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1、凯芙拉纤维在长输管道缺陷补强中的应用摘 要：随着我国社会经济的不断发展和进步，新型复合材料在管道修复中 得到了有效应用。凯夫拉纤维材料由于具有优异材料性能和便捷的施工工艺，是 应用于管道补强的理想材料。本文针对凯夫拉纤维这一新型复合材料管道修复技 术特点进行了分析。并通过案例阐述了在长输管道缺陷点补强施工中的应用。关键词：复合材料；缺陷补强；长输管道；应用目前针对出现机械损伤或腐蚀缺陷但尚未泄漏的长输管道，需要对缺陷或损伤进 行补强修复。长输管道修复工艺和技术主要包括补焊、换管、夹具、纤维复合材 料修复等。 采用焊接方法对管道修复具有很大的危险性， 由焊接引起的管道安 全事故屡见不鲜； 更换管
2、的经济成本和社会成本都非常高；夹具修复方法原理 是使用金属夹具包覆在缺陷管道外，恢复管道承压能力。 特点是能够在不破坏 原有管道的情况下进行增强。 但夹具方法操作复杂，其造价高、现场应变能力 差、弯头处难以施工的弱点十分明显；复合纤维材料修复补强技术的特点是：比 强度、比模量高。在国内得到越来越广泛的应用。1、复合纤维材料补强简介利用纤维复合材料对压力管道修复补强是 20 世纪90 年代以来发展起来的新 技术。该技术利用纤维材料在纤维方向上具有高强度的特性，利用粘结树脂在服 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。纤维复合材料补强技术的最大优点是可以在线修复，而且不用在服役管
3、道上 进行焊接，避免了焊穿和发生氢脆、冷脆的风险性。1.1 常见的三种复合纤维补强材料现在常用的纤维复合材料主要有玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维。碳纤维是一种纤维状碳材料。具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型 材料。碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，耐热性强，但缺点 是性脆，耐磨性较差。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高熔制、拉丝、络纱、 织布等工艺制成。凯夫拉纤维也称 Kevlar 或芳纶，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强 度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的56倍； 是高强度石墨的
4、 1.6 倍强度；在 560 度的温度下，不分解，不融化。它具有良好 的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。凯夫拉纤维还易于加工和成型，因而受到人们的重视，已经广泛应用到人们 的日常生活中。由于凯夫拉品牌材料坚韧耐磨、刚柔相济，也广泛用于航空、装 甲车、坦克和防弹衣上。1.2 玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维综合对比：玻璃纤维的特点是抗腐蚀、机械强度高，但是玻璃纤维性脆、耐磨性差，容 易损伤；碳纤维的特点是轴向强度高、耐疲劳性好、耐腐蚀性好、重量轻，但是 碳纤维耐冲击性能较差，易损伤、具有导电性，容易被电流阴极剥离，形成分层 不利于长输管线的整体防腐；凯夫拉纤维的主要特点是强度高、弹性模量高、
5、耐 高温、耐腐蚀、低密度、耐酸碱、绝缘性好、抗老化，但是成本略高。基于上述比较，选用凯夫拉纤维加固补强技术对在役管线进行补强，既不影 响管线的正常输送，又能保证安全、高效、环保地完成管道的加固补强。1.3 凯夫拉纤维管道补强工艺将抗拉强度极高的凯夫拉纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料；按照法国3X公司R.E.A软件设计数据缠绕在需进行补强部位，形成一个新的复合体，使复合增强材料与原有管线共同受力，提高管道结构的强度、刚度、避免腐蚀。2、凯芙拉纤维在管道补强中的应用某成品油输送管道全长162km。管道外径为457mm，材质为X60，壁厚为7.1mm。管道设计压力8.0MPa。在高清晰度漏磁腐蚀检
6、测中发现了 6处缺陷点需进行补强处理。经方案比选，决定采用凯芙拉纤维对管线进行带压补强修复。2.1 整体工艺流程如下fTL*TMWJ.灿出卩.1陌2.2施工前的准备施工前编写好详细的施工修复方案和应急预案。对进入现场施工的管道修复 人员需要进行相应的技能培训。计算掌握总使用量，并充分考虑损耗量，备足补 强材料，备好防腐层剥离工具及管道表面打磨清理工具。2.3 操作坑开挖缺陷点的定位信息来自管道检测数据，通过检测时地面参照物进行丈量定位。地面测量时应排除地势及管道走向对测量结果的影响，以缺陷点位置为中心进行 探坑开挖，采取人工开挖的方式，防止对管道防腐层造成新的损伤。管道的开挖 悬空长度应根据特
7、定管道的材质、管径、腐蚀缺陷和运行压力等具体情况确定。2.4 缺陷点的定位以缺陷点最近的环焊缝为参照，在参考环焊缝挖出后，根据环焊缝与直焊缝 交点位置以及与环焊缝的距离确认缺陷点的准确位置。对管道内部缺陷，通过测 厚仪进行定位（见下图）。2.5旧防腐层清除及表面预处理对缺陷处的防腐层进行修整，除去已剥离的防腐层，使产生锈蚀的管体完全 裸露。管体表面存在的任何缺陷包括焊渣、不合要求的外接物、焊缝缺陷（错边 未融合、噘嘴等）、腐蚀损伤、机械损伤、变形等均应按要求进行处理或修复。 粗糙的焊缝和尖锐凸起均应打磨平滑。对已裸露的管体表面宜采用打磨机处理，将腐蚀产物清理干净并进行粗糙度 处理，应达到Sa2
8、.5级。金属表面打磨粗糙度使用管道表面打磨机。将缺陷四周100mm范围及需环包的外防腐层表面的污物清理干净，根据防腐 层类型，缺陷防腐层边缘宜修成30度至45度的斜坡，防腐层表面应打毛。2.6金属损失凹坑填充将法国3X ENGINEERING表面填充剂A和B按规定配合比称量准确，混合均 匀后再将固化剂加入继续搅拌至均匀。混合好的表面填充剂为橡皮泥状。将表面 填充剂涂抹在管道表面有凹陷的位置，并按压实，用量应使填充剂高出管道表面 将管道表面多出来的填充剂使用光滑的平板抹平，使凹陷的管道恢复平整。2.7涂底胶按比例将底胶主剂与固化剂先后置于容器中，用搅拌器搅拌均匀，根据现场 实际气温决定用量，并严
9、格控制使用时间。用滚桶刷或毛刷将树脂均匀涂抹于管 道表面，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡。2.8 缠绕凯夫拉复合增强材料根据 REA 计算结果，确定缠绕层数及轴向长度；将调配好的树脂均匀涂抹于 凯夫拉纤维带上，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些；缠绕时用力拉紧凯夫拉纤 维带，表面看到树脂被挤出。直管段缠绕时第二层压住第一层面积的 1/2层，搭 接缠绕。在缺陷中心的两侧各缠绕 250mm 的凯夫拉纤维带（管道的轴向距离）。2.9 表面防腐表面采用粘弹体防腐，粘弹体是一种高性能粘弹性聚烯烃材料，兼具固体胶 粘材料和液体胶粘材料的双重特性，在通常条件下，它的粘弹性可以保持较长的 使用寿命
10、，具有优异的粘结性、防水密封性、和现场操作简单方便的特性。结语复合材料补强修复技术是一种不动火、不停产的简单快捷恢复管道强度和安全性能的专业维修技术。凯夫拉纤维补强具有下列优点：一是使用安全：材料不 导电，保证修复后管道的安全性；二是操作简单：不需要复杂的安装工具及设备， 施工轻便灵活；三是适用广泛：弯头和三通及管道焊接部位的不平整表面，同样 可以修复；四是技术领先：修复前有专业的分析计算软件，保证修复后管道的可 靠性。随着该技术在长输管道维护维修领域中的广泛应用， 必将为保障我国长 输管道的安全运行发挥巨大的作用。参考文献1 李荣光，杜 娟，赵国星，油气长输管道管体缺陷及修复技术概述 J. 石油工程建设，2016,42:1013 .2 GB/T 367012018，埋地钢制管道管体缺陷修复指南 .3 SY/T66492018，油气管道管体缺陷修复技术规范
