含缺陷管道預浸料修補層結構的製作方法
2023-10-09 19:37:04
專利名稱：含缺陷管道預浸料修補層結構的製作方法
技術領域：
本發明是一種含缺陷管道預浸料修補層結構。涉及管道系統技術領域。
背景技術：
據統計，我國目前在役長輸油氣管道總長超過5xl04km,其中相當部分經多年服役，產生了不同程度的缺陷，需進行更新、改造、大修或降壓運行，因此管道的修復工作己經成為油氣集輸過程中一項必不可少、經常性的工作，每年均需投入大量人力和財力。傳統的管道修複方法包括補焊、補板、套簡等，從安全性、經濟性以及可靠性等角度考慮，這些方法已不能適應石油行業對修補技術提出的更高要求。近些年來釆用樹脂基複合材料進行修補已經成為了研究和應用的熱點，這主要是因為與傳統的管體缺陷修複方法相比，複合材料修復技術是一種不停產的外補強技術，修復後可充分發揮複合材料輕質高強、抗腐蝕、耐久性好、可設計性強等特點，保證管道在原來的工作條件下長期正常運行。國內外的一些公司已經開發了相關的材料體系和修補技術，並開始用於實際工程當中。
目前，複合材料修復管道技術主要有兩種， 一種是預成型法， 一種是溼纏繞法。預成型法是美國的Clockspring公司最先開發並工程化的，該方法釆用不飽
和聚酯和玻璃纖維在工廠中預先根據含缺陷管道的管徑製備複合套簡，然後在修補現場通過強力膠將複合套簡粘結於管道表面，從而起到恢復管道強度的目的。這種技術的缺點是首先由於複合套簡剛度較大，不易變形，施工過程中難以保證複合套簡與管體之間緊密貼合，影響了整體的承力效果，而且該技術只能用於曲率較大的圓形管道，不能修復結構不規則的部位，如三通接頭等；第二，由於釆用的是模量和強度均較低的玻璃纖維，對管體強度的恢復效率有限，而且玻璃纖維複合材料的溼熱老化性能差，不易用於溼度較大、溫度較高的環境；第三，由於複合套簡是在工廠中經過擠壓、烘乾、熱處理及固化等一系列過程生產出來的，其成本較高，效率較低。溼纏繞法是將不含樹脂的柔性纖維布纏繞在管道上，同時將樹脂塗刷在纖維布上，在一定溫度和時間下樹脂固化並與纖維形成複合材料，複合材料緊貼與管道之上，分擔了大部分載荷，從而起到修復管道的目的。國內的北京安科管道工程科技有限公司便是以環氧樹脂為複合材料的基體、以碳纖維片材為複合材料的增強材料，釆用溼纏繞法技術進行管道修補的。這種修復
技術也存在著明顯的不足首先由於是在施工現場配製膠液並進行纏繞，膠液中
各組分的比例、樹脂與纖維的比例、樹脂對纖維的浸潤程度、纖維布的平整度等參數的一致性是很難控制的，它們均受到施工人員熟練程度、修補量、施工環境、原材料初始狀態等因素的影響，因此修復層的有效性和持久性都是不可預知的，
修復層的剛度和強度波動性較大，不適於高溫高壓管道的修復；另外，該技術在實施過程中的勞動環境較差、勞動效率低，樹脂中的揮發性組分和纖維布上脫落的纖維毛容易引起皮膚過敏，對人體的健康有一定危害，對環境也有一定的汙染;最後碳纖維與金屬接觸容易引起金屬的電位腐蝕，在潮溼的環境中更為明顯，這對管道的防腐效果有很大影響。
預浸料是航空航天承力複合材料結構件的常用材料，它是以連續纖維增強體和樹脂體系為原料，釆用排布機或預浸機使樹脂體系處於溶液狀態或加熱熔融狀態，在一定速度下對纖維進行浸潤，得到表面由樹脂包裹的纖維增強體，並通過收卷得到的一種片材。這種片材中的樹脂處於未固化狀態，使預浸料有一定的粘性，並且在一定溫度和壓力下樹脂可以發生流動，最終固化形成複合材料。由於預浸料是在自動化的設備上進行生產，生產效率髙、樹脂含量非常均勻，並且樹脂含量的範圍可以通過工藝參數的改變而在很大範圍內調節。這種片材的質量穩定性好，可以用於各種複合材料成型工藝，尤其適合於手工鋪貼工藝，可用於各種複雜結構的製品，製得的複合材料性能優異、纖維含量高且均勻、使用壽命長、可靠性高，在國防和民用領域已經得到了大規模的應用。
但埋地的在役長輸油氣管道由於其特殊性，上述的預浸料當然是不適用的。如果能解決在役長輸油氣管道要求的高強、抗腐蝕、耐久性好、可設計性高強及溼度較大、溫度較高的環境問題，當然預浸料是一種較好的管道補強技術。本公司經多年的研發，已成功地解決此問題，並同時申請了發明專利。而釆用預浸料對管道補強的修補層結構又是待解決的技術問題。
發明內容
本發明的目的是發明一種將預浸料用於含缺陷管道修補的質量高且均勻、使用壽命長、可靠性高的含缺陷管道預浸料修補層結構。
本發明之修補鋪層結構如
圖1所示，是在管道1外從裡向外依次包裹預浸料防電位腐蝕層2、預浸料增強層3和防腐層4 。
其中預浸料防電位腐蝕層2是玻璃纖維預浸料、玄武巖纖維預浸料、凱芙拉預浸
料或幾種的組合，層數在1 ~ 3層之間；該預浸料是預先浸潤專用樹脂的纖維或纖維布，所述專用樹脂體系包括環氧樹脂、改性脂肪族胺固化劑、低分子聚醯胺固化劑、2，4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚促進劑、咪唑促進劑、環氧類活性稀釋劑；其配比為
a)環氧樹脂佔45-55%;
b )改性脂肪族胺固化劑佔2. 5-15%;
c )低分子聚醯胺固化劑佔2. 5-30%;
d) 2，4,6-三(二甲胺基甲基)苯酴促進劑佔0. 5-2. 5%;
e )咪唑促進劑佔0. 5-3. 5%;
f )環氧類活性稀釋劑佔0-7. 5%;
纖維或纖維布為玻璃纖維、玄武巖纖維、凱芙拉或幾種的組合；它主要是利用所述纖維電阻率高、與金屬接觸不發生電位腐蝕的特點，增強管道的防腐能力；
預浸料增強層3是碳纖維、玻璃纖維預浸料、玄武巖纖維預浸料、凱芙拉預浸料或幾種的組合，層數在2 10層之間；該預浸料是預先浸潤專用樹脂的纖維或纖維布，所述專用樹脂體系包括環氧樹脂、改性脂肪族胺固化劑、低分子聚醯胺固化劑、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚促進劑、咪唑促進劑、環氧類活性稀釋劑；其配比為
a)環氧樹脂佔45-55%;
b )改性脂肪族胺固化劑佔2. 5-15%;
c )低分子聚醯胺固化劑佔2. 5-30%;
d) 2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促進劑佔0. 5-2. 5%;
e )咪哇促進劑佔0. 5-3. 5%;
f )環氧類活性稀釋劑佔0-7. 5%;
它主要是利用所述纖維高強高模的性能，承擔管道所受的壓力，恢復管道的承壓能力，鋪層順序如圖l所述；
防腐層4是聚乙烯冷纏膠帶、複合型聚乙烯防腐膠帶以及防腐塗料等，鋪層順序如圖l所述。
本發明由於釆用不含溶劑製備預浸料，預浸料中不含揮發性組分，避免了溶劑存在引起的複合材料內部孔隙缺陷，保證了複合材料的性能和使用可靠性。所以，含缺陷管道的預浸料修補層結構質量高且均勻、使用壽命長、可靠性高。圖l管道修補鋪層結構示意圖
圖中；l一管道 2—防電位腐蝕層
3—增強層 4一防腐層
具體實施例方式
實施例.以本例來說明本發明的具體實施方式
並對本發明作進一步的說明。本例是一實驗預浸料修補層結構。本發明之修補層結構如圖1所示,是在管道1外從裡向外依次包裹防電位腐蝕層2、增強層3和防腐層4 。
其中
預浸料防電位腐蝕層2是玻璃纖維預浸料，層數為3層，主要是利用所述纖維電阻率高、與金屬接觸不發生電位腐蝕的特點，增強管道的防腐能力；
預浸料增強層3是碳纖維、玻璃纖維預浸料的組合，層數為6層，主要是利用所述纖維高強高模的性能，承擔管道所受的壓力，恢復管道的承壓能力，鋪層順序如圖l所述；
該兩種預浸料是預先浸潤專用樹脂的纖維或纖維布,所述專用樹脂體系包括環氧樹脂、改性脂肪族胺固化劑、低分子聚醯胺固化劑、2， 4， 6-三(二甲胺基甲基)苯酴促進劑、咪唑促進劑、環氧類活性稀釋劑；其配比為
a)環氧樹脂佔50%;
b )改性脂肪族胺固化劑佔11. 5%;
c) 低分子聚醯胺固化劑佔25%;
d) 2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促進劑佔2. 5%;
e )咪唑促進劑佔3. 5%;
f )環氧類活性稀釋劑佔7. 5%;
防腐層4是複合型聚乙烯防腐膠帶以及防腐塗料，鋪層順序如圖l所述。
本例是在慶鐵線作的工業試驗，對1公裡距離內的10處腐蝕區補強，並經一年的檢測，經受3MP的壓力考驗，補強部位完好如初。
權利要求
1.一種含缺陷管道預浸料修補層結構，其特徵是在管道(1)外周從裡向外依次包裹防預浸料電位腐蝕層(2)、預浸料增強層(3)和防腐層(4)。
2. 根據權利要求1所述的含缺陷管道預浸料修補層結構，其特徵是所述防電位腐蝕層(2)選自玻璃纖維預浸料、玄武巖纖維預浸料、凱芙拉預浸料或幾種的組合，層數在1 3層之間。
3. 根據權利要求l所述的含缺陷管道預浸料修補層結構，其特徵是所述增強層(3)選自碳纖維、玻璃纖維預浸料、玄武巖纖維預浸料、凱芙拉預浸料或幾種的組合，層數在2 10層之間。
4. 根據權利要求1所述的含缺陷管道預浸料修補層結構，其特徵是所述預浸料防電位腐蝕層(2)、預浸料增強層(3)是預先浸潤專用樹脂的纖維或纖維布，所述專用樹脂體系包括環氧樹脂、改性脂肪族胺固化劑、低分子聚醯胺固化劑、2，4,6-三苯酚促進劑、咪唑促進劑、環氧類活性稀釋劑；其配比為a)環氧樹脂佔45-55%;b )改性脂肪族胺固化劑佔2. 5-15%;c )低分子聚醯胺固化劑佔2. 5-30%;d) 2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚促進劑佔0. 5-2. 5%;e )咪唑促進劑佔0. 5-3. 5%;f )環氧類活性稀釋劑佔0-7. 5%。
5. 根據權利要求1所述的含缺陷管道預浸料修補層結構，其特徵是所述防腐層(4)選自聚乙烯冷纏膠帶、複合型聚乙烯防腐膠帶或防腐塗料。
全文摘要
本發明是一種含缺陷管道預浸料修補層結構。涉及管道系統技術領域。其特徵是在管道(1)外周從裡向外依次包裹預浸料防電位腐蝕層(2)、預浸料增強層(3)和防腐層(4)。本發明由於採用不含溶劑製備預浸料，預浸料中不含揮發性組分，避免了溶劑存在引起的複合材料內部孔隙缺陷，保證了複合材料的性能和使用可靠性。所以，含缺陷管道的預浸料修補層結構質量高且均勻、使用壽命長、可靠性高。
文檔編號F16L55/16GK101576194SQ20081010622
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月9日 優先權日2008年5月9日
發明者豐 張, 李茂源, 李榮光, 簡抗抗, 顧玉卓 申請人:中國石油天然氣股份有限公司