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碳纤维修复补强技术

碳纤维修复补强技术

一、技术介绍   修复技术原理:利用的碳纤维复合材料具有高强度的特性,粘结专用聚合物,在服役管道外包覆一个复合材料修复层,恢复含缺陷管道的服役强度。
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产品编号
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所属分类
补强
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详细介绍
参数

一、技术介绍
  修复技术原理:利用的碳纤维复合材料具有高强度的特性,粘结专用聚合物,在服役管道外包覆一个复合材料修复层,恢复含缺陷管道的服役强度。

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复合材料补强示意图

  管道补强作用:“管道补强”是通过某种手段对管道进行修复,以起到增加管道强度、恢复管道安全运行的目的。为了对缺陷进行修复,一般采用焊接、夹具和复合材料三大类型的方法进行修复。复合材料修复技术具有“不动火、不停输”的优点,在过去的 10 年内逐步兴起,在管道缺陷修复中得到越来越多的应用。
  通过对管道进行复合材料修复补强,可以起到如下三种主要作用(根据 ASME 做出的定义):
  (一) 降低缺陷处的应力
  (二) 降低缺陷处的应变
  (三) 恢复管道的承压能力
  管道补强目的:碳纤维复合材料修复系统对管道进行复合材料补强。首先对管道表面进行处理,然后进行复合材料缠绕。待碳纤维复合材料固化后,补强材料在原有管道外表面生成一个新的复合材料层。该复合材料层具有优良的力学性能,能够恢复和提高管道的承压能力。
  对管道进行补强的主要目的是保证在管道的正常运行压力条件下,管道能够安全的运行。因此,管道补强所要达到的设计目标为:恢复并提高管道最大许可操作压力,补强后管道承压能力不低于无缺陷管道。修复后保证强度满足管道设计压力要求,恢复管道最大爆破压力。
  主要原料:碳纤维复合材料,专用粘浸胶,金属修补剂。


二、特点
  1、碳纤维材料具有高弹性、高抗拉强度、高抗蠕变性等优异性能;
  2、免焊不需要动火,可在管道带压运行状态下进行修复,安全可靠;
  3、施工简便快捷,修复方式灵活,施工时间短;
  4、耐腐蚀性能优异,与各种材质粘接性能好,使用寿命长;
  5、增加厚度小,方便后续的保温和防腐处理;
  6、强度高,修复后的管道承压能力可超过原管道的设计压力。


三、适用范围

 

适用范围

管道类型

油气输送、水管、化工等金属、水泥、塑料、复合材质等管道

可修复缺陷深度范围

微小腐蚀至穿孔均可

管径及管道压力

不限

适用温度

-30℃~260℃

适用介质

原油、成品油、天然气、水及各种化学介质

修复与结构加强的应用

腐蚀缺陷、机械损伤、管道系统提压改造、管材材质缺陷、防腐与补强同步考虑的一些修复

所能修复管道的几何形状

直管、弯管、三通和大小头等,不受几何形状限制

管道所在地理环境

埋地管道、水底管道、跨越管道

玻璃纤维修复与碳纤维修复补强比较

修复方法

特点及安全性要求

修复效果

使用寿命

施工工艺

使用范围

修复
费用

玻璃纤维修复

需要先进行止漏

因弹性模量较低,当管道产生塑性变形才达到修复效果。修复后脆性大,容易遭受外力损坏

强度随时间衰减,取决于衰减速率

施工工艺比较简单

对裂纹缺陷不适用,当焊缝余高和错边大时,施工不便,适用温度范围较低

费用适中

碳纤维修复补强

没焊穿、冷 脆、氢脆等风险,无需降压

弹性模量与母材基本相同,一旦管道承压,便可达到修复效果。修复后不受外力影响,强度可高于原管线的强度

强度不随时间衰减,可50 年以上

施工工艺比较简单

各种体积型腐蚀缺陷的补强,适用于裂纹缺陷,对错边和焊缝余高要求不严,适应温度可达250℃

费用比玻璃纤维修复略高


四、施工主要程序

首先:表面处理

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其次:缺陷修复

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然后:施工底层胶

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再然后:铺设碳纤维复合材料

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最后:增加保护层

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五、修复效果
  为了测试实际补强效果,乐天使专门设计了一系列全尺寸爆破实验,以其中一组为例,具体实验方法和内容如下:管道直径 325mm,管道名义壁厚7.0mm,管道实际壁厚6.7mm,管道材料材质:Q235B,管道材料的抗拉强度:435~489MPa,管道材料的屈服强度:235MPa,无缺陷管道爆破压力:18.0~ 20.2MPa。修复的目的:补强处爆破压力与无缺陷处持平或相等。

爆破实验:

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加压膨胀管道无缺陷处发生爆破

  实验结果:管道均在 18.0MPa 以上发生破裂,补强处完好,破裂点发生在未补强无缺陷处,管道可以目测到发生了较大的膨胀。结果认为,碳纤维复合材料修复方案科学有效,是一种可靠的修复手段。


六、标准及依据
  (1) ASME PCC-2--2011《乐天使》。
  (2) GB/T8923.1-2011《乐天使》。
  (3) 中国石油天然气股份有限乐天使企业标准Q/SY XN0341-2011《乐天使》。
  (4) 中国石油化工行业标准SH 3022-2011《乐天使》。
  (5) 中国石油天然气行业标准SY/T 0447-2014《乐天使》。

七、资质

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八、典型实例
实例1:

  炼油一部加氢制氢C-104空冷,航煤管线,温度108℃,管线腐蚀非常严重,原始壁厚为7mm,最薄壁厚为2.1mm。 2015年3月份,我们在长岭石化加氢制氢装置共进行了12个弯头、15个三通的修复中采用碳纤维补强后,效果非常好。

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修复前                                                          修复后

实例2:
  长岭分乐天使,管线内部介质为瓦斯,管道外径600mm,运行压力为0.1MPa,最高温度为 常温,管道腐蚀非常严重,已穿孔。先进行带压堵漏,再采用碳纤维进行修复补强。现已投用近3年时间,效果非常令人满意。

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实例3:
  武汉石化常减压油气管线,管径为DN300mm,压力为0.4MPa,管道腐蚀非常严重,已出现穿孔。先进行止漏处理,然后使用该产品进行修复,效果很好。

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实例4:
  武汉石化油品车间原油管线,管径为320mm,压力为0.6MPa,管道外壁腐蚀非常严重,腐蚀深度高达80%。我们对该管段进行碳纤维修复补强,现已投用2年时间,效果非常好。

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实例5:
  武汉石化1#催化装置非净化风总管,管径为89mm,压力为0.6MPa,管道腐蚀非常严重,已多次穿孔。先进行捆扎止漏处理,然后使用碳纤维进行修复补强,该管线修复后使用一年多,未出现任何泄漏问题。

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实例6:
  武汉石化1#气分装置瓦斯管线,管径为108mm,压力为0.6MPa,管道腐蚀非常严重,已出现穿孔。先进行止漏处理,然后使用碳纤维进行修复补强,该管线修复后使用半年多,未出现任何泄漏问题。

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