天然氣管道缺陷補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)新技術(shù)研究論文

　　摘要：天然氣管道在運(yùn)行過程中承受著外部環(huán)境與內(nèi)部介質(zhì)的雙重影響作用，在部分情況下，可能出現(xiàn)局部缺陷問題，而直接導(dǎo)致天然氣的泄露等系列問題。針對天然氣管道缺陷補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用由來已久，而隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，眾多新型補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步提升了管道修復(fù)效果。針對新技術(shù)的研究對于提升天然氣管道管理工作有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文探討分析了當(dāng)前常用的天然氣管道缺陷補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)方法，對碳纖維補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了印證，旨在提供一定的參考與借鑒。更多石油天然氣工業(yè)論文相關(guān)范文盡在職稱論文發(fā)表網(wǎng)。

　　關(guān)鍵要：石油天然氣工業(yè)論文

　　一、天然氣管道缺陷補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)

　　現(xiàn)階段，在天然氣管道缺陷補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)中應(yīng)用的主要技術(shù)形式包括動火焊接、管段更換、機(jī)械卡具、復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)等，上述各技術(shù)的主要工藝與特征如下：

　�。ㄒ唬﹦踊鸷附友a(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)

　　在天然氣管道的使用過程中，在小范圍含缺陷管道的情況下，采用動火焊接處理缺陷位置是較為有效的補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)方法。通過補(bǔ)強(qiáng)材料的使用與焊接操作，在缺陷位置焊接補(bǔ)強(qiáng)金屬，以此形成對缺陷的填補(bǔ)。常見的動火焊接補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)工藝主要包括：堆焊、補(bǔ)丁焊和套袖焊等。該類型補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)的主要特點(diǎn)是能夠在管道輸送條件下進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)，施工工藝簡單，成本投入較小。然而，在天然氣持續(xù)輸送情況下進(jìn)行焊接操作，容易引發(fā)火災(zāi)事故，近年來動火焊接補(bǔ)強(qiáng)安全問題屢見不鮮。

　　（二）管段更換修復(fù)技術(shù)

　　管段更換修復(fù)是對天然氣管道缺陷位置進(jìn)行切割替換焊接新管段的補(bǔ)強(qiáng)方法，主要適用于缺陷范圍較大且較為嚴(yán)重的天然氣管道部分。替換新管段后管道的缺陷問題被徹底解決，能夠充分保證管道安全。但此類管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在其應(yīng)用過程中，需要沿管線進(jìn)行停氣、放空、置換等工藝流程，在實(shí)際啊哦做環(huán)節(jié)投入的時間周期較長且工作量大，對于天然氣輸送效率的影響較大。

　�。ㄈ�）機(jī)械卡具修復(fù)技術(shù)

　　機(jī)械卡具修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的基本原理是通過在管道缺陷外部包裹卡具的形式實(shí)現(xiàn)堵漏，以控制燃?xì)庑孤秵栴}。該技術(shù)借助可調(diào)節(jié)卡具的緊固作用，能夠便捷的實(shí)現(xiàn)修復(fù)，對于焊接操作的依賴性較小，安全性能高，但同時也存在防腐性能不理想、補(bǔ)強(qiáng)耐久性較弱等問題，通常作為管道缺陷應(yīng)急處理措施。

　�。ㄋ模�復(fù)合材料樸強(qiáng)修復(fù)技術(shù)

　　在天然氣管道運(yùn)行過程中，其內(nèi)部壓力將對管道形成應(yīng)力載荷，導(dǎo)致管道形成徑向膨脹與環(huán)向拉伸作用，對于部分既有缺陷或局部薄弱部分，應(yīng)力載荷作用將會引發(fā)然中的管壁凸起，凸起幅度超過一定限度后，將最終形成管道的破裂與泄漏問題。復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)則是通過纖維與樹脂混合材料在管道缺陷位置構(gòu)成復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)層，限制應(yīng)力影響，以此提升載荷承載能力。

　　二、天然氣管道缺陷補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)新技術(shù)分析

　　現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是區(qū)別于傳統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)方法的新型技術(shù)，在當(dāng)前國內(nèi)眾多天然氣管道工程中得以應(yīng)用。下圖1為碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)體系結(jié)構(gòu)圖。碳纖維材料的力學(xué)性能指標(biāo)較為優(yōu)良，其抗拉強(qiáng)度水平可達(dá)3500MPa以上，而彈性模量則大于200GPa。補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)環(huán)節(jié)在缺陷管道外部纏繞碳纖維復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)泄露等問題的處理，能夠使管道壓力水平恢復(fù)至正常工況水平。整個修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)過程，不使用電焊、不動火、不停止輸氣，操作環(huán)節(jié)安全，施工便捷，成本投入較低。

　�。ㄒ唬┬迯�(fù)工藝流程

　　碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的具體操作步驟如下：

　　1、天然氣管道預(yù)處理：對存在缺陷的天然氣管道進(jìn)行外部處理，剝離外部防腐層，并清理表面，表面噴砂除銹操作標(biāo)準(zhǔn)為st3級。

　　2、管道缺陷測量：缺陷測量對象主要包括長度、寬度、管壁厚度等參數(shù)指標(biāo)。

　　3、管道缺陷修補(bǔ)：使用樹脂材料涂刷管道缺陷表面，填平缺陷位置，并整平表面。

　　4、粘貼碳纖維布：在管道缺陷位置使用環(huán)氧粘浸膠進(jìn)行絕緣纖維片和碳纖維片的粘結(jié)，確保缺陷區(qū)域被完全覆蓋，材料覆蓋應(yīng)超出缺陷區(qū)域20cm以上。

　　5、聚乙烯補(bǔ)口：管道補(bǔ)口使用聚乙烯膠粘帶材料，在補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)材料固化后便可恢復(fù)工況運(yùn)行壓力。

　�。ǘ�）材料性能水平

　　對用于高壓天然氣管道缺陷的復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)材料的性能，美國天然氣技術(shù)協(xié)會（GRI）及美國運(yùn)輸部（DOT）從復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)材料的抗拉強(qiáng)度、彈性模盤以及使用壽命方面作了具體的要求。材料性能水平控制方面，應(yīng)首先保證補(bǔ)強(qiáng)材料抗拉伸強(qiáng)度應(yīng)的大于管道鋼材抗拉強(qiáng)度，并且需要具有較高水平的彈性模量，強(qiáng)度水平≥3100MPa，彈性模量≥3。5×104MPa，耐久壽命≥50年。同時，補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)材料需要與天然氣管道具備較好的形變一致性，確保補(bǔ)強(qiáng)層能夠有效承受材料內(nèi)壓作用。

　�。ㄈ�）修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)操作要點(diǎn)

　　1、補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)過程中，管道表面預(yù)處理的范圍應(yīng)超出缺陷位置兩端200mm以上，重點(diǎn)對缺陷位置進(jìn)行管道表面除銹，標(biāo)準(zhǔn)為St3。0級質(zhì)量水平以上。2、檢測管道缺陷長度、寬度、深度和位置，獲得準(zhǔn)確的特征參數(shù)，結(jié)合缺陷測量結(jié)果與管道基本材質(zhì)與工況條件計算管道修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)。3、管道補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)施工操作，首先將補(bǔ)強(qiáng)材料固化劑進(jìn)行混合，混合均勻后的填充材料在缺陷位置刷涂，并進(jìn)行表面處理，保證填充平整。整平復(fù)合纖維擦料，纏繞在在缺陷補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)位置，補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)按照計算結(jié)果執(zhí)行。纏繞時必須保證下層位置與內(nèi)層完全對應(yīng)，不得邊纏繞邊移動位置。在23℃下，初步固化時間一般為8h，固化期間需要保證修復(fù)部位清潔干燥；冬季氣溫較低時，可以使用加熱措施加快固化速度，加熱溫度不應(yīng)超過80℃。待固化完成后，對修復(fù)處使用STOPAQ粘彈體防腐膠帶以及PVC外帶進(jìn)行防腐處理。

　　三、應(yīng)用實(shí)例分析

　　某長輸天然氣管道工程，線路全長952。63km，設(shè)計年輸量為30×l08m3，為國家天然氣干線管網(wǎng)重要組成部分。在該長輸管道施工環(huán)節(jié)中，施工人員進(jìn)行管道清理時，為了處理卡球問題在管道開設(shè)了500mm×700mm的窗口取出清管球。后續(xù)窗口修復(fù)使用焊接補(bǔ)強(qiáng)，焊縫位置載荷承載能力較為薄弱，且可能存在焊接質(zhì)量問題，裂縫、未焊透、夾渣等問題也存在一定的失效風(fēng)險。該管線處于居民區(qū)，人口密度大，出現(xiàn)缺陷事故的情況下可能帶來極為嚴(yán)重的后果。因此，需要采取相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)工作。通過前期工程勘察與材料分析可知：輸氣管道開口處管道材質(zhì)為X65，其額定最小屈服強(qiáng)度為448MPa，管道壁厚為14。2mm。假設(shè)管道補(bǔ)板處的管體金屬壁厚全部損失，利用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)的方法彌補(bǔ)管體環(huán)向強(qiáng)度，補(bǔ)強(qiáng)層數(shù)為9層。維護(hù)人員對該輸氣管道進(jìn)行了碳纖維復(fù)合材料纏繞補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)和防腐。在補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)時，采用絕緣材料進(jìn)行墊底處理，徹底杜絕電偶腐蝕的可能性。修復(fù)后管道恢復(fù)正常運(yùn)行壓力，補(bǔ)強(qiáng)效果良好。

　　四、結(jié)語

　　綜上所述，天然氣管道缺陷補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用對于維護(hù)管道安全，提升管道運(yùn)行效率，及時有效的處理故障隱患有著重要的作用。行業(yè)工作者們應(yīng)對管道補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行深入的研究分析，熟練掌握新技術(shù)的應(yīng)用方法，通過不斷的實(shí)踐提升管道補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)能力，為天然氣管道運(yùn)行維護(hù)工作水平的提升創(chuàng)造有力條件。

　　參考文獻(xiàn)

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