[发明专利]压力结构夹具与纤维复合材料组合增强技术

说明书

发明领域

本发明涉及压力结构的修复补强和/或增强的技术，具体来说，本发明涉及应用纤维增强复合材料与夹具注可固化聚合物相结合的技术对各种压力管道、管件、压力容器、储罐等进行修复补强和/或增强的方法和其应用。所述的修复补强和/或增强的技术适合于各种管道，特别是油气管道在不停输的情况下进行临时抢修，或长期修复补强增强，延长使用寿命，提高运行压力等。

背景技术

管道运输是国民经济五大运输产业之一，仅目前我国油气长输管道就达5万余公里。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、泄漏等事故发生频繁，影响管道的正常输送作业。因此，需要在不停止输送的情况下进行修复补强增强的技术。

另外，还有可能出现因生产需要提高安全运行压力和因地区类别变化需要提高安全系数等情况。在此类情况下，整个管道系统中对因生产需要提高安全运行压力和因地区类别变化需要提高安全系数的部分管道及辅助设施，必须对其进行增强以适应提高运行压力和安全系数等的需要。

国外有关于套管内注环氧修补管道技术的报道，对于管体具有腐蚀缺陷的管道，英国天然气公司曾报道采用内注环氧树脂的修补方法进行修补。内注环氧树脂管壳，是由上下两片壳体环抱损坏区域连接而成，与管道形成环形空间，将环形空间两端密封后注入高强的环氧树脂浆而成。

但是上述套管注环氧的补强技术对管道轴向受力的增强效果不好，例如当管道环焊缝存在裂纹和存在环向尺寸较大的腐蚀缺陷时，管道轴向承载能力往往大大减弱，这时需要轴向补强，则该种方法就不能满足。

近年来有一些关于使用碳纤维复合材料进行金属管道外损伤缺陷补强的报道。北京安科管道工程科技有限公司的专利CN1853847报道了用碳纤维复合材料对焊缝缺陷修复补强的方法，另外中国专利CN1616546《含缺陷管道修复补强的碳纤维复合材料和方法》公开了一种用于管道修复补强的材料和管道修复补强的方法，该材料包括多层用一定组成的粘浸胶浸渍或涂布的碳纤维复合材料，可以达到良好的修复补强效果。使用该技术既可以进行金属管道的修复补强，同时也可以达到提高运行压力和允许能力的目的。但当腐蚀面积和深度都较大时，这种方法对于提高管道抗弯曲能力的提高具有一定局限性，而套管注环氧的技术对于提高管道抗弯曲能力则有一定优势。另外对于某些特殊管件，例如管道的固定墩，由于结构几何特性限制，单用碳纤维补强则难以达到增强效果。

本发明人经过长期的研究，提出了一种将纤维复合材料补强技术与夹具注可固化聚合物技术相结合的新的补强方法，不仅可以满足结构对于轴向力学补强的需求，而且可以满足管道对于弯曲抗力补强的需求，还可以用于一些特殊结合结构的异型管件的补强。该方法是一种对管道及辅助设施进行修复补强增强和提高运行压力及安全系数的新方法。本发明的技术适合于各种压力管道、管件、压力容器、储罐等在不停输的情况下进行临时抢修，或长期修复补强，延长使用寿命，提高运行压力等。

本发明的技术可在管线不停输的情况下进行修复补强增强作业，施工过程中不需要大型的机械吊装设备，不需要切割管道、管件等，有补强效果好、抗腐蚀、耐老化、适用范围广等优点。

发明内容

本发明的目的是提供了应用纤维增强复合材料与夹具注可固化聚合物相结合的技术对各种压力结构进行修复补强和/或增强的方法；该方法包括以下步骤：

(1)在需要修复、补强或增强的部位铺设一层或多层纤维增强复合材料；

(2)接着在该纤维增强复合材料外面安装夹具，并在夹具与压力结构之间填充可固化聚合物。

本发明所用的术语“压力结构”包括在压力下储存和/或输送物料的设备，例如压力管道、压力管件、压力容器、储罐等。本文中所述的“管道”通常是指“压力管道”，所述的管道包括直管道和异型管道，后者包括带有固定管托或加强筋等附件的管道结构；其中所述的管件包括管道安装结构件和附件，特别是异型的构件，所述的管件包括变径接头、法兰接头、管帽和各种阀门等，以及管道的附属部件例如管托、加强筋等。在本发明的描述中使用术语“管道结构”、“管道”等综合表述管道以及与其相关的管道附件，在涉及本发明修复、补强和/或增强的技术方案时，所描述的技术内容可延伸至所有的压力结构。

具体的，本发明所述需要修复、补强和/或增强的压力结构包括有缺陷的和无缺陷需要增强的管道、管件或压力容器，特别是管道结构。