1、管道補強技術“管道補強”是通過某種手段對管道進行修復,以起到增加管道強度、恢復管道安全運行的目的。管道的維修補強技術是保證管道完整性和延長管道使用壽命的重要手段。為此國內外對于管道維修補強技術研究和開發非常重視。迄今國內外用于管道維修補強的方法大致可以歸結為三大類型和七小類型：（1）焊接類型：a.堆焊；b.打補丁；c.打套袖（2）夾具類型：d.夾具；e.夾具注環氧（3）纖維復合材料類型：f.玻璃纖維復合材料修復；g.碳纖維復合材料修復1、玻璃纖維復合材料補強技術目前的玻璃纖維復合材料補強技術由于玻璃纖維的強度低，多制成一定厚度的半成品，在施工現場進行干法纏繞施工。玻璃纖維復合材料補強技術：預成

2、型法Clock Spring修復預成型法（Full cure）是美國的Clock Spring公司最先開發并工程化的，在管道外腐蝕缺陷修復作業中已成功應用了逾20年。預成型法采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制備復合套筒，然后在修補現場通過強力膠將復合套筒粘結于管道表面，從而起到恢復管道強度的目的。圖1為Clock Spring修復管道現場照片。 圖1 Clock Spring修復管道缺陷這種技術的優點有：修復過程無需降壓、無需動火、修復時間短；復合材料工廠預制成型，無需現場配膠，產品質量穩定，修復效果好；主要技術缺點有：1、復合套筒自身剛度較大，不易變形，只能修復直管，

3、不能用于修復異型件（彎頭、三通等）；2、一般選用纖維模量和強度較低的玻璃纖維，對管體強度的恢復效率有限；3、復合套筒在加工中經過擠壓、烘干、熱處理及固化等一系列生產過程，其成本較高。2、碳纖維復合材料補強技術復合材料修復技術具有“不動火&不停輸”的優點,在過去的，10 年內逐步興起, 在管道缺陷修復中得到越來越多的應用。通過對管道進行復合材料修復補強,可以起到如下三種主要作用(根據 ASME 做出的定義):(一) 降低缺陷處的應力 (二) 降低缺陷處的應變 (三) 恢復管道的承壓能力管道復合材料補強示意圖 (說明:碳纖維復合材料厚度很小,平均厚度約為0.5mm0.8mm/層)復合材料修

4、復技術利用樹脂基纖維增強復合材料在管道外形成復合材料修補層,分擔管 道承受的載荷,降低管壁的應力并且限制管道缺陷處的應力集中,從而達到對管道補強 的目的,恢復管道的正常承壓能力。如上圖所示,圖中的碳纖維復合材料為補強層,修 復后,補強層上產生了一定的應力,補強層起到了為管壁分擔的內壓的作用,這樣就降 低了管壁和缺陷處承受的應力,降低了管道的風險,達到修復補強的目的。PerpeWrap®復合材料修復系統的構成 PerpeWrap®復合材料修復系統由四個部分組成:(1)碳纖維布(2)粘浸膠(3)底漆(4) 專用修補劑。四個部分作為一個整體共同作用在管道上。PerpeWrap&#

5、174;復合材料修復系統施工技術 PerpeWrap®復合材料修復系統施工工藝為濕鋪工藝(wet lay-up technique),也稱為手糊成型技術,就是將碳纖維片材和環氧樹脂交互地鋪層,粘結在一起。PerpeWrap® 復合材料補強作業施工方案按照力強基業公司制定的企業標準執行: FirmBase QB-2008-01鋼質管道碳纖維復合材料修復補強技術施工作業規范。該企業 標準滿足如下行業標準和國家標準:(一)SYJ4002-90 長輸管道站內工藝管線工程施工及驗收規范(二)GB50205-95 鋼結構工程施工及驗收規范(三)GB50235-97 工業金屬管道工程施工

6、及驗收規范PerpeWrap®復合材料修復系統補強施工的工序為:第一步:管道表面處理通過對管道進行噴砂除銹或者手工打磨除銹,使管道表面達到 St3 級標準。用專用修補 劑將缺陷處填平。PerpeWrap®專用修補劑可以在 30 分鐘/25°C內完成固化。第二步:涂刷底漆在管道外表面涂刷 1.0mm 左右厚度的底漆,涂抹均勻之后即可進行下一步操作。底漆 和環氧樹脂基體材料固化速度基本相同。第三步:鋪設碳纖維復合材料采用濕鋪工藝鋪設 ST60 或 ST85 型碳纖維復合材料,鋪設時間大概在 30 分鐘內完成。 中高溫修復系統固化速度會更快。ST85 碳纖維復合材料初步

7、固化時間為 30 分鐘/25°C。 基本固化之后可以進行下一步處理。補強施工完畢后,在補強區域兩端可以設置漏磁智能檢測提示條,利用此提示條可以在 以后的檢測中識別已修復區域,方便以后的再次檢修。第四步:增加外保護層在碳纖維復合材料外部纏繞聚乙烯膠粘帶或者涂刷外保護層。建議使用力強基業公司開 發的抗紫外線涂層、防腐冷纏帶或其他抗老化防腐材料,在補強層外進行處理,減少紫 外線長期照射對碳纖維復合材料強度的負面影響。第四步:作業區域固化與土壤回填復原補強層初步固化后,埋地管道即可回填。3、對比玻璃纖維和碳纖維復合材料修復技術目前的玻璃纖維復合材料補強技術由于玻璃纖維的強度低，多制成一定厚度

8、的半成品，在施工現場進行干法纏繞施工。而碳纖維復合材料補強技術由于碳纖維的強度非常高，在現場進行濕法纏繞施工。碳纖維復合材料補強技術和玻璃纖維復合材料補強技術主要有下述幾點優缺點對比。(1)碳纖維復合材料與鋼管具有非常優良的變形協調能力。碳纖維的彈性模量213GPa和鋼的彈性模量207GPa十分接近，這樣非常有利于碳纖維復合材料與鋼的協同變形有利于載荷在鋼和碳纖維復合材料之間的均勻分布，從而有利于達到補強效果。玻璃纖維復合材料的彈性模量比鋼的彈性模量小約一個數量級，從結構強度的角度考慮，如果用玻璃纖維復合材料，只有當鋼管發生很大的塑性變形以后才能將力值傳遞到補強材料。所以從變形協調能力來說，使

9、用碳纖維綜合補強技術遠遠優于玻璃纖維補強技術。(2)碳纖維具有足夠的變形量，大于1.4%。按照管道設計規范，對于一類地區，最大操作壓力應當是屈服壓力Ps的0.72倍。屈服壓力對應的規定條件是0.5%或者0.2%的變形量，則最大操作壓力所對應的最大變形量根據規定條件不同為0.36%和0.14%，這是碳纖維復合材料可承受變形量的1/4到1/10。也就是說，一般情況下，管體變形遠小于碳纖維復合材料的變形量，使用碳纖維復合材料進行補強是從管體變形的角度來說也是足夠保險的。(3)由于彈性模量高，和我們開發高粘結性樹脂，可以進行環焊縫和螺旋焊縫的補強，玻璃纖維產品由于彈性模量低，不行。(4)由于濕法纏繞碳纖維布的柔韌性好，對于具有較高焊縫余高和錯邊嚴重的螺旋焊縫和環焊縫，用碳纖維復合材料補強技術非常易于施工。通常所用的玻璃纖維產品由于厚度大和硬度大，在這種狀態很難操作。(5)由于整體補強層很薄，比玻璃纖維產品材料低一個數量級，補后兩端防腐與玻璃纖維產品相比，要容易的多。(6)強度隨著時間增加基本保持不變，而玻璃纖維產品的強度則隨著時間增長而降低。(7)碳纖維復合材料可以軸向和環向組合鋪設，各個鋪層之間交錯組合鋪設。這樣既可以有效承受環向應力，也可以有效承受軸