用玄武岩纤维复合材料对管道修复补强或增强的方法技术

本发明专利技术涉及用于管道，特别是金属管道的修复补强或增强的方法。主要原材料是玄武岩纤维增强材料和树脂类基体材料。本发明专利技术中，修复补强或增强材料的强度、模量与金属管体材料较为接近，可与管道形成一体，共同承载管内压力，并使最终构成的复合修复层的承压能力达到并超过原始管道的承压能力；而且玄武岩纤维为绝缘材料，使得管道与阴极保护的兼容性和抗电化学腐蚀能力大大提高。本发明专利技术的方法施工简便，有利于补强材料和管体之间、补强层之间紧密贴合，并且可对在役管线进行修复补强增强作业。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用树脂基玄武岩纤维复合材料对管道，特别是金属管道进行 修复补强和/或增强的技术，更具体地，本专利技术涉及对管道，特别是金属管道 修复补强的补强材料，该材料为树脂基玄武岩纤维复合材料，用所述材料对 管道缺陷进行修复补强的方法，以及所述材料和方法在油气输送管道缺陷的 修复补强中的应用。
技术介绍
油气管道运输是五大运输产业之一，仅目前我国油气长输管道就达3万 余公里。这些管道在长期服役过程中，由于受到地层压力、土壤腐蚀、电偶 腐蚀、外力损伤等作用，造成管道爆裂、泄漏等事故发生；或者由于输送要 求的提高，现有的输送能力不足或者设计能力不足，不能按要求提压；或者 由于管道经过的地区类别发生变化，安全性有更高要求时，这些均影响管道 的正常输送作业。国内外常有油气管道爆破和泄漏事故发生，如1989年， 前苏联乌拉尔输气管道爆破一次伤亡1024人；北美也曾发生输气管道一次 爆破开裂13公里的大事故。大量的现场调査表明，我国在役油气管线60% 以上已进入事故多发期。通常，有缺陷的油气输送管道在运行作业时，往往 采取降压输送的做法；输送要求提高或管道地区类别变化，而现有条件不能 满足时，大部分是维持现有状况，不得已时新建管道。这样不仅影响了正常 的生产作业，而且大大增加了运行成本。因此开发一种效果好、安全性高、 便于实施的对管道进行修复补强和增强的方法是本领域追求的目标。在现有 的油气管道外缺陷修复补强技术中，主要有传统的焊接补疤和复合材料补强 等方法。由于焊接补疤过程中有可能发生焊穿和产生氢脆的危险，特别对于 不停输的输气管线， 一般建议不采用此方法。而树脂基复合材料由于具有轻 质高强、抗腐蚀、耐久性好、施工简便、不影响结构的外观等优异特性，已 被国外的油公司用于管道补强。如美国Clockspring公司的复合材料补强技 术，它是采用间苯二甲酸型不饱和聚酯与E-玻璃纤维复合成片材，采用干铺法包裹于金属管道表面，在层与层之间用环氧粘结剂粘结。这种技术的缺点 有两个 一是施工过程中，无法保证复合片材与管体、复合片材层与层之间 的紧密贴合；另一是玻璃纤维的弹性模量及强度均较低，所以补强层的厚度 会较厚，对后续防腐造成一定困难，'对基体承载能力的提高程度也很有限。 而北京科技大学等开发的复合材料补强技术因为成本较高，原料不易得以及 因为碳纤维原丝基本完全依赖进口等因素还需要进一步完善。近年来并没有关于使用玄武岩纤维进行管道维修补强和增强的报道以 及公开具体的实施方案。玄武岩纤维是前苏联开发的一种无机纤维，是以天然玄武岩矿石为原料 熔制而成的纤维，具有抗拉强度高、弹性模量大、电绝缘性好、耐腐蚀和化 学稳定性好等优良特性，而且可在60(TC或者更高的温度下使用，其性能全 面优于普通的玻璃纤维。因为玄武岩熔化过程中没有硼和其他碱金属氧化物 排出，使玄武岩纤维的制造过程对环境无害，无工业垃圾，不向大气排放有 害气体，是新型的环保型纤维。玄武岩纤维目前己经国产化，成本远低于碳纤维，已经应用于纤维增强 水泥制品、路面土工隔栅、汽车用摩擦材料等领域。.
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用玄武岩纤维复合材料对管道进行修复补强 和/或增强的方法，其特征在于在管道需要修复补强和/或增强的部位铺设玄武 岩纤维复合材料，该方法成本较低，安全可靠，便于施工。因为玄武岩纤维体积电阻率和表面电阻率均大于101DQ m，具有良好的电绝缘性能和介电 性能，因此，玄武岩纤维复合材料可作为管道的绝缘层，完全不会发生类似 电偶腐蚀或其他电化学腐蚀的风险。在管道需要修复补强和/或增强的部位铺设玄武岩纤维复合材料的方法之一包括以下步骤(1) 在管道表面涂刷可固化聚合物；(2) 铺设高强度玄武岩纤维，并滚压，使得可固化聚合物均匀浸渍玄 武岩纤维；任选地重复(1)和(2)多次，然后进行固化。这种方法为完全湿法粘贴，对于管体有焊疤或缺陷等凹凸不平处或管道 附件(如三通，弯头，异径管，法兰、小管径接头等)处时，具有很好的施 工简便性。在操作时，要尽量使可固化聚合物均匀分布，并且完全浸渍玄武 岩纤维。在铺设玄武岩纤维时，要最大可能的减少气泡，降低空隙率，必要 的时候可以采取抽真空等措施。在管道需要修复补强和/或增强的部位铺设玄武岩纤维复合材料的方法 还可以采用另外一种方法，包括以下步骤(1) 在玄武岩纤维表面浸涂可固化聚合物，制成玄武岩纤维预浸料；(2) 铺设玄武岩纤维预浸料； 任选地重复(1)和(2)多次，然后进行固化。这种方法为干法铺设，较适用与现场管道条件较好，无较大的凹凸不平 处，并且非异形管道附件(如三通，弯头，异径管，法兰、小管径接头等) 处，此时现场操作更为省时，有利于在现场抢修时争取时间。其中玄武岩纤维预浸料是指将可固化聚合物浸涂到玄武岩纤维上，通过 一定的处理过程形成一种储存备用的半成品。预浸料的制备方法按可固化聚 合物浸渍纤维的方法不同大致有溶液浸渍法，热熔浸渍和胶膜辗压法，粉 末工艺法。 一般来说，预浸料大多需要低温储存，最近也有常温储存的产品。 预浸料因为可以预先制备，能严格控制其可固化聚合物的含量，从而 使得预浸料的质量更容易控制。固化时为了提高固化质量，可采取真空固 化。在实际应用时，根据管道的具体情况，本专业技术人员可按照通常的缺 陷补强参数或管道增强设计方法确定玄武岩纤维复合材料层数、宽度和补强 材料用量。上述方法中所述各层纤维复合材料对于管道可以沿管道轴向铺设、环向 铺设或以一定角度铺设，也可以是几种铺设方式的任意组合。实际应用时，本 专业技术人员可根据管道的具体情况进行设计。上述方法中所述的纤维是连续纤维，选自单向纤维、正交或斜交的无 纬布叠层、二维织物层合、多向编织纤维材料。实际应用时，可依据管道具 体情况选用。 一般情况下，为便于设计，多采用单向纤维。但是为了施工的方便和安全性，有时也采用其他多向的纤维。上述方法中所述的可固化聚合物包括基体材料以及任选的辅助材料； 基体材料为选自热固性树脂、热塑性树脂及高性能树脂，优选热固性树脂； 辅助材料选自固化剂、偶联剂、引发剂、稀释剂、交联剂、阻燃剂、阻聚剂、 抗静电剂、光稳定剂以及填料。其中热固性树脂选自环氧树脂、酚醛树脂、不 饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰胺树脂、有机硅树脂、 烯丙基树脂或其改性树脂。其中环氧树脂与玄武岩纤维的黏结力强，机械性能高，介电性能优良，耐 化学腐蚀性好，因此常选用环氧树脂。在对管道进行修复补强和/或增强之前，可以任选的对管道进行表面处理， 如除油，除锈，磷化，钝化，偶联等可提高界面结合力的处理，如果管道有不 平处，可以任选的用填平树脂进行填平处理。在玄武岩纤维复合材料外可以用外防腐材料进行防腐，包括聚脲或聚氨 酯喷涂、聚乙烯或聚丙稀冷缠胶粘带缠绕。其中需要修复补强和/或增强的部位包括有缺陷的管道、管道附件，或 无缺陷需要增强的管道、管道附件。其中所述的缺陷包括体积型缺陷、平面 型(裂纹型)缺陷、弥散损伤型缺陷(氢鼓泡、微裂纹)、几何型缺陷(噘 嘴、错边等)。用玄武岩纤维复合材料对管道进行修复补强和/或增强的方法可用于金 属管道，非金属管道，优选金属管道，更优选在役油气输送管道。 为确保施工质量，玄武岩纤维的纵横向搭接应保持一定长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用玄武岩纤维复合材料对管道进行修复补强和／或增强的方法，其特征在于在管道表面需要修复补强和／或增强的部位铺设玄武岩纤维复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮景红，刘国，王修云，王金友，
申请(专利权)人：北京安科管道工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]