李國(guó)民，陳小林，崔雙民，顏臘紅

中國(guó)石油冀東油田公司，河北唐山063209

凱夫拉纖維管道修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

李國(guó)民，陳小林，崔雙民，顏臘紅

中國(guó)石油冀東油田公司，河北唐山063209

介紹了一種新型復(fù)合材料管道修復(fù)技術(shù)即凱夫拉纖維補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)。文章從產(chǎn)品介紹、材料性能、施工步驟、注意事項(xiàng)及成功應(yīng)用的實(shí)際案例等，對(duì)該補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)分析，指出該技術(shù)具有使用簡(jiǎn)單，可以永久修復(fù)管道內(nèi)外腐蝕缺陷、裂紋、機(jī)械損傷，可以在不影響管道正常輸送的情況下完成管道維搶修施工等優(yōu)點(diǎn)。

復(fù)合材料；凱夫拉纖維；管道；修復(fù)

0 引言

管道修復(fù)技術(shù)在國(guó)外一般被稱為3R技術(shù)（Repair、Rehabilitation、Replace，修補(bǔ)、修復(fù)及更換管段技術(shù)）。修補(bǔ)多指管道日常的維護(hù)、維修以及泄漏事故發(fā)生時(shí)的搶險(xiǎn)和臨時(shí)性維修，而修復(fù)及更換管段則屬管道的永久性修復(fù)，國(guó)內(nèi)也稱為管道大修[1]。

復(fù)合材料修復(fù)是指借助于復(fù)合材料修復(fù)層自身的高強(qiáng)度和高模量，將作用在管道損傷部位上的應(yīng)力，通過(guò)涂敷在缺陷部位的高強(qiáng)度填料、管體上和纖維材料層間的強(qiáng)力膠，均勻地傳遞到修復(fù)層自身上的一種修復(fù)方法[2]。

油氣管道作為石油生產(chǎn)的重要設(shè)施，其完整性管理越來(lái)越受到石化行業(yè)的重視，通過(guò)管道完整性檢測(cè)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)管道本體缺陷后，應(yīng)采取合適的修復(fù)方法進(jìn)行修復(fù)，以確保管道效能處于良好受控狀態(tài)。本文主要介紹凱夫拉纖維補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)具有無(wú)需焊接、安全方便等特點(diǎn)，特別適用于不停輸維修的危險(xiǎn)區(qū)域。

1 凱夫拉纖維產(chǎn)品介紹

凱夫拉纖維補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)材料主要由凱夫拉纖維（見(jiàn)圖1）和配套環(huán)氧樹(shù)脂組成。凱夫拉纖維具有密度低、強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、防腐蝕、良好的電絕緣性等特點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，易于彎折施工。

配套樹(shù)脂根據(jù)需要可分為常溫/高溫、陸上應(yīng)用/水下應(yīng)用、外腐蝕應(yīng)用/內(nèi)腐蝕應(yīng)用等類型。

圖1 KEVLA?R49纖維帶

2 凱夫拉纖維修復(fù)技術(shù)施工步驟

2.1 管體修復(fù)作業(yè)流程（見(jiàn)圖2）[2]

圖2 管體缺陷修復(fù)作業(yè)流程

2.2 凱夫拉纖維補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)施工步驟

2.2.1 數(shù)據(jù)收集、方案設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

依據(jù)ISO 24817國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在復(fù)合纖維補(bǔ)強(qiáng)前應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、方案設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

（1）需采集的數(shù)據(jù)：管道外徑、管道壁厚、鋼種等級(jí)、管道運(yùn)行壓力、管道設(shè)計(jì)壓力、運(yùn)行溫度、防腐層類型、管道位置、缺陷位置、缺陷類型、缺陷長(zhǎng)度、缺陷寬度、缺陷深度、泄漏直徑、流體類型、管道運(yùn)行年限、擬使用年限及其他信息[3]。

（2）方案設(shè)計(jì)：堵漏方案和凱夫拉纖維補(bǔ)強(qiáng)方案。

2.2.2 處理漏點(diǎn)及清理防腐層

（1）確保泄漏點(diǎn)被完全封堵，使用肥皂液或檢測(cè)儀器進(jìn)行全面檢查，如仍有泄漏則不能進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)施工。

（2）采用鋼帶、捆扎帶堵漏的表面應(yīng)當(dāng)盡量規(guī)則，多余的鋼帶、膠墊要清理掉。

（3）封堵完成后，按照設(shè)計(jì)要求剝離泄漏中心點(diǎn)兩端規(guī)定距離內(nèi)的防腐層，應(yīng)使需修復(fù)的管體完全裸露。

2.2.3 管道表面粗糙度處理

（1）管道表面存在的任何缺陷包括焊渣、不合要求的外接物、焊縫缺陷（錯(cuò)邊、未融合、噘嘴等）、腐蝕損傷、機(jī)械損傷、變形等，均應(yīng)按要求進(jìn)行處理或修復(fù)。粗糙的焊縫和尖銳凸起均應(yīng)打磨平滑，腐蝕坑內(nèi)殘留的舊涂層或腐蝕產(chǎn)物應(yīng)徹底清理。

（2）應(yīng)對(duì)需要修復(fù)的管體表面及其兩端100 mm范圍內(nèi)的防腐層進(jìn)行粗糙度處理，并達(dá)到Sa2.5級(jí)。應(yīng)盡量使用手持式粗糙度處理工具，以減少對(duì)管道本體的振動(dòng)，避免再次泄漏。

2.2.4 使用填充劑修復(fù)不規(guī)則表面

（1）將缺陷填充劑A和B按要求配比準(zhǔn)確稱量，兩者混合均勻后應(yīng)立即使用。

（2）缺陷填充劑應(yīng)全部覆蓋不規(guī)則部位，保證填實(shí)有縫隙的部位，并使需修復(fù)部位規(guī)則平滑，邊緣凸出部分要做出坡度，見(jiàn)圖3。

圖3 缺陷正確填充方法示意

（3）待缺陷填充劑完全固化后，使用肥皂液檢測(cè)是否有氣泡產(chǎn)生，如有氣泡產(chǎn)生，則繼續(xù)使用缺陷填充劑對(duì)產(chǎn)生氣泡的部位進(jìn)行再次填充，并用力按壓有氣泡處，直至再次固化后無(wú)氣泡產(chǎn)生。

2.2.5 調(diào)配、涂抹補(bǔ)強(qiáng)樹(shù)脂

（1）按標(biāo)簽上的配比要求準(zhǔn)確稱量樹(shù)脂，充分?jǐn)嚢韬髴?yīng)立即使用。當(dāng)環(huán)境溫度低于10℃時(shí)可將樹(shù)脂桶浸泡在熱水中加熱，以便于均勻攪拌。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要配制適量的樹(shù)脂，配制好的樹(shù)脂應(yīng)當(dāng)在0.5 h內(nèi)用完，施工作業(yè)應(yīng)在樹(shù)脂未固化前完成。

（3）配制好的樹(shù)脂應(yīng)用毛刷均勻用力涂抹于管道表面和打磨后的防腐層表面，不得漏涂。

2.2.6 纏繞凱夫拉纖維

（1）應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方案中的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行操作。

（2）將調(diào)配好的樹(shù)脂均勻涂抹于凱夫拉補(bǔ)強(qiáng)帶上。

（3）纏繞方法見(jiàn)圖4。

（4）用力拉緊凱夫拉補(bǔ)強(qiáng)帶，直到補(bǔ)強(qiáng)帶表面有樹(shù)脂被擠出為止。

（5）纏繞每一層的第一圈和最后一圈時(shí)應(yīng)當(dāng)徑向纏繞一周，中間部分按照50%搭接寬度進(jìn)行纏繞。

（6）當(dāng)前一條補(bǔ)強(qiáng)帶中斷需要續(xù)接時(shí)，后一條補(bǔ)強(qiáng)帶應(yīng)當(dāng)覆蓋前一條補(bǔ)強(qiáng)帶的半圈。

（7）纏繞至彎頭部位時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)準(zhǔn)彎頭的圓心點(diǎn)施力，見(jiàn)圖5。

圖4 涂抹樹(shù)脂纏繞凱夫拉纖維帶

圖5 彎頭纏繞凱夫拉纖維帶

2.2.7 樹(shù)脂固化后的硬度檢查

（1）創(chuàng)造干燥的作業(yè)及固化環(huán)境，遇下雨天氣應(yīng)當(dāng)搭建雨棚。

（2）待72 h固化后檢驗(yàn)補(bǔ)強(qiáng)層的硬度，應(yīng)當(dāng)達(dá)到邵氏硬度72以上。

3 凱夫拉纖維修復(fù)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

（1）管道泄漏補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)。2013年2月冀東油田柳北轉(zhuǎn)油站管道穿孔滲漏，經(jīng)開(kāi)挖確認(rèn)是柳北轉(zhuǎn)油站三相分離器D 377 mm進(jìn)液匯管彎頭處發(fā)生滲漏，滲漏點(diǎn)處兩年前曾因穿孔打過(guò)不銹鋼卡帶，初步判定是由于內(nèi)部腐蝕導(dǎo)致管道銹蝕加重，造成原管卡密封不嚴(yán)而出現(xiàn)滲漏。管道實(shí)施了不停產(chǎn)修復(fù)，其修復(fù)效果見(jiàn)圖6。

（2）螺旋焊縫補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)。中石油某油田D 377 mm ×6.4 mm輸油管道螺旋焊縫處發(fā)生外腐蝕，腐蝕面積為1 425 mm×220 mm，腐蝕深度2.24 mm，經(jīng)過(guò)研究分析，最終采用凱夫拉纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行永久修復(fù)。

（3）環(huán)焊縫或本體裂縫修復(fù)。某油田在檢查中發(fā)現(xiàn)氣舉橇處（氣舉匯管至5#計(jì)量間）管道的彎頭（規(guī)格D 114 mm×8 mm，介質(zhì)為天然氣，壓力11/ 16 MPa，溫度40/45℃）存在裂紋，選用凱夫拉纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行永久修復(fù)。

（4）管道變形修復(fù)。某管道公司3PE管道發(fā)生變形，采用凱夫拉纖維帶進(jìn)行修復(fù)，共修復(fù)32處。

圖6 彎頭泄漏補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，凱夫拉纖管道修復(fù)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（1）使用簡(jiǎn)單。不需要復(fù)雜的安裝工具及設(shè)備，與管卡式產(chǎn)品相比更為輕便靈活。

（2）適用廣泛。可以永久修復(fù)管道內(nèi)外腐蝕缺陷、裂紋、機(jī)械損傷、焊縫缺陷、材質(zhì)缺陷，對(duì)于彎頭、三通、管道焊接部位的不平整表面，同樣可以修復(fù)。

（3）技術(shù)先進(jìn)。修復(fù)前采用專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析，保證修復(fù)管道的可靠性。

（4）凱夫拉纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)可以在不影響管道正常輸送的情況下，更加安全地完成管道維搶修施工。

[1]王玉梅，劉艷雙，張延萍，等.國(guó)外油氣管道修復(fù)技術(shù)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2005，24（12）：13-16.

[2]Q/SY1592-2013，油氣管道管體修復(fù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]ISO/TS 24817-2006，石油、石化和天然氣工業(yè)-用于管道工程的復(fù)合材料修理-質(zhì)量鑒定和設(shè)計(jì)、安裝、測(cè)試和檢查[S].

Application ofKevlar Aramid Fiber in Pipeline Repair

LiGuomin，Chen Xiaolin，CuiShuangmin，Yan Lahong
PetroChina Jidong Oilfield Co.，Tangshan 063209，China

This paper introduces a new kind of pipeline repair technique using the composite material，i.e.Kevlar aramid fiber. It summarizes and analyzes this pipeline reinforcement and repair technique in aspects of product description，material performance，construction procedure，matters for attention and successful application cases，and indicates the advantages of the material such as easy application，permanent repair of internal and external corrosion defects，cracks and mechanical damages and implementing the repair without affecting normal pipeline operation.

composite material；Kevlar aramid fiber；pipeline；repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.023

李國(guó)民（1982-），男，遼寧北票人，工程師，2005年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事油田地面工程建設(shè)工作。

2014-06-14