浅谈碳纤维补强技术在工业管道中应用实践.pdf

第 51卷第 3期 化 工 设 备 与 管 道 V_o1．51 NO．3 2014年 6月 PROCESSEQUIPMENTPIPING Jun．20l4 浅谈碳纤维补强技术在工业管道中的应用实践 邢丽，季伟勤 (上海石化设备检验检测有限公司，上海200540) 摘 要 简述了碳纤维复合材料补强技术的基本原理、适用范围、方案设计及其施工工艺要点。介绍了在 役含缺陷工业管道应用该技术的可行性，分析认为，碳纤维复合材料补强技术在管道修复领域具有较好 的应用前景。呼吁建立一套完善的符合我国国情的现场施工规范及验收评价标准，以提升国内在役管道 维修水平。 关键词 碳纤维复合材料；补强；修复；工业管道；缺陷 中图分类号：TQ055．8；TH17 文献标识码：A 文章编号：1009．3281(2014)03．0061—004 在役工业管道 由于制造缺陷、机械损伤、内外 (1)外部腐蚀危及到结构的完整性。采用此修 腐蚀等因素，存在着减薄、变肜、泄漏、破裂等影响 复系统后可能会阻止进一步的破坏。 安全运行的隐患，一旦发生爆炸可能会带来巨大的经 (2)外部机械损伤，如凹坑、凿伤、支撑处 的 济损失和灾难性的后果。为确保含缺陷管道不发生因 磨蚀或磨损。 强度不足而导致破裂泄漏，可以采用补强的方式对其 (3)内腐蚀或兼有外腐蚀 。这种情况下，考虑 进行修复，从而满足管道安全运行压力，有效减少非 到内腐蚀可能会继续，应结合管道实际情况对其分析 计划停车，延长管道的使用寿命。管道修复补强的技 评估进而确定合适的维修生命周期。 术很多 Ⅲ，主要分为焊接、夹具和纤维复合材料三大 (4)制造或者加工缺陷。 类，其中纤维复合材料主要是指玻璃纤维和碳纤维。 (5)泄漏 。 碳纤维复合材料补强修复技术是20世纪90年代以后 1．3 优点 发展起来的一种高效快捷的新型补强技术。因其综合 (1)在 “三不 ”即不卸料、不泄压、不动火情 性能最优近年来在国外管道修补方面有很多成功应 况下实施碳纤维复合材料修复技术，可以避免由于焊 用的案例，我国目前已在长输油气管道和城镇燃气管 接施工所带来焊穿、氢脆、冷脆等风险，保障管道运 道 中得到应用 [2-5]。 行的连续性，有效消除了承压管道带病运行的安全隐 患，同时也避免了非计划停车修复带来的经济损失。 1 碳纤维修复补强技术 (2)碳纤维弹性模量高，与钢的弹性模量较接近， 1．1 基本原理 有利于复合材料尽可能多地承载管道压力，降低含缺 碳纤维修复补强技术是保证管道完整性和延长 陷处管道的应力水平，补强层与管道具有非常好的变 管道使用寿命的重要手段，其基本思路是利用碳纤维 形协同性。碳纤维的抗拉强度和延伸率高，用于管 材料在纤维方向的高强度特性，依靠热固性树脂基 道修复具有极高的安全性。美国天然气研究协会 (Gas 体增强，采用湿铺工艺在服役管道外包覆一个复合材 ResearchInstitute)的研究表明，纤维复合材料对压力 料修复层，与管道形成一体，分担管道承受的内压， 管道的修复效果取决于复合材料的抗拉强度和弹性 降低含缺陷处管道的应力水平，从而达到对管道补强 的目的，以恢复管道的正常承载能力。