나 첨가제(additive)에 초점을 맞추고 있어, 적시는 것이 향상되고 수지(41)와 경화제의 반응시 그렇게 빨리 감소하지 않는다. 마지막으로, 수지 경화시, 예컨대 복합물의 장력 특성에 의해 복합물 강도가 측정된다. 나 아가, 복합물의 단단함은 또한 복합물 구조의 무결성의 표시기일 수 있다. 마지막으로, 다양한 구성이 추가적인 첨가제 등을 통합할 수 있다는 점이 주목되어야 한다.

[표 1]

예시적인 수지/폴리머 범위 및 기능

물질	점도	MW	기능	양(%)
DGEBPA DGEBPF Novalac	13,000cps	대략 380	경도, 세기, 평균 반응	25.5-67
NPGDGE	18	~280	낮은 점도, 디펑셔널	0-9 6-9
Xylene	<1	106	습식 및 낮은 점도	0-0.5
CHDMDGE	65	~340	낮은 점도, 디평셔널	0-25.5
순환 에스테르	2	~90	습식, 낮은 점도 및 반응	0-3 2-3
변형된 DGEBPA	~250,000	~400	증가된 반응, 세기	0-9
변형된 아민	50	아민의 혼합물	낮은 점도, 느린 균일한 반응	0-16
알리파틱 아민	20	~160	낮은 점도, 평균 반응, 세기	0-5.5
변형된 아민 w/지방성 내용물 또는 시클로알리파틱	2000	>300	평균 세기를 갖는 우수한 저온 경화	0-19
폴리에테르 아민	80	>300	낮은 반응, 습식	0-17.5

Ⅱ. 배관 변이(anomalies) 및 조사

수리될 파이프(14)의 고장, 잠재적인 고장, 또는 변이(16)는 벽 두께, 이에 따라 파이프(14) 및 연관된 파이프라인(30)의 압력 등급을 감소시킬 수 있는 부식, 침식, 흠집(pitting) 등을 포함할 수 있다. 그러한 고장 또는 변이(16)는 예를 들어 아래에 논의된 다양한 조사 및 테스트 기술에 의해 검출될 수 있다. 고장 또는 변이(16)는 깊이, 면적, 부피, 축 방향 및 방사상 치수, 및 다른 치수 및 측정치에 의해 한정될 수 있다. 도 2의 예시된 실시예에서, 고장 또는 변이(16)는 파이프(14)의 외부 표면(22) 상에 형성된다. 그러나, 본 고안은 또한 파이프(14)의 내부 고장 또는 내부의 잠재적인 고장(16)을 완화시키도록 적용한다는 것이 강조되어야 한다.

배관 변이(16)는 부식, 침식, 기계적 손상 등에 의해 야기될 수 있다. 부식은 파이프라인의 노출된 표면에 걸쳐 전파하는 화학적 또는 전기 화학적 반응으로서 특징지을 수 있으며, 이것은 고장 또는 잠재적 고장을 초래하고, 금속 벽을 얇게 한다. 외부 부식은 지하 배관에 대한 토양의 이질적인 특성에 의해, 그리고 예를 들어 지상 배관에 대한 환경으로부터 화학적 공격에 의해 야기될 수 있다. 배관의 내부 부식은 파이프의 내부 표면 상의 배관 내용물의 야기된 화학적 공격일 수 있다. 부식은 파이프(14) 표면 또는 코팅에서 홈(gouge) 또는 스크래치와 같은 국부적인 결점(blemish)의 존재로 인해 진행될 수 있다. 더욱이, 내부 침식은 파이프라인을 통하는 내용물의 흐름으로 인해 발생할 수 있다. 그러한 침식은 흐르는 내용물에서의 입자의 존재에 의해, 또는 예를 들어 배관의 굽은 관(elbow) 또는 T자 관(tee)에서와 같이, 파이프라인을 통하는 내용물의 흐름의 방향에서의 변화에 의해 악화될 수 있다. 더욱이, 굴착(digging)하는 동안 지하 파이프라인에 부주의하게 충돌하는 것과 같은 기계적인 손상은 파이프(14) 상의 변이를 초래할 수 있다. 임의의 경우에, 내부 또는 외부 부식/침식, 또는 기계적 손상이 있든지 간에, 파이프(14)의 벽 두께(26)에서의 결과적인 감소는 파이프(14) 또는 파이프라인(30)의 압력 등급 및/또는 압력-고정 용량을 유감스럽게도 감소시킬 수 있다. 예측될 수 있듯이, 과도하게 손상된 파이프라인(30)의 동작은 문제가 될 수 있고, 파이프라인의 수리, 교체, 또는 폐기를 필요로 할 수 있다.

일반적으로, 배관 시스템의 운영 및 유지보수 인원은, 예를 들어 파이프라인(30)에서 발견된 고장 또는 변이(16)가 수리되어야 하는 지를, 또는 파이프(14)의 섹션이 교체되어야 하는 지를 결정할 수 있다. 물론, 고장 또는 변이(16)를 비용에 효과적으로 식별하고 수리하는 파이프 수리 기술에 대한 필요성이 산업계에서 증가하고 있다. 대체로, 변이(16)의 예는 국부화된 그리고 일반화된 결함, 틈(gashes), 홈, 스크래치, 기계적 손상, 침식, 내부 및 외부 부식 등을 포함한다. 일반적으로, 파이프라인(30) 검사 목적은 변이(16)(예를 들어, 공동, 흠집, 부식된 영역, 응력 균열 등)의 검출 및 크기 측정(sizing) 등을 포함할 수 있다. 분석은, 파이프가 수리되거나 교체될 필요가 있는 경우와 같이, 요구된 작용으로 결정하기 위해 잠재적인 고장 또는 변이(16)의 개수, 크기, 깊이, 및 축 방향 길이를 결정할 수 있다.

조작자, 기술자, 엔지니어, 유지보수 인원, 서비스 제공자 등은, 파이프(14)가 수리되거나 교체되어야 하는지를 결정하기 위해 파이프라인(30) 및 그 변이(16), 고장, 또는 잠재적인 고장의 상태를 결정하고 평가하기 위해 외부 및 내부 조사 모두를 이용할 수 있다. 조사 기술은, 전송 파이프라인과 같은 파이프라인(28) 상에 설치된 외부 부식 제어 시스템(예를 들어, 코팅)의 효율을 평가하기 위해 음극-보호(cathodic-protection) 잠재적인 조사를 포함할 수 있다. 이들 조사 동안 리코딩된 낮은 전위는 예를 들어 코팅 손상을 나타낼 수 있다. 후속하는 외부 코팅 분석은 파이프라인(30) 상의 코팅 손상 영역을 정확하게 나타낼 수 있다(pinpoint). 일반적으로, 코팅 손상 영역은 활성 부식에 대한 높은 위험이 있을 수 있다. 다른 조사 기술은, 또한 온라인 검사 툴 및 스마트 툴이라 불리는 지능형 피그(intelligent pigs)와 같은 내부 툴의 이용을 포함한다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 지능형 피그는, 파이프라인을 통해 라우팅되고(routed) 파이프라인의 금속 변형을 검출하기 위한 센서를 갖는 디바이스이다. 추가 테스트 기술은 초음파 두께 게이지를 포함하는데, 이러한 초음파 두께 게이지는 내부 또는 외부 부식을 측정하도록 이용될 수 있다. 더욱이, 외부 부식을 위한 기본 측정 툴은 직선 에지 또는 룰러(rulers), 피트(pit) 게이지, 스케일 또는 프로파일 게이지, 브리징(bridging) 바 등을 포함한다.

내부 및 외부 조사 기술로부터 생성된 파이프라인 정보는 배관 용접, 분기 연결, 밸브, 벽 두께 변화 및 손실, 변이, 고장, 잠재적인 고장 등에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 더욱이, 미국 기계 기술자 협회(ASME: American Society of Mechanical Engineers) 및 다른 조직 및 기관에 의해 확립된 수리 표준은 파이프라인 부식 및 변이의 사정 및 분석, 측정 기술, 및 부식된 파이프(14)의 계산된 파열 압력(또는 나머지 압력 용량)에 대한 것과 같은 공학 계산을 제공할 수 있다. 일반적으로, 나머지 압력 운반 용량이 충분한 마진(margin)에 의해 최대로 허용가능한 동작 압력(MAOP: Maximal Allowable Operating Pressure)을 초과하는 경우, 검사받은 세그먼트 또는 파이프(14)는 서비스 상태(in service)에 있을 수 있다.

수리 결정을 하기 전에 얻어지고 분석될 수 있는 그러한 계산 및 다른 고려사항에서의 변형은 파이프(14) 치수, 산출량(yield) 세기, 변이 깊이, 변이 축방향 길이, 기하학적 형태 인자, 설치 압력, 파이프라인 MAOP, 클래스 위치(class location), 및 다른 적용가능한 파이프라인 회사 표준을 포함한다. 더욱이, 조작자 또는 서비스 제공자는 파이프라인(30) 위치, 파이프(14) 상의 변이(16) 위치, 및 변이(16)의 유형을 고려할 수 있다. 물론, 수리 응용은 제조자 또는 특별 요건마다 조건적일 수 있거나 변형될 수 있다. 이상적으로, 수리가 초기 파이프(14)의 길이를 충족하거나 초과하고, 파이프라인(30)이 최대로 허용가능한 동작 압력(MAOP)의 100%에서 서비스하게 되돌아가게 하는 것이 일반적으로 바람직하다.

Ⅲ. 예시적인 강화 물질

파이프 복합 수리에서, 100% MAOP의 복구에 유리한 수리의 인장 특성은 일반적으로 도 2 및 도 3에 도시된 예시적인 건식 섬유 구조(12)와 같은, 시스템의 강화 섬유 요소에 의해 주로 촉진된다. 건식 섬유 구조(12)는, 유리, 향상된 폴리머, 탄소, 폴리에스테르, 폴리아크릴, 폴리프로필렌, 금속 섬유, 나일론(폴리아미드 섬유), 케블라(Kevlar)와 같은 유기 물질, 세라믹과 같은 무기 물질, 및 다른 물질과 같은 다양한 물질로 구성될 수 있다. 일반적으로, 섬유 매트 또는 테이프와 같은 건식 섬유 구조(12)는 섬유-강화 복합물을 형성하기 위해 수지(41) 또는 접착제와 같은 폴리머 물질을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 건식 섬유 구조(12)는, 폴리머 또는 수지(41) 물질이 건식 섬유 구조(12)에 도포될 때 매트릭스 또는 복합물의 형성을 용이하게 하기 위해 직포(weave) 구조를 가질 수 있다.

유리 섬유, 탄소 섬유, 하이브리드 섬유 등과 같은 많은 유형의 섬유는 본 기술에 이용될 수 있다. 특히 유리한 섬유{즉, 강성(stiffness), 세기 및 도포 특성}는 탄소 섬유{예를 들어, 팬(pan), 피치를 주원료로 함(pitch based) 등}이다. 많은 형태의 탄소 섬유가 사용될 수 있다. 유용한 탄소 섬유의 예시적인 형태는 직포(woven) 테이프이다. 유리한 테이프 구조는 씨실(weft) 방향으로 몇몇 다른 비-구조적 또는 적은 구조적 섬유(예를 들어, 유리, 폴리에스테르, 고용융 택, 등)를 갖는 단방향 탄소{날실(warp)}일 수 있다. 유리한 섬유의 예시적인 제조업자는, Zoltek, Torah, Cytec, Hexcel(Hercules), Toho, Mitsubishi 및 Grafil을 포함한다. 본 기술에 이용된 섬유의 예시적인 인장 세기 범위는 50 내지 800 KSI(thousand pounds per square inch), 예를 들어 100KSI, 200KSI, 300KSI, 400KSI, 500KSI, 600KSI, 700KSI 등을 포함한다. 예를 들어 4 MSI(million pounds per square inch)보다 더 큰 계수(예를 들어, 5MSI, 10MSI, 15MSI, 20MSI, 25MSI 등보다 더 큰)를 갖는 섬유는 또한 효과적이다. 그러나, 언급된 특정 값보다 더 낮거나 더 높은 인장 세기 및 계수는 본 기술로 효과적으로 구현될 수 있다는 것이 강조되어야 한다.

더욱이, 섬유 테이프 및 다른 섬유 구조는 다수의 구성들로 제조될 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 건식 섬유 구조(12)의 섬유는 단방향 또는 전(omni)-방향성일 수 있다. 예시적인 섬유는 원하는 섬유 내용물 및 구조를 얻기 위해 다양한 방식으로 짜여진 1000 내지 50,000 모노필라멘트(monofilaments)로 만들어진 탄소 밧줄(얀으로 한정된 탄소 모노필라멘트의 집합 체)로 만들어질 수 있다. 더 특정한 예는, 스퀘어 야드당 12온스의 질량을 갖는 섬유의 12,000 모노필라멘트/인치를 갖는 얀으로부터 구성된, 12 날실 얀/인치를 갖는 3-인치 테이프이다. 또 다른 예에서, 건식 섬유 구조(12)는 후프 방향으로 12,000 모노필라멘트/인치와, 축 방향으로 63,000 모노필라멘트/인치로 구성된 평면-직포 탄소 직물이다. 일반적으로, 섬유(12)의 직포 구조 및 다른 특성은 건식 섬유 구조(12)로의 폴리머 물질{예를 들어, 수지(41)}의 침투를 용이하게 하도록 지정될 수 있다.

예시된 실시예에서, 파이프(14)에 대한 건식 섬유 구조(12)의 도포는 간단한데, 이는 건식 섬유 구조(12)가 건식 섬유 구조(12)의 사전 적심(pre-wetting) 없이 건식으로 설치될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 건식 섬유 구조(12)(예를 들어, 탄소 섬유 강화재)는 파이프(14)에 건식 섬유 구조(12)를 도포하기 전에, 에폭시 또는 다른 수지와 같은 폴리머 물질로 적셔지지 않는다. 더욱이, 파이프(14)의 고장 또는 변이(16)가 파이프(14) 주위에 건식 섬유 구조(12)를 도포하거나 감기 전에 충전 물질로 채워질 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 더욱이, 손상된 파이프(14) 주위에 건식 섬유 구조(12)의 날실 또는 층의 개수는 수리된 배관 시스템의 원하는 압력 등급 또는 원하는 최대로 허용가능한 동작 압력에 따라 좌우될 수 있다. 고려될 수 있는 건식 섬유 구조(12)의 공학 특성은 건식 섬유 구조(21){ 및 궁극적으로는 수리된 파이프(14)}의 길이 방향 및 횡방향으로의 최종적인 인장 세기 및 계수를 포함한다. 고려될 수 있는 경화된 복합물의 특성은 전단 세기, 유리 전이 온도, 및 열 팽창 계수 등을 포함할 수 있다. 마지막으로, 당업자에게 인식되는 바와 같이, 완성된 수리 시스템(10)은 시스템(10)의 서비스 중의 무결성(in-service integrity)을 결정하기 위해 다양한 테스트를 거칠 수 있다.

Ⅳ. 폴리머 수리 물질

강화 물질{예를 들어, 건식 섬유 구조(12)}에 도포된 예시적인 폴리머 물질은 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄, 아미노 수지, 나일론, 폴리카보네이트 등과 같은 열경화성 수지(thermosets) 또는 수지(41)를 포함할 수 있다. 더욱이, 예시적인 유체 수지(41)는 에폭시 시스템, 폴리에스테르 시스템, 비닐 에스테르 시스템, 우레탄 시스템, 또는 메타크릴레이트 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 수지(41)로서 이용될 수 있는 예시적인 열가소성 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 및 다른 열가소성 물질을 포함한다. 더욱이, 섬유 구조(12)에 도포된 폴리머 물질 또는 수지는 초기에 짧은 사슬(short chain)의 프리폴리머(prepolymer) 분자일 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 예시적인 물질 및 예시적인 특성 범위에 대한 추가적인 세부사항은 표 1에 언급되어 있다.

에폭시의 경우에, 에폭시 수지는 일반적으로 적어도 하나의 에폭사이드 기를 함유하는 분자 또는 올리고머의 군(family)을 지칭한다. 일반적인 에폭시 수지는 알코올류와 페놀류의 글리시딜 에테르를 포함한다. 액체 에폭시 수지는 기존의 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르(DGEBA)(비스 F, Novalacs 등)이고, 산업적인 응용에 사용된 수지의 대부분을 나타낸다. 이들 제품은 가변적인 농도(consistencies)를 갖는 고체 또는 액체이고, 강성도, 경도를 갖는 최종 물질을 제공하여 3차원 네트 워크를 생성하기 위해 에폭시 말단기(end-groups)를 통해 반응할 수 있는 능력, 및 역류에 대한 무능력 또는 상당한 무능력을 갖는다. 최종 제품은 전기 특성, 점착력(adhesion)(즉, 에폭시에서 폴라 기의 존재에 의해 용이하게 됨), 수축, 충돌 방지, 습기 방지 등을 특징으로 할 수 있다. 이러한 열경화성 수지의 군은 복합물, 코팅, 접착제 및 캡슐화 물질과 같은 많은 응용에 사용된다. 이들 분자의 말단상의 에폭사이드 기는 이들 열경화성 폴리머에서 가교 결합하기 위한 반응 사이트의 역할을 한다. 에폭사이드 말단기가 없는 다른 열경화성 물질이 또한 본 기술로 이용될 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 예를 들어, 이소시아네이트(isocyanate) 기를 함유하는(예를 들어 이에 끝나는) 우레탄 프리폴리머가 이용될 수 있다. 더욱이, 불포화 기를 갖는 폴리에스테르는 파이프 수리 시스템(10)에 사용될 수 있다. 이전에 강조된 바와 같이, 다양한 폴리머 및 수지 시스템은 수리 시스템(10)에 사용하기 위해 구성될 수 있다.

이들 에폭사이드 및 다른 수지 또는 열경화성 물질과 반응하도록 선택된 화학 물질은 경화제(curing agent){또는 경화 촉진제(hardener)}로 지칭되고, 일반적으로 질소에 부착된 활성 수소, 산소, 또는 설퍼를 갖는다. 공통적으로, 활성 수소는 질소 또는 메르캅탄(-SH) 기의 일부에 부착된다. 에폭시 수지의 경우에, 아민 경화제는 가장 일반적이고, 1차적으로 또는 2차적으로, 지방성 또는 방향성, 또는 시클로알리파틱(cycloaliphatic)일 수 있다. 아민은 일반적으로, 에폭시 수지와 혼합될 때 3차원 폴리머 네트워크의 형성을 촉진시키는 분자당 3 반응 사이트보다 더 클 수 있다. 경화제의 선택은 많은 파라미터에 따라 좌우되고, 대부분 최종 에 폭시 열경화성 물질의 성능을 결정할 수 있다. 더욱이, 아민과 에폭사이드의 반응은 주변 온도에서 발생할 수 있지만, 완전한 반응이 발생하는 것을 보장하기 위해 경화제의 선택을 주의해야 한다. 주변 온도의 응용을 위해 설계된 아민은 완전한 반응을 보장하기 위해 가소제를 이용할 수 있다. 더욱이, 열-경화된 반응을 위해 설계된 아민은 거의 적거나 전혀 없는 가소제를 이용할 수 있고, 일반적으로 더 높은 세기 및 열 성능을 갖는 열경화성 물질을 제공한다.

화학적 가교 결합은 일반적으로 에폭시 수지로서 시작하고, 비-잠복성 경화제는 혼합된다. 경화제는 방향성 아민 또는 무수물과 같은 에폭시와 느리게 반응할 수 있고, 더 큰 질량에서 또는 가열된 경우 낮은 점도를 유지할 수 있다. 그러나, 지방성 아민, 시클로알리파틱 아민, 메르캅탄, 제 3 아민, 폴리아민, 아미도아민은 총 제제(formulation) 질량에 비례하여 점도가 빠르게 증가할 수 있다. 특정한 시클로알리파틱 아민, 폴리에테르 아민, 아미도아민, 지방성 아민, 가소제, 제 2 아민, 및 제 3 아민 등과 같은 경화제는, 점도가 확립되는 수지(41)의 가용 수명(pot life)을 느리게 연장하기 위해 제제에 첨가될 수 있다. 언급된 바와 같이, 처리 온도는 최종 복합물의 특성을 결정하는데 중요한 역할을 할 수 있다. 더욱이, 사용된 횟수 및 온도는 경화제 선택에 따라 좌우될 수 있다.

일반적으로, 복합물은 두께에 대한 길이의 식별가능한 종횡비를 갖는 섬유 또는 다른 요소에 의해 강화된 물질을 포함할 수 있다. 에폭시와 함께 사용된 공통 섬유는 유리 또는 탄소이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 아라미드, 붕소, 및 다른 유기 및 천연 섬유가 또한 사용될 수 있다. 복합물에 사용된 폴리머는 일반적으로 열경화성 물질이고, 그 목적은, 섬유의 세기 및 강성(계수)을 이용하기 위해 부하 또는 응력을 섬유 강화제에 전달하는 것이다. 경화된 복합물(즉, 총 복합물은 스며듬을 촉진시키기 위해 섬유의 상부에 도포된 추가 섬유를 포함함)의 예시적인 섬유 단편(fractions)은 8중량비 내지 80중량비(예를 들어, 10중량비, 20중량비, 30중량비, 40중량비, 45중량비, 50중량비, 55중량비, 60중량비, 65중량비, 70중량비)의 범위를 가질 수 있다. 물론, 그러한 중량비는 일반적으로 추가 수지가 아닌 복합물의 상당한 작용 부분만을 고려하는 경우 더 높을 것이다. 섬유의 지정된 중량비는 원하는 세기, 압력 등급, 및 특정 응용의 다른 인자에 기초할 수 있다.

복합물의 최종적인 물리적, 화학적, 전기적 및 화학적 저항 특성은 섬유, 수지, 경화제 등 및 경화 상태의 선택에 의해 결정될 수 있다. 에폭시 시스템에서, 에폭시 수지 제제에 대한 적절한 경화제의 선택시 고려할 파라미터는 점도, 질량 효과, 경화 사이클, 유리 전이 온도, 단편 단단함(toughness), 및 다른 인자이다. 제제의 점도는 강화 섬유(12)를 실질적으로 침투할 정도로 충분히 낮아야 한다. 비교적 더 높은 점도를 갖는 경화제와 에폭시 수지의 혼합물은 제제 점도를 낮추도록 가열될 수 있다. 그러나, 가열은 경화제의 유형에 따라 반응을 가속화시킴으로써 작용 시간을 감소시킬 수 있다.

Ⅴ. 유연한 몰드에 걸쳐 강화 격납 용기(reinforcing containment)를 이용하는 파이프 수리

A. 강화 격납 용기

본 파이프 수리 기술에서, 강화 격납 용기는 수지로 충전될 유연한 몰드에 걸쳐 도포될 수 있다. 전술한 바와 같이, 초기에 섬유 구조(예를 들어, 수지를 갖지 않는)는 수리될 파이프 또는 대상의 표면 주위에 감겨질 수 있다. 그런 후에, 부드럽거나 유연한 몰드(예를 들어, 섬유 몰드)는 그 위에 배치된 섬유 구조(예를 들어, 탄소 섬유)를 갖는 파이프의 부분 주위에 배치될 수 있다. 강화 격납 용기는 섬유 몰드 주위에 위치될 수 있고(즉, 섬유 몰드를 지지하기 위해), 수지는 강화 격납 용기를 통해 유연한 몰드에 주입된다. 그런 후에, 수지는 폴리머 복합물을 형성하기 위해 섬유 구조로의 수지의 스며듬을 촉진시키기 위해 가압될 수 있다. 강화 격납 용기(즉, 지지 구조)는 유연한 몰드를 지지하고, 상기 몰드 아래에 파이프 주위에 수지의 균일한 분배를 촉진시키고, 유연한 몰드 내에 수지 두께의 제어를 용이하게 하는 등등을 한다.

강화 격납 용기는 예를 들어 강철 또는 폴리비닐클로라이드(PVC)로 구성된 실질적으로 단단한 원통형 셀(shell)일 수 있다. 다른 한 편으로, 강화 격납 용기는 예를 들어 시트 금속으로 형성된 유연한 원통형 셀일 수 있다. 다른 실시예에서, 강화 격납 용기는 아래에 논의된 탬부어(tambour)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 강화 격납 용기는 (파이프 주위를 감기 위해) 방사상 방향으로 유연성을 제공할 수 있는 한편, 파이프 주위에 실질적으로 균일한 고리형을 유지하기 위해 축 방향으로 강성을 제공할 수 있다.

도 15는 파이프, 베젤(vessels), 및 다른 물체의 폴리머 수리 또는 폴리머 강화에 사용된 탬부어(180)를 도시한다. 내부 표면(181)을 갖는 예시적인 탬부어(180)는 수리되거나 강화될 파이프 또는 물체 주위에 설치될 수 있고, 특정 실시 예에서, 원하는 크기의 파이프 또는 물체 등에 맞추도록 길이 또는 폭이 조정될 수 있다. 탬부어(180)는, 강화 섬유(예를 들어, 탐소 섬유) 수지, 및 파이프 수리 시스템의 다른 성분(예를 들어 유연한 몰드)이 상주하는 파이프 원주(circumference) 주위에 실질적으로 균일한 고리를 제공하는데 사용될 수 있다. 탬부어(180)는 적소에 유지되거나, 수리 완료시, 즉 파이프 상의 강화 섬유 수지 복합물의 형성 이후에, 제거될 수 있다.

본 고안에서, 탬부어(180)는 복수의 비교적 좁은 섹션 또는 부재(182)(예를 들어, 스트립, 슬레이트, 돌출부 등)를 갖는 유연하거나 반-유연한(semi-fexible) 구조 억제 요소로서 한정될 수 있다. 부재(182)는 강성이고, 반-강성이거나 유연할 수 있고, 알루미늄, 강철, 목재, 평평한 시트 금속, 주름진 시트 금속, PVC, 폴리에틸렌, 유리 섬유 또는 작업가능한 물질 등으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 슬레이트 또는 부재(182)는 방사상 방향으로의 유연성을 제공하는 한편, 축방향으로의 강성을 제공할 수 있다.

예시된 실시예에서, 부재(182)는 커넥터(184)를 통해 함께 결합된다. 이 예에서, 단부 캡(186)은 부재(182)를 서로 고정시킨다. 커넥터(184)의 베이스의 높이는 수리된 파이프 상에 배치된 밑에 있는 수지의 두께를 결정할 수 있다. 다른 요소 또는 가이드는 수지 두께의 제어를 용이하게 하기 위해 탬부어 상에 또는 그 주위에 이용될 수 있다.

일실시예에서, 탬부어(180)는 알루미늄으로 만들어진 복수의 연동(interlocking) 부재(182)(예를 들어, 슬레이트)를 포함하는데, 이러한 복수의 연동 부재는 파이프 원주 주위에 탬부어(180)를 감기 위한 유연성을 제공하고, 또한 파이프 주위에 실질적으로 균일한 고리를 유지하기 위해 축방향으로의 강성을 제공한다. 그러나, 도 15에 도시된 특정한 탬부어(180)가 예시적이고, 본 기술을 특정한 구조에 한정시키는 것으로 의미하지 않는다는 것이 강조되어야 한다.

예시된 탬부어(180)는 폭(188) 및 길이(189)를 갖고, 각각은 변형되거나 조정될 수 있다. 예를 들어, 길이(189)는 부재(182)를 추가하거나 제거함으로써 조정될 수 있다. 더욱이, 단부 갭 스팬 디바이스(190)는 또한 설치된 탬부어(180)의 길이(189)에 대한 조정을 용이하게 할 수 있다. 원하는 폭(188)은 좁은 부재(182)의 길이를 통해 지정될 수 있는데, 이것은 이 예에서 파이프 주위에 설치될 때 탬부어(180)의 축방향이다. 탬부어(180)는 예를 들어, 결합 시스템을 통해 파이프 주위에 고정될 수 있다. 예시된 실시예에서, 수(male)의 결합부(192)는 파이프 주위에 탬부어(180)를 고정시키기 위해 암(female)의 결합부(도 16을 참조)와 짝을 이룬다.

다시, 그러나, 도 15에 도시된 특정 유형의 탬부어(180)는 단지 예로서 주어진다는 것이 강조되어야 한다. 다른 실시예에서, 탬부어(180)는 예를 들어 크기 조정을 수용하지 않을 수 있다. 더욱이, 슬레이트(182)는 힌지, 완충 고무줄, 끈, 후크 등에 의해 전술한 것과 상이하게 결합할 수 있다. 더욱이, 탬부어(180)는 예시된 실시예에 이용된 특정한 결합 시스템과 다르게 파이프 주위에 고정될 수 있다. 예를 들어, 탬부어(180)는 타이 랩, 밴드, 벨크로, 잠금 메커니즘, 다양한 유형의 볼트 조임(bolting) 등을 통해 고정될 수 있다. 더욱이, 다시, 다양한 유형의 탬부 어(180)는 단지 강화 격납 용기의 카테고리라는 것이 강조되어야 한다. 즉, 본 기술의 강화 격납 용기는 그러한 슬레이트 부재(182)를 이용하지 않고, 대신에 예를 들어 단단한 금속 시트일 수 있고, 이것은 방사상 방향의 유연성 및 축방향의 강성을 제공할 수 있다.

B. 유연한 몰드

탬부어(180)(또는 다른 유형의 지지 격납 용기 또는 강화 격납 용기)는 파이프 수리 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, 논의된 바와 같이, 섬유 구조(예를 들어, 수지를 갖지 않는)는 파이프의 표면 주위에 감겨질 수 있다. 특정 실시예에서, 부드럽거나 유연한 몰드(예를 들어 섬유 몰드)는 그런 후에 그 위에 배치된 섬유 구조를 갖는 파이프의 부분 주위에 배치될 수 있다. 탬부어(180)(또는 다른 지지 격납 용기 또는 강화 격납 용기)는 그런 후에 섬유 몰드 주위에 위치된다. 폴리머 수지는 탬부어(180)를 통해{예를 들어, 개구부(194)를 통해} 그리고 섬유 몰드에서의 퓨넬(funnel) 또는 개구부를 통해 파이프 또는 물체 상에 배치된 섬유 구조에 주입될 수 있다. 도시된 예에서, 탬부어(180)의 예시적인 개구부(194)는 수지를 주입시키기 위한 예시적인 부분(195), 및 예를 들어 온도 게이지, 압력 게이지 등과 같은 기구 또는 게이지를 수용하기 위한 예시적인 부분(196)을 포함한다.

탬부어(180)(또는 지지 격납 용기 또는 강화 격납 용기의 다른 실시예)는 섬유 몰드의 아래에 있는 경화된 폴리머 수지의 형태 및 윤곽을 제공할 수 있다. 더욱이, 탬부어(180)는, 특정 실시예에서 세기가 낮고 비용이 적게 드는 구조일 수 있는 섬유 몰드를 강화시키고 지지할 수 있다. 탬부어(180)는 예를 들어 상당한 파 열 또는 누출 없이 밑에 있는 비용이 적게 드는 섬유 몰드를 갖는 높은 세기의 몰드를 제공할 수 있다.

그러므로, 탬부어(180)(또는 지지 격납 용기 또는 강화 격납 용기의 다른 실시예)는 파이프, 베젤, 구조, 탱크, 또는 다른 물체 상에 설치된 섬유 몰드의 외부를 커버하기 위한 유연한 기계 디바이스일 수 있다. 구현에서, 탬부어(180) 아래의 섬유 몰드는 압착(예를 들어, 스퀴징, 비틀려짐, 팽팽해짐 등)될 수 있어서, 수지를 섬유 구조에 가압하여, 수지를 갖는 밑에 있는 강화 섬유 물질을 실질적으로 스며들게 한다. 탬부어(180)는 예를 들어 유연한 몰드의 지지부를 제공할 수 있어서, 유연한 몰드는 크게 변형하지 않고, 이것은 수지가 몰드의 하부에서 균일하지 않거나 더 두꺼워지도록 할 수 있다(즉, 질량 및 중력으로 인해). 더욱이, 탬부어(180)를 통한 그러한 지지 및 제어는 수리에 사용된 수지의 양을 유리하게 감소시킬 수 있다. 탬부어(180)는 수지의 두께 제어를 제공하고, 밑에 있는 유연한 몰드(예를 들어, 부드러운 섬유)의 제어를 통해 수지의 소비를 감소시키는 등을 할 수 있다. 마지막으로, 탬부어(180)는 밑에 있는 유연한 몰드를 이용하지 않는 파이프 수리 시스템에 사용될 수 있다는 것이 주지되어야 한다.

C. 탬부어

도 16은 슬레이트(182)를 갖는 탬부어(180)의 외부 표면(200)을 도시한다. 다시, 개구부(194)는 수지 및/또는 기구를 탬부어(180)를 통해 밑에 있는 섬유 복합물에 수용하기 위해 제공된다. 논의된 바와 같이, 탬부어(180)는 파이프 또는 물체 주위에 탬부어를 고정시키기 위해 수의 결합부(192) 및 암의 결합부(202) 모두 를 포함한다. 그러나, 언급된 바와 같이, 탬부어(180)는 결합부(192 및 202) 대신에 또는 이에 더하여 , 강화 벨트, 타이 랩, 기계 클램프, 볼트 조임 등에 의해 파이프 또는 물체 주위에 고정될 수 있다.

도 17 및 도 18은 각각 예시적인 수의 결합부(192) 및 암의 결합부(202)를 도시한다. 이 예에서, 수의 결합부(192)는 탬부어(180)의 단부(210)에 배치되고, 베이스(214)에 의해 지지된 나사산 형성된(threaded) 볼트(212)를 포함한다. 커넥터(216)는 탬부어(180)의 단부(210)에서 압출 성형부(extrusion) 또는 슬레이트(182)에 대한 수의 결합부(192)의 부착을 용이하게 한다. 스페이서(spacer)(218)는 너트(220)를 위한 멈춤부(stop)를 제공하기 위해 나사산 형성된 볼트(212)의 베이스에 배치된다. 워셔(224)의 각 측면 상에 나사산 형성된 볼트(212) 상에 위치한 너트(220 및 222)는 암의 결합부(202)에 대한 수의 결합부(192)의 맞물림을 고정한다. 이 예에서, 암의 결합부(202)는 탬부어(180)의 대항 단부(238) 상에 배치된다. 이 실시예에서, 클립(216), 크루(crew)(228), 및 스페이서(229)는 수의 결합부를 슬레이트(182)에 고정시키기 위해 커넥터(216)와 맞물린다. 더욱이, 커넥터의 고립된(standoff) 높이(239)는 수지 두께 제어를 제공할 수 있다.

도 18은 암의 결합부(202)를 갖는 탬부어(180)의 단부(238)를 도시한다. 이 예에서, 단부(238)는 또한 탬부어(180)(파이프 또는 물체 주위의)의 설치된 직경을 조정하는데 사용된 단부 갭 스팬 디바이스(190)를 병합한다. 예시된 실시예에서, 나사(230)는 탬부어(180)의 단부(238)에서 암의 결합부(202)를 슬레이트(182)에 고정한다. 마지막으로, 도 17 및 도 18에 도시된 결합 구조는 예로서 주어지며, 설치 된 탬부어(180)를 고정시키기 위한 다른 기술의 이용을 한정하는 것으로 의미하지 않는다는 것이 강조되어야 한다.

도 19a 및 도 19b에서, 수의 결합부(192)와 암의 결합부(202)가 맞물린다. 암의 결합부(202)의 그루브(242)는 수의 결합부(292)의 나사산 형성된 볼트(212)를 수용한다. 그루브(242)는 립(lip)(244)을 포함하며, 각 립은 외부 표면(244) 및 내부 표면(246)을 갖는다. 도시된 바와 같이, 볼트(212)는 그루브(242) 내부에 상주한다. 결합부(192 및 202)는 너트(220 및 222)의 조임에 의해, 그리고 워셔(224)의 이용을 통해 더 고정될 수 있다.

도 20 및 도 21은, 각각 탬부어(180)의 인접한 슬레이트(182)를 고정시키기 위해 커넥터(184) 및 단부 캡(186)에 대한 세부사항을 도시한다. 도 20은 힌지형 디자인을 갖는 커넥터(184)를 갖는 2개의 압출 성형 슬레이트(182)를 도시한다. 커넥터(184)의 힌지는 수의 부분(242) 및 암의 부분(244)을 포함한다. 인접한 슬레이트(182)는 암의 부분(244)을 통해 수의 부분(242)을 미끄러지게 함으로써 커넥터(184)를 통해 결합될 수 있다. 도 21은 탬부어(180)의 압출 성형 슬레이트(182)를 록킹(locking)하기 위한 단부 캡(186)을 도시한다. 슬레이트(182)의 단부로의 단부 캡(186)의 삽입 이후에, 베이스 부분(254)은 수지 두께의 제어를 제공할 수 있다(즉, 수지 두께 가이드를 작동시킨다). 다른 유형의 수지 두께 가이드는 또한 본 기술로 이용될 수 있다. 논의된 바와 같이, 인접한 슬레이트(182)를 록킹하기 위해, 단부 캡(186)은 슬레이트(182)의 단부에 삽입된다. 슬레이트(182) 상의 록킹 구멍(252)은 단부 캡(186) 상의 록킹 멈춤쇠(detent)(256)와 짝을 이룬다. 단부 탭(186)의 텅(tongue)(258)은 압출 성형 슬레이트(182)의 리브(rib)(246) 주위에 맞춰지는 슬롯(260)을 포함한다.

D. 파이프 수리 시스템

도 22a 내지 도 22h의 h'는 일반적으로 물체 또는 파이프(270)를 수리하기 위한 기술을 도시한다. 도 22a 및 도 22a의 a'는 외부 표면(272), 내부 표면(274), 외부 표면(272) 상의 결함(278)(예를 들어, 손상된 부분, 부식된 영역 등)을 갖는 파이프(270)를 도시한다. 특정 실시예에서, 결함(278) 및 주위 영역(280)(점선으로 표시됨)은 샌드블레스트(sandblasted)될 수 있거나, 그렇지 않으면 파이프(270)의 추가 수리 준비시 처리될 수 있다. 결함(278) 주위의 영역(280)은 파이프(270)의 외부 원주에 국부적으로 또는 이에 걸쳐 샌드블래스트된다.

도 22b 및 도 22b의 b'에서, 절연 랩(284)(예를 들어 유리 섬유 물질)은 파이프(270)의 외부 표면(272) 상에 선택적으로 배치될 수 있다. 절연 랩(284)은 파이프(270)를 강화하거나 증강시키도록 작용하고, 또한 섬유 또는 섬유 피륙(예를 들어, 탄소 섬유 피륙)의 후속적인 층으로부터 파이프(270)(예를 들어, 강철 파이프)를 전기적으로 절연시킬 수 있다. 더욱이, 랩(284)은 나중에 적용될 수 있는 탄소 섬유로부터 파이프(270)(예를 들어 강철 파이프)를 전기적으로 절연시키므로, 파이프(270)의 표면(272)과 후속하는 탄소 섬유 사이에 바람직하지 않은 부식을 방지한다. 유전체 또는 전기적-절연 프리머(primer)는 절연 랩(284) 대신에 또는 이와 조합하여 사용될 수 있다는 것이 주지되어야 한다.

도 22c 및 도 22c의 c'는 파이프(270) 주위에 손으로 힘껏 조인(hand-tight) 강화 섬유 구조(290)(예를 들어, 탄소 섬유 피륙)의 계산된 수의 랩의 도포를 도시한다. 강화 섬유 구조(290)의 단일 층 또는 다중 층은 파이프(270) 주위에 도포되거나 감겨질 수 있다. 논의된 바와 같이, 강화 섬유 구조(290)는 다양한 상이한 유형의 섬유 및 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 강화 섬유 구조(290)는 평직(plain weave) 스타일의 다중필라멘트 연속적인 밧줄(예를 들어 12K)과, 스퀘어 미터당(gsm) 약 300그램의 직물 면적량(areal weight)과, 약 0.022인치의 공칭 두께를 갖는 탄소 섬유 피륙이다. 섬유 특성의 이들 특정한 수치값이 단지 예로서 주어진다는 것이 강조되어야 한다. 강화 섬유 구조(290)(예를 들어, 탄소 섬유 피륙)의 예시적인 공급자는 펜실베니아, Quakertown 소재의 Fabric Development, Inc.이다.

도 22d 및 도 22d의 d'는 파이프(270) 상에 배치된 강화 섬유 구조(290) 주위에 유연한 몰드(300)(예를 들어, 부드럽고, 유연한 직물)의 설치를 도시한다. 유연한 몰드(300)는 직물 또는 다른 실질적으로 비-다공성 물질로 제조될 수 있다. 밴드(302) 또는 다른 수단은 유연한 몰드(300)를 파이프(270)에 고정시킨다. 다시, 유연한 몰드(300)는 몰드(300)의 각 단부 상에 밴드 클램프(302)를 이용하여 적소에 고정되고 밀봉될 수 있다. 유연한 몰드(300)는 연관된 기구를 위한 피륙 퓨넬(304) 및 개구부(306)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 압력 게이지(308), 온도 게이지(309), 또는 다른 기구는 유연한 몰드(300)를 수반할 수 있다. 압력 게이지(308)는 예를 들어 유연한 몰드(300) 아래의 수지에 가해진 압력의 제어를 모니터링하고 용이하게 하는데 사용될 수 있다. 온도 게이지(309)는 예를 들어 경화 동안, 수지의 발열 온도를 모니터링할 수 있다.

도 22e 및 도 22e의 e'는 몰드(300)에 걸쳐 탬부어(180)의 설치를 도시한다. 수의 결합부(192) 및 암의 결합부(202)는 탬부어를 파이프(270)에 고정시키도록 맞물린다. 퓨넬(304) 및 몰드(300)의 임의의 연관된 기구{예를 들어, 압력 게이지(308)}는 탬부어(180)의 개구부(194)를 통해 삽입된다. 도 22f 및 도 22f의 f'는 몰드(300)의 내부로의 유연한 몰드(300)의 퓨넬(304)을 통한 수지(320)의 주입을 도시한다. 수지(320)는 예를 들어 미리 결정된 양의 혼합된 ESR 수지 및 경화 보충제일 수 있다. 수지는 강화 섬유 구조(290)(예를 들어, 탄소 피륙) 주위에서 몰드(300) 아래에 흐른다. 수지(320)의 흐름 특성은 예를 들어 수지(320)의 점도 및 표면 장력에 의해 영향을 받을 수 있다. 일실시예에서, 수지(320)의 점도는 1200 내지 1500 cP(centipoise)의 범위에 있다. 이것은 훨씬 더 높은 점도일 수 있는 다른 기존의 수지와 대비된다.

도 22g 및 도 22g의 g'는 수지(320)를 강화 섬유 구조(290)(예를 들어, 탄소 피륙)를 통해 파이프(270)의 표면에 가압하여, 실질적으로 섬유 구조(290)를 스며들게 하는 기술을 도시한다. 하나의 구현에서, 예를 들어 나무 은못(330)과 같은 은못은 부드러운 몰드(300)의 상부에 이용될 수 있다. 은못(300)은 예를 들어 퓨넬(304) 상에 제공된 구멍을 통해 설치될 수 있고, 그런 후에 수지(320)에 압력을 가하기 위해 몰드(300)를 비틀거나 스퀴징하도록 이루어진다. 특정 실시예에서, 수지(320) 상의 압력은 스퀘어 인치당(psi) 5파운드 이상으로 증가될 수 있고, 수지(320)가 경화될 때까지 유지된다. 다시, 그러한 압력은 압력 게이지(308), 압력 트랜스듀서, 또는 다른 압력 측정 수단에 의해 모니터링될 수 있다. 예시된 실시예 에서, 수지(320)는 몰드(300)의 내부 표면 아래에 그리고 그 주위에 수압으로 가압되어, 직물(284)과 강화 섬유 구조(290) 모두를 실질적으로 스며들게 하고 캡슐화한다. 탬부어(300)는 수지(320)의 두께 분배의 제어를 용이하게 할 수 있고, 수지(320) 소비를 감소시킬 수 있고, 수지(320) 압력 능력을 증가시키는 등을 할 수 있다.

도 22h 및 도 22h의 h'는, 수지(320)가 경화되고 탬부어(180) 및 부드러운 몰드(300)가 수지(320)를 노출시키도록 제거된 후에 파이프(270)를 도시한다. 수지(320)는 섬유 구조(290)를 갖는 복합물을 형성할 수 있다. 수리는 파이프(270)를 강화시킬 수 있고, 파이프(270)의 압력 등급을 재확립하고, 응력 균열 부식을 완화시키는 등을 할 수 있다. 마지막으로, 수지(320)가 전술한 수지(41)와 동일하거나 유사할 수 있다는 것이 주지되어야 한다.

E. 예시적인 수지 특성 및 응용

논의된 바와 같이, 수지(41 및 320)는 유연한 몰드(300)로 강화 격납 용기{예를 들어, 탬부르(180)}를 이용하는 전술한 수리 기술에 사용될 수 있다. 더욱이, 수지(41 및 320)는, 외부 격납 용기를 갖거나 갖지 않고, 외부 압력을 가하거나 가하지 않고, 가압 몰드 또는 슬리브를 갖거나 갖지 않는 등으로, 습식 또는 건식 섬유 강화제(예를 들어, 탄소)를 물체{예를 들어, 파이프(270)}에 도포하는 것을 포함하는 다양한 복합 수리 시스템에 사용될 수 있다.

일반적으로, 수지(320){ 및 섬유 구조(290)}의 특성은, 수지(320)가 섬유 구조(290){ 및 절연 랩(284)을 통해} 내의 섬유 주위에서 파이프(270)의 외부 표 면(272)으로 관통하도록 규정될 수 있다. 예를 들어, 경화되지 않은 수지(320) 또는 경화 수지(320)의 낮은 점도, 낮은 표면 장력 등과 같은 유리한 특성은 섬유 구조(290)를 통하는 수지(320)의 흐름을 촉진시킬 수 있다. 특정 실시예에서, 수지(320)는 1000cP(centipoise) 미만의 점도 및/또는 약 30 dynes 미만의 표면 장력(예를 들어, 5 dynes, 10 dynes, 15dynes, 20dynes, 25dynes)을 갖는다. 그러나, 특정 실시예에서, 수지(320)는 30 dynes보다 큰 표면 장력을 가질 수 있다는 것이 강조되어야 한다. 수지(320)(예를 들어 혼합될 때)의 예시적인 초기 점도 또는 혼합된 점도 값은 약 50cP 내지 20,000cP의 범위에 있을 수 있는데, 이러한 범위는 약 50cP, 100cP, 300cP, 500cP, 1000cP, 1100cP, 1150cP, 1200cP, 1250cP, 1300cP, 1350cP, 1400cP, 1450cP, 1500cP, 2000cP, 3000cP, 4000cP, 5000cP, 7000cP, 9000cP, 10,000cP, 12,000cP, 15,000cP, 18,000cP, 등을 포함한다. 더욱이, 수지(320)는 섬유 구조(290)를 통해 수지(320)의 분산에 도움을 주기 위한 습윤제(wetting agents)를 포함할 수 있다. 더욱이, 논의된 바와 같이, 외부 압력{예를 들어, 유연한 몰드(300)를 통해 가해진}은 수지(320)의 침투를 용이하게 할 수 있다. 일반적으로, 섬유 구조를 통한 수지(320)의 비교적 빠른 침투는 예를 들어 비교적 높은 발열성으로 경화하는 수지(320)와 일반적으로 연관된 고속 반응 수지(320) 시스템을 더 잘 수용할 수 있다.

유리하게, 경화된 수지(320)의 특성은 비교적 높은 유리 전이 온도(Tg) 및 열 편향 온도(HDT)를 포함할 수 있다. 당업자에게 인식되는 바와 같이, 그러한 수지 특성은 압력(예를 들어 대기보다 크거나 작은) 및 온도(예를 들어 주변보다 더 높은) 하에 평가되거나 동작하는 배관 시스템의 수리에 유리할 수 있다. 유리하게, 조절되거나 조절되지 않은 수리이든지 간에 본 파이프 수리는 비교적 높은 Tg 및/또는 HDT를 제공할 수 있다. 본 기술이 특정 표준에 한정되지 않지만, 적용가능한 산업 표준의 예는 "Non-Metallic Composite Repairs Systems for Piping and Pipe Work"라는 명칭의 미국 기계 엔지니어 협회(ASME) 포스트-구성 코드-2(PCC-2)이다. 당업자가 인식하는 바와 같이, ASME PCC-2 내의 증명은 수지/섬유 복합 시스템이 특정한 Tg 및 HDT 값을 충족하는 것을 요구한다. 현재 ASME PCC-2에 따라, 수리 시스템의 서비스 온도는 비-누출 파이프 작업에 대해 Tg - 36℉/HDT - 27℉와, 누출 파이프 작업에 대해 Tg - 54℉/HDT - 36℉로서 보고된다.

유리하게, 특정한 실시예에서, 수지(320)(예를 들어, 에폭시)는 주변 온도(예를 들어, 35℉ 내지 120℉)에서 상승된 Tg 및 HDT로 경화할 수 있다. 수지(320)의 그러한 주변 또는 실온 경화는 외부 열 소스의 이용을 회피할 수 있다. 예시적인 수지(320) 및 연관된 복합물 수리는 적어도 약 150℉(예를 들어, 175℉, 200℉, 225℉, 250℉, 275℉, 300℉, 325℉, 350℉, 375℉, 400℉, 425℉ 등)의 열 왜곡 온도를 가질 수 있고, 수지(320)는 적어도 약 150℉(예를 들어, 175℉, 200℉, 225℉, 250℉, 275℉, 300℉, 325℉, 350℉, 375℉ 등)의 Tg를 가질 수 있다. 호스트 파이프(270)에 의해 제공된 추가 열이 HDT 및/또는 Tg를 증가시킬 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 예를 들어, 수리 이후의 호스트 파이프가 약 200℉의 온도에서 동작하도록 되돌아가게 되면, 수지(320)는 150℉ 또는 250℉로부터 최대 약 400℉ 이상으로의 Tg, 및 150℉ 또는 250℉로부터 최대 약 400℉까지의 HDT 등으로 계속 해서 경화하거나 후치-경화할 수 있다. 이론은, 수지(320)가 수지 및 전체 복합물의 더 높은 Tg 및/또는 HDT를 산출하도록 계속해서 가교 결합할 수 있다는 것이다. 수지(320)의 그러한 후치-경화에서, 수지(320), 섬유 강화제(예를 들어, 탄소), 및 호스트 파이프(270)에 의해 제공된 추가 열 사이의 상승 작용이 실현될 수 있다. 다시, 수지(320) 또는 결과적인 복합물은 약 250℉ 내지 400℉의 범위에서 HDT를 제공할 수 있다. 따라서, 특정 응용에서, 경화된 수지(320)의 Tg는 약 250℉ 내지 약 400℉의 범위에 있을 수 있다. 더욱이, 예시적인 수지(320)는 심지어 외부 열 소스의 적용 없이도 약 200℉ 이상의 온도로 발열할 수 있다는 것이 주지되어야 한다.

수지(320)는 비교적 낮은 수축(예를 들어 10 부피비 미만) 및 실제적인 작용 시간(예를 들어 2시간 미만)으로 실온(즉, 외부 열 소스의 이용을 피하기 위해)으로 경화하는 것이 바람직하다. 더욱이, 특정한 에폭시 및 우레탄과 같은 예시적인 수지(320)는 경화된 수지(320)의 낮은 수축율을 유리하게 제공할 수 있다. 특정한 아크릴, 에폭시-비닐 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리에스테르 등과 같은 다른 수지(320)는 비교적 더 높은 Tg를 제공하지만, 또한 경화 후에 그러한 수지(320)는 수리 고리에서 수축 및 응력을 경험할 수 있다. 수지(320)(예를 들어, 에폭시)는 예를 들어 지방성 아민 및 시클로알리파틱 아민을 포함하는 경화 보충제 화학 물질과 함께 사용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 수지(320)는 반응을 막지 않도록 어떠한 가소제 또는 희석제도 실질적으로 함유하지 않는다. 즉, 가소제 및 희석제는 일반적으로 반응성이 아니고 및/또는 단기능성이므로, 가소제 및 희석제의 첨가를 피하는 것은 수지(320) 시스템의 반응을 촉진시킬 수 있다.

몇몇 예에서, 수지(320)의 발열은 주변 온도에서 200℉에 도달하거나 이를 초과하고, 그 결과 Tg는 약 130℉ 내지 150℉가 된다. 그러나, 무수물, 이마디졸, 시클로알리파틱 아민, 폴리-시클로알리파틱 아민, 방향성 아민, 폴리우레아, 다이시(dicy), BF3 복합물 등을 포함하지만 여기에 한정되지 않는 열 활성 에폭시 경화 보충제/촉진 시스템{예를 들어, 수지(320)의 약 5 중량비 내지 40중량비)의 포함을 통해, Tg 및 HDT는 약 150℉ 내지 400℉의 범위에 있을 수 있다. 이것은 부분적으로 외부 열 소스를 필요로 하지 않고도 이들 개체를 경화하는 비교적 높은 발열로 인한 것이다. 논의된 바와 같이, 그러한 상승된 Tg 및 HDT는 주변-경화 운동(kinetics)을 이용하여 비교적 높은 서비스 온도로 평가된 배관 시스템의 수리 또는 강화를 수용할 수 있다. 유리하게, 고온 시스템의 그러한 수리는 주변-경화 운동을 이용하여 구현될 수 있다. 몇몇 예에서, 그러한 상승된 Tg 및/또는 HDT는, 예를 들어 200℉에 도달하거나 초과하는 수지의 발열로 강철 파이프 주위에서, 0.10인치 내지 1.00인치의 원통형 또는 다면체 고리 두께에서 실현된다.

더욱이, 몇몇 실시예에서, 본 기술은, 수지가 파이프 수리 응용에서 비교적 낮은 고리형 기하학적 구조에 도포될 수 있는 것과 같이, 비교적 높은 온도(예를 들어 약 200℉보다 높은)에서 발열하는 주변-경화 에폭시 수지/경화 보충제 조합을 제공한다. 다른 실시예는, 또한 비교적 낮은 고리형 기하학적 구조에서 적용가능한, 약 200℉보다 높게 발열하는 다양한 유형의 2-구성요소 수지(290)(예를 들어, 2-부분 에폭시 시스템)를 제공한다. 그러한 발열은 경화된 수지(290)의 Tg 및 HDT 를 증가시킬 수 있는 수지(290)에서의 열-경화 구성요소(예를 들어, 첨가제, 경화 보충제, 촉진제)를 촉진시킬 수 있다. 예시적인 2-구성요소 수지는 에폭시, 우레탄, 에폭시-비닐 에스테르, 비닐 에스테르, 폴리에스테르 등을 포함한다.

파이프(270)(또는 임의의 초기 랩 구성 또는 복합물) 상에 배치된 강화 구조(290)(예를 들어, 탄소 섬유 랩) 위의 고리형 공간의 두께는 0.1 내지 4.0인치, 0.1 내지 3.0인치, 0.1 내지 2.0인치, 0.1 내지 1.0인치, 0.1 내지 0.5인치 등의 범위에서 섬유 구조(290) 상의 수지(320) 두께의 층을 제공하도록 제어될 수 있다. 다시, 특정 실시예에서, 이러한 수지(320)의 층은 일반적으로 이용된 열-경화 경화 보충제/촉진제를 가교 결합하기 위해 발열을 제공하도록 비교적 두꺼워야 한다. 더욱이, 고리는 파이프(270)의 중심축 주위에서 실질적으로 대칭적일 수 있어서, 고리가 냉각될 때, 예를 들어 응력 균열을 야기할 수 있는 극적으로 균일하지 않은 두께는 존재하지 않는다. 탬부어(180) 및/또는 다른 단단한 억제 시스템은 섬유 구조(290) 상의 수지(320) 두께의 이러한 제어를 용이하게 할 수 있다.

섬유 구조(290) 위의 고리에 형성된 수지의 이러한 실질적으로-대칭적인 층은 피륙, 메쉬(meshes), 사슬(chains), 밀링된 섬유(milled fibers), 쵸핑된 섬유(chopped fibers), 조방사(rovings) 등으로 강화될 수 있다는 것이 주지되어야 한다. 이들 추가적인 강화 물질은 유기, 무기, 및/또는 금속일 수 있어서, 일단 쏟아져 나오는(poured) 수지 층의 응력 균열을 감소시킨다. 이것은, 후치-발열이 냉각하는 동안 호스트 파이프 주위에, 그리고 때때로 형성된 수지(320)의 상승된 Tg/HDT 및 단단한 특성과 연관된 수축을 감소시킬 수 있다. 마지막으로, 섬유 강화 제(290) 위의 고리에서의 이러한 수지 층(320)은 2 위상 강화(toughening) 메커니즘으로 인해 균열 종료부(terimnators)/응력 완화제(relievers)의 역할을 하는 현미경 위상-분리 첨가제에 의해 또한 강화될 수 있다.

요약하면, 본 기술은 파이프의 부분을 강화시키는 시스템 및 방법을 제공하며, 상기 방법은, 섬유 구조를 강화될 파이프의 부분에 도포시키는 단계와, 수지로 섬유 구조를 실질적으로 스며들게 하기 위해 섬유 구조를 통해 수지를 파이프의 부분에 가압하는 단계를 포함하며, 상기 수지는 약 10,000cP 미만의 점도와, 약 30dynes 미만의 표면 장력을 포함한다. 수지는 약 200℉보다 큰 피크 발열에서 주변 상태 하에 경화하도록 허용되며, 경화된 수지는 약 150℉보다 높은 유리 전이 온도와, 약 150℉보다 높은 열 왜곡 온도를 포함한다. 수지를 가압시키는 단계는 섬유 구조 주위에 유연한 몰드를 설치하는 단계와, 유연한 몰드 주위에 강화 격납 용기를 설치하는 단계와, 수지를 강화 격납 용기를 통해 섬유 구조의 상부상의 유연한 몰드에 붓는 단계와, 섬유 구조를 통해 수지를 파이프에 가압시키기 위해 유연한 몰드를 압착시키는 단계를 포함한다.

표 2

수지-섬유 복합물의 예시적인 특성

특성	값	STD
압축 세기	12,345psi(85.12MPa)	ASTM D-695
탄성의 압축 계수	3.61x105psi(2489MPa)	ASTMD-695
선형 열 팽창 계수(50℉ 내지 170℉)	0.16x10-6in./in./℉	ASTM E-831(DMA)
굴곡 세기	89,775psi(619MPa)	ASTM D-790
굴곡 탄성 계수	7.84x106psi(54.1GPa)	ASTM D-790
인장 세기	축-후프-109,996psi(758.4MPa)	ASTM D-638
인장 탄성 계수	8.612x106psi(59.4GPa)	ASTM D-638
복합물의 열 왜곡 온도	>400℉(204.4℃)	ASTM D-6604
수지 및 경화 보충제의 열 왜곡 온도	209℉(98.3℃)	ASTM D-6604
쇼어 D 경도	85	ASTM D-2583

다음의 예시적인 정보는 일반적으로 비-누출 강철 파이프를 수리하기 위한 예시적인 에폭시 슬리브 수리(ESR) 시스템을 나타낸다. 다음의 예시적인 정보는, 본 명세서에 기재된 기술이 어떻게 평가되고 본 고안자가 본 고안으로서 간주하는 범주를 한정하도록 의도되지 않는지에 대한 상세한 설명을 당업자에게 제공하도록 설명된다. 이러한 예에서, ESR 시스템은, 위험이 높고 낮은 파이프 및 파이프 작업 응용에서 손상되거나 부식된 파이프라인을 위한 비-금속, 단일 결정, 탄소 섬유 복합 수리 시스템이다. ESR 시스템은 손상 또는 부식으로 인한 최대 70% 외부 파이프 벽 손실을 갖는 비-누출 파이프(유형 A 수리)를 수리하도록 설계된다. ESR 시스템은 DFRE(Defect Filling Repair Epoxy), ESR 프리머, 높은 계수의 탄소 섬유, ESR 수지 등을 포함한다.

ESR 시스템은, 구조적 무결성을 복구하고 추가 악화를 방지하는 4" 내지 42"의 파이프 상의 외부 부식을 수리할 수 있다. 또한, 덴트(dents), 흠, 프리팅(fretting) 및 마모와 같은 외부 손상이 수리될 수 있다. 이것은 현재 그레이드(grade) B 강철 파이프에 대해 증명된다. ESR 시스템의 장점은, 비교적 설치하기 쉽고, 비교적 빠른 경화와; 경량이고; 일반적으로 무거운 기기가 필요없고; 일반적으로 용접이 필요없고; 일반적으로 사소한 트레이닝 및 기술을 요구하고; 감소된 부식과; 비-자기성을 포함할 수 있고; 가압된 파이프 상에 설치될 수 있고; 비교적 높은 계수의 수리를 포함할 수 있다.

ESR 시스템은, 그릿 블라스팅(grit balsting), DFRE 및 ESR 프리머의 도포, 비교적 높은-계수의 탄소 섬유 피륙으로 달성된 영역을 감는 것, 및 크로스-링크 컴포지트 LLC에 의해 용이하게 된 고유한 설치 절차를 이용하여 ESR 수지로 피륙을 압력 적층하는 것에 의해 파이프 침투를 수반한다. 수리하기 위해 이용된 물질과 기기의 공급 또는 양은 예를 들어 파이프의 크기에 기초할 수 있다. 아래의 표 3은 다양한 크기를 갖는 파이프를 수리하도록 이용된 예시적인 양의 물질을 보여준다.

표 3

예시적인 ESR 물질

ipe 크기	요구된 랩의 수	프리머	요구된 탄소 섬유 피륙(1)	요구된 수지/경화 보충제	복합물 + 억제 시스템 모델
4"	3 랩	1 유닛		1 유닛
6"	4 랩	1 유닛		2 유닛
8"	5 랩	2 유닛		2 유닛
10" 내지 12"	6 랩		12 내지 14 피트	3 유닛
14" 내지 16"	7 랩		19 내지 26피트	4 유닛
18" 내지 20"	8 랩
22" 내지 24"	9 랩
26" 내지 30"	10 랩
32" 내지 36"	11 랩
38" 내지 42"	12 랩

(1) 이들 예에서, 탄소 섬유 피륙은 12인치 폭이고, 단방향성이고, 33,000KSI의 인장 계수를 갖는 고온 벨트 부가된(hot belt tacked) 탄소 섬유이다.

다음 설명은 다양한 크기를 갖는 파이프를 수리하기 위해 예시적인 ESR 시스템을 이용하기 위한 단계별 절차이다.

1) 사전-수리 조건 설정- 예시적인 ESR 시스템은 가압된 파이프 상에 설치될 수 있지만, 파이프 상의 압력이 가능한 한 많이 감소되는 것이 권고된다. 트렌치는 묻혀진 경우, 파이프 주위에 적어도 3 피트의 작용 유격을 제공하여 주변에 묻혀야 한다. 파이프 자체의 온도는 55℉ 내지 90℉이어야 한다. 파이프가 이러한 범위 이상의 높은 말단에 있는 경우, 방수천(tarp)은 파이프를 그늘지게 하고(shade) 냉각시키기 위해 파이프에 걸쳐 위치되어야 한다. 파이프가 이러한 범위 이하의 낮은 말단 또는 더 낮게 있는 경우, 텐트는 파이프 주위에 위치되어야 하고, 파이프를 데우기 위해 몇몇 방법이 이용된다.

2) 수리 물질 저장 - 탄소 피륙, 에폭시 수지, 및 경화 보충제 및 모든 설치 툴은 사용 이전에 24시간 동안 65℉ 내지 75℉로 유지되어야 한다. 이것은, 물질이 도포 동안 더 쉽게 작용하도록 하고, 물질에 대한 합당한 양의 작용 시간을 허용하도록 한다.

3) 파이프 표면 조제 - 타이트하고 긴 지속 파이프 수리 시스템에 대한 핵심은 파이프에 대한 시스템의 접착이다. 접착이 더 잘 이루어질수록, 수리는 더 오래 지속될 것이다. 적층물과 에폭시의 접착은 파이프의 표면 품질에 의해 결정된다. 이러한 이유로 인해, 파이프는 모든 밀(mill) 스케일, 녹, 녹 스케일, 페인트 및 외부 문제를 제거하는 SSPC-SP-5, Sa 3 또는 NACE 1에 백색 금속 블래스트 세척되어야 한다. 백색 금속 블래스트 세척된 표면 마무리는 코팅을 위한 적합한 앵커 패턴을 형성하도록 약간 거칠게 된, 그레이-백색의 균일한 금속 칼라를 갖는 표면으로서 한정된다. 표면은 확대 없이 보여질 때, 오일, 그리스, 먼지, 가시적 밀 스케일, 녹, 부식 생성물, 산화물, 페인트, 또는 임의의 다른 외부 물질 모두 갖지 않는다. 파이프의 전체 외주는 결점의 중심의 어느 한 측면 상에 12인치의 거리로 백색 금속 블래스트 세척되어야 한다. #20 내지 #24 메쉬 크기를 갖는 블래스트 집합체(aggregate)는 앵커 프로파일을 2-4밀의 최적치로 최대화하도록 사용되어야 한다. #20의 그릿 융합된 알루미늄 산화물은 바람직한 블래스팅 매질이다.

4) 표면 그라인딩- 압력이 감소되고 안전한 트렌치가 존재한 후에, 핸드 파일(hand file) 또는 파워 디스크(power disk)는 모든 절삭된 날카로운 코너와, 임의의 손상된 영역 상에 매끄러운 외관을 남겨두는 다른 응력-집중 변이를 제거하기 위해 파이프의 표면을 그라인딩한다. API 5L은 결함(imperfections)을 제거하기 위해 벽 두께의 12-1/2 %로 그라인딩하도록 한다.

5) 용매 세척(wash) - 린트(lint)가 없는 래그(rag)를 이용하여, 용매는 모든 먼지, 오물, 그리스, 오일 등을 제거하여 감겨질 영역을 지나 적어도 2인치로부터 파이프의 전체 원주를 세척한다. 어떠한 잔류물도 남아있지 않은 용매를 이용한다. 영역이 그 다음 단계로 이동하기 전에 완전히 건조하도록 한다.

6) 충전재 도포- 충분한 양의 예시적인 DFRE 수지와 경화 보충제를 1 부분 경화 보충제에 대한 2 부분 수지의 부피비로 함께 혼합한다. 수지는 검은 색이고, 경화 보충제는 백색이다. 일관된 그레이 칼라가 어떠한 줄무늬도 없이 달성될 때까지 혼합한다. DFRE를 퍼티 나이프(putty knife)를 이용하여 파이프의 손상된 영역에 도포한다. 임의의 트랩된 공기를 밀어내는 동안 손상된 영역의 모든 코너에 에폭시 페이스트를 밀어 넣는다. 이들 예에서, DFRE는 고속 경화 에폭시 수리 페이스트이다. 경화는 고온 공기 건을 이용하여 급속하게 진행될 수 있다. 에폭시가 경화 중일 때, 스크레퍼(scraper)로 DFRE의 표면을 성형한다. 일단 에폭시가 완전히 경화되면, 주변의 강철과 동일한 레벨에 있을 때까지 파일(file)을 이용하여 파이프의 원주 주위의 표면 성형을 마무리한다. 모든 먼지 및 파편을 제거하기 위해 용매 가 스며든(soaked) 래그를 이용하여 수리된 표면을 닦아 낸다. 주의: 전체적으로 균일하고 공극이 없는 수리 표면을 보장하기 위해, IMPX DFRE의 제 2 코팅은 도포되고 샌딩(sanded)될 필요가 없을 수 있다. 완료될 때, DFRE의 표면은 디봇(divots) 융기(bumps), 및 결함이 없어야 한다.

7) 1차 수리 영역- 작은 짧은 냅 롤러(nap roller)를 이용하여, IMPAX ESR 프리머의 얇은 코팅(2 내지 3 밀)을 수리 영역 및 어느 한 측면 상의 적어도 2인치에 도포한다. 프리머는 녹색이고, 부착 세기를 최대화하기 위해 금속 표면으로 작용되어야 한다.

8) 탄소 바이버(biber)를 갖는 랩 영역 - 탄소 섬유 물질의 요구된 길이를 절단하고, 이를 직경이 대략 4인치인 강성의 카드보드 롤(role) 또는 나무 은못 주위에 단단히 감는다. 프리머가 여전히 적셔져 있지만, 수리될 영역에 걸쳐 파이프 주위에 탄소 섬유 피륙을 매우 단단히 감는다. 단단히 맞춰지고(fitting)/인장된 탄소는 우수한 수리에 필수적이다. 적용할 랩의 수는 파이프 크기에 기초하고, 표 1에 도시된다. 소량의 예시적인 ESR 프리머를 탄소 섬유 피륙의 최종적인 1 내지 2인치에 도포하여, 이것을 고정하고 적소에 단단히 압착하는데 도움을 준다.

9) 억제 시스템의 설치 - 제조자의 권고에 뒤이어 탄소 섬유 피륙에 걸쳐 예시적인 억제 시스템(예를 들어, 크로스-링크 컴포지트 LLC에 의해 제공된)을 설치한다. 억제 시스템은 특수하게 설계된 유연한 우레탄 슬리브와, 탬부어라 불리는 유연한 금속 자킷이다.

10) ESR 수지 및 경화 보충제를 혼합 및 설치 - ESR 수지는 느슨하게-채워진(slack-filled) 1갤론의 캔에 들어온다. ESR 경화 보충제 캔의 전체 내용물을 수지 캔에 부어서, 3분 동안 완전히 혼합한다. 혼합은 지피(Jiffy) 혼합 블레이드와, 단지 300RPM으로 실행되는 가변 속도 드릴 모터를 이용하여 이루어져야 한다. 공기가 혼합 동작 동안 수지/경화 보충제에 흐르지 않는 것을 보장하기 위한 모든 노력이 이루어져야 한다. 혼합된 수지가 매우 짧은 작용 시간을 가질 수 있기 때문에, 일반적으로 한번에 하나의 키트를 혼합하는 것이 유리하다. 일반적으로 일단 혼합되면 억제 시스템에 가능한 한 빨리 부어져야 한다. 모든 필요한 에폭시가 약 10분 내에 억제 시스템에 부어지도록 수지와 경화 보충제의 혼합을 시기를 맞춘다(time). 또한, 일반적으로 이러한 수지가 경화 보충제와 잘 혼합되지 않기 때문에 캔의 측면을 문지르지(scrape) 않아야 한다.

11) 억제 시스템(예를 들어 억제 시스템의 제조자에 의해 지향된 바와 같이)에 12 내지 15psi 압력을 가한다. 압력은 수지를 탄소 섬유를 통해 파이프의 표면 에 아래로 힘을 가한다. 수지는 30 내지 60분 동안 경화하게 된다. 수지/경화 보충제 혼합이 경화할 때 대략 최대 350℉까지 가열하는 것이 주지되어야 한다. 수지를 가열하고, 수리를 처리하기 전에 실온까지 냉각시킨다.

12) 수리의 검사 및 테스트- 수지가 실온으로 냉각된 후에, 억제 시스템 및 우레탄 백을 제거한다. ESR을 검사하고, 임의의 변이를 주지한다. 건식 영역은 영향받은 영역을 문질러서(abrading) 세척하고, 그런 후에 이것을 추가로 혼합된 수지와 함께 적심으로써 수리될 수 있다.

파이프 수리는 무결성을 확인하도록 압력 테스트되어야 한다. 테스트의 성질은 소유자에 의해 규정되지만, 파이프를 정상 동작 압력으로 가압하고 나서 그 압력을 1시간 동안 유지시키는 것을 수반해야 한다. 수리는 그런 후에 균열 또는 누출에 대해 검사된다. 수리에서의 누출 또는 균열의 임의의 표시는 수리의 거부에 대한 원인이다. 원하는 경우, ESR 랩은 페인팅되고 다시 묻어질 수 있다. 마지막으로, 예시적인 정보는 아래의 표에 기재된다.

표 4

ESR 프리머

도포 온도	13℃(55℉) 내지 35℃(95℉)
경화 시간(근사치)	15℃(60℉)에서 48시간 18℃(65℉)에서 36시간 21℃(70℉)에서 24시간 26℃(80℉)에서 18시간
가용 수명	21℃(70℉)에서 15분
저장 수명	1년
세척	PRT-59 또는 유사한 에폭시 용매

표 5

DFSR 퍼티

도포 온도	13℃(55℉) 내지 35℃(95℉)
경화 시간(근사치)	15℃(60℉)에서 48시간 18℃(65℉)에서 36시간 21℃(70℉)에서 24시간 26℃(80℉)에서 18시간
가용 수명	21℃(70℉)에서 15분
저장 수명	1년
세척	PRT-59 또는 유사한 에폭시 용매

표 6

ESR 수지 및 경화 보충제

혼합된 점도	2,000cps(2 파스칼 초)
도포 온도	13℃(55℉) 내지 35℃(95℉)
혼합비	6.55:1
경화 시간(근사치)	15℃(60℉)에서 48시간 18℃(65℉)에서 36시간 21℃(70℉)에서 24시간 26℃(80℉)에서 18시간
가용 수명	21℃(70℉)에서 15분
저장 수명	1년
세척	PRT-59 또는 유사한 에폭시 용매

도 7

탄소-PLY DFRE 경화 보충제

복합물
성분	CAS NO.	중량비
마그네슘 실리케이트 히드레이트	14807-96-6	30-60%
아모퍼스 실리카	67762-90-7	1-5%
폴리아미드	68082-29-1	10-30%
변형된 아민	비밀	30-60%

표 8

탄소-PLY DFRE 수지

복합물
성분	CAS NO.	중량비
비소페놀 A 디글리시딜 에테르 수지	25068-38-6	30-60%
마그네슘 실리케이트 히드레이트	14807-96-6	30-60%
산화 아연	1314-13-2	1-5%
폴리아미드 왁스	비밀	1-5%

표 9

탄소-PLY ESR 경화 보충제

복합물
성분	CAS NO.	중량비
디에틸렌에트리아민	111-40-0	30-60%
페놀, 4,4'-(1-메틸리덴)비스-	80-05-7	10-30%
변형된 아민	비밀	5-20%

표 10

탄소-PLY ESR 수지

복합물
성분	CAS NO.	중량비
비소페놀 A 디글리시딜 에테르 수지	25068-38-6	30-60%
글리시딜 에테르	17557-23-2	10-30%
유리 섬유	65997-17-3	10-30%

표 11

탄소-PLY ESR 프리머 경화 보충제

복합물
성분	CAS NO.	중량비
아미노프로필모르폴린,4	123-00-2	10-30%
테트라에틸렌에펜타민	1122-57-2	1-5%
트리에틸렌에펜타민	112-24-3	1-5%
폴리아미드	68082-29-1	10-30%
메타-옥실릴렌 디아민	1477-55-0	1-5%

표 12

탄소-PLY ESR 프리머 수지

복합물
성분	CAS NO.	중량비
비스페놀 A 디글리시딜 에테르 수지	25068-38-6	30-60%
글리시딜 에테르	3101-60-8	10-30%
1-메톡시-2 프로파놀	107-98-2	1-5%
에폭시 수지	41638-13-5	5-10%
산화 아연	1314-13-2	1-5%
인산 아연	7779-90-0	5-10%

본 고안이 다양한 변형 및 대안적인 형태가 가능할 수 있지만, 특정 실시예는 도면에서 예로서 도시되고, 본 명세서에 구체적으로 설명되었다. 그러나, 본 고안이 개시된 특정한 형태에 한정되는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 본 고안은 다음의 첨부된 청구항에 의해 한정된 바와 같이 본 고안 의 사상 및 범주 내에 있는 모든 변형, 등가물, 및 대안을 포함한다.

상술한 바와 같이, 본 고안은 일반적으로 파이프 수리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 고안은 섬유 강화 폴리머 물질로 파이프를 효율적으로 수리하기 위한 기술 등에 이용된다.

Claims (14)

1. 파이프를 수리하는 시스템으로서,

   파이프 주위를 감도록 구성된 강화 물질로서, 파이프 주위에 설치 이후에 수지를 수용하도록 구성된, 강화 물질과;

   파이프 주위에 감겨진 강화 물질 주위에 배치되도록 구성되고, 상기 강화 물질 주위에 수지를 수용하고 수지를 고정시키도록 구성된, 유연한 몰드와;

   파이프 상에 배치된 유연한 몰드의 적어도 한 부분을 감싸고(encase) 지지하도록 구성된 지지 구조를 포함하며,

   상기 수지는 섬유를 침투하여 파이프 상에 강화 물질과의 복합물을 형성하도록 유연한 몰드 내부에 부어지도록 제제(formulated)되고, 상기 수지는 30dynes 미만의 표면 장력 및 10,000CP 미만의 점도를 포함하는, 파이프를 수리하는 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 강화 물질은 섬유 구조를 포함하는, 파이프를 수리하는 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 섬유의 구조는 탄소 섬유를 포함하는, 파이프를 수리하는 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 수지는 에폭시 시스템, 폴리에스테르 시스템, 비닐 에스테르 시스템, 우레탄 시스템, 또는 메타크릴레이트 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 파이프를 수리하는 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 유연한 몰드는 직물을 포함하는, 파이프를 수리하는 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 유연한 몰드는 상기 강화 물질에 상기 수지가 스며들게 하도록 압축되어 상기 수지를 상기 강화 물질을 통과하여 상기 파이프로 가압시키도록 구성되는, 파이프를 수리하는 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 지지 구조는 상기 파이프와의 고리를 형성하는 단단한 셀(shell)을 포함하는, 파이프를 수리하는 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 지지 구조는 방사상 방향으로 유연하고, 축방향으로 강성(stiffness)을 제공하는, 파이프를 수리하는 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 지지 구조는 금속 시트를 포함하는, 파이프를 수리하는 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 지지 구조는 축방향으로 강성을 제공하는 복수의 유연한 부재를 갖는 탬부어를 포함하는, 파이프를 수리하는 시스템.
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