張文斌

(洛陽(yáng)隆惠石化工程有限公司 泉州分公司，河南 洛陽(yáng) 471012)

某石油化工廠3802單元全廠工藝及熱力管網(wǎng)、3355單元乙二醇罐區(qū)自2020年9月開(kāi)工投用以來(lái)多次出現(xiàn)乙二醇管線焊縫出現(xiàn)泄漏。經(jīng)光譜檢驗(yàn)材質(zhì)復(fù)測(cè)結(jié)果和設(shè)計(jì)一致。采用卡具注膠及時(shí)制止管道泄漏，為了進(jìn)一步防止焊道裂紋擴(kuò)散，采用碳纖維復(fù)合材料纏繞于管線卡具處，對(duì)焊道裂紋及卡具進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。為了防止此系統(tǒng)管線其他焊道出現(xiàn)裂紋泄漏，為裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，解決此類隱患再次發(fā)生，對(duì)此系統(tǒng)所有管線焊道進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。

1 碳纖維復(fù)合材料修復(fù)

1.1 碳纖維的發(fā)展

碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)是20世紀(jì)90年以后發(fā)展起來(lái)的一種高效快捷的新型補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際上深受重視，已廣泛用于化工廠、民用建筑、橋梁等特種結(jié)構(gòu)，成為鋼質(zhì)管道結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的不斷應(yīng)用，這一技術(shù)已逐漸趨于成熟并開(kāi)始大范圍使用。

1.2 碳纖維加固管道應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)相比，復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：①不需要任何設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)施工非常簡(jiǎn)單；②免焊不動(dòng)火，降低了管道維修的危險(xiǎn)性，可避免焊接所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，基本上不影響生產(chǎn)，不停輸補(bǔ)強(qiáng)，避免停車(chē)造成的巨額損失；③耐腐蝕、耐蠕變；④性能優(yōu)異，適用于各種管道形狀，不受幾何形狀的限制；⑤不影響管道智能檢測(cè)，適用于各種缺陷類型；⑥可運(yùn)用于修復(fù)腐蝕缺陷、機(jī)械損傷、管材材質(zhì)缺陷等；⑦靈活剪裁、組合鋪設(shè)總成本較低。

2 碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)工藝

2.1 所需材料

①環(huán)氧底漆(專用找平膠)：截面找平，填補(bǔ)缺陷，傳遞壓力，分為主劑和固化劑(2∶1)配比。②環(huán)氧面漆(碳纖維浸漬膠)：滲透效果好，黏結(jié)強(qiáng)度高，抗老化耐腐蝕，施工方便快捷，分為主劑和固化劑(2∶1)配比。③碳纖維復(fù)合材料:單向碳纖維布，分擔(dān)管壁承擔(dān)的內(nèi)壓，每層纏繞用面漆打底，纏3～5層為宜。

碳纖維復(fù)合材料修復(fù)工藝由高強(qiáng)度環(huán)氧底漆(專用找平膠)、環(huán)氧面漆(碳纖維浸漬膠)、碳纖維布3層組成，如需做加糙面處理可在最后一層浸漬膠未干前撒少許石英砂[180～380 μm(40～80目)為宜]。

2.2 操作步驟

基面附著物清理→修補(bǔ)、找平基面→涂刷面膠→黏結(jié)碳纖維布→趕氣泡壓實(shí)→涂刷最上層面膠→固化養(yǎng)護(hù)。

操作過(guò)程中應(yīng)注意：①基面清理。表面應(yīng)打磨平整，無(wú)任何附著物，黏結(jié)部位有尖銳棱角的應(yīng)打磨成圓角，最小施工內(nèi)徑為20 mm。使用碳纖維布的目的在于改進(jìn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，防護(hù)加固，應(yīng)確?；久娴臓顩r，以保證其載荷可以延布料傳至基本面。②修補(bǔ)膠基面找平。將專用找平膠按相應(yīng)比例混合并充分?jǐn)嚢?，依?jù)用量多少取適量為宜，在建筑墻面施工需打墨線保證平直，配制好的膠料確保其在20 min內(nèi)施工完畢。③涂刷面膠。將碳纖維浸漬膠按比例充分?jǐn)嚢?，用專用施工圓滾筒涂刷第一層面膠，應(yīng)保證貼合面全部有浸漬膠覆蓋，膠量充足飽滿，配制好的膠料確保其在20 min內(nèi)施工完畢。④黏結(jié)碳纖維布。將裁剪好的布料平鋪到膠面，碳纖維布要平直、延展，如需拼接長(zhǎng)度應(yīng)至少壓過(guò)20 cm。⑤趕氣泡壓實(shí)。使用橡膠棒或塑料刮板反復(fù)碾壓，促使碳纖維布平直、延展、無(wú)氣泡黏合劑充分滲透。⑥涂刷最上層面膠。需在最上層的碳纖維布上涂刷最后一層面膠，保證其充分覆蓋布料，確保其充分完全滲透到纖維布中。⑦固化養(yǎng)護(hù)。用石英砂石灑在膠的施工面上，確保其黏結(jié)性。

3 試驗(yàn)?zāi)M

3.1 管線參數(shù)

管線規(guī)格(外徑×壁厚)為Φ323.9 mm×4.57 mm、Φ273 mm×4.19 mm、Φ219.1 mm×3.76 mm，材質(zhì)均為304，設(shè)計(jì)壓力2.0 MPa，工作壓力1.3 MPa，工作溫度常溫。

3.2 試驗(yàn)情況判定依據(jù)

根據(jù)《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》GB50235—2010中8.6.4壓力試驗(yàn)中第5條規(guī)定。

試驗(yàn)壓力計(jì)算：

pr=1.5p[σ]T/[σ]t

式中：pr，試驗(yàn)壓力(表壓)，MPa；p，設(shè)計(jì)壓力(表壓)，MPa；[σ]T，試驗(yàn)溫度下，管材的許用應(yīng)力(MPa)；[σ]t，設(shè)計(jì)溫度下，管材的許用應(yīng)力，MPa。

設(shè)計(jì)溫度與試壓溫度都為常溫，計(jì)算得出試驗(yàn)壓力為：pr=1.5×2.0×1=3.0 MPa。

3.3 試驗(yàn)猜想及猜想驗(yàn)證

試驗(yàn)總共分3種猜想：①管道出現(xiàn)點(diǎn)狀砂眼、點(diǎn)蝕；②管道出現(xiàn)裂紋；③管道斷裂。

對(duì)應(yīng)的3種猜想，制作相應(yīng)的工裝試驗(yàn)。選用規(guī)格為Φ114 mm×3 mm，材質(zhì)為304不銹鋼管道，模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管道：①采用管道鉆孔模擬管道點(diǎn)狀泄漏；②采用管道對(duì)口間斷焊接模擬管道裂紋泄漏；③采用管道對(duì)口不焊接模擬管道斷裂。

采用碳纖維復(fù)合材料纏繞于管線缺陷處。對(duì)試驗(yàn)工作進(jìn)行水壓試驗(yàn)，管道兩端采用盲板焊接堵死，在管道上開(kāi)孔并安裝閥門(mén)，用于水壓試驗(yàn)時(shí)上水排水控制。

3.4 試壓結(jié)果

①模擬點(diǎn)蝕采用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)試壓結(jié)果：管道緩慢升壓至3.85 MPa，保持壓力>3.0 MPa，穩(wěn)壓10 min，壓力表無(wú)壓降、補(bǔ)強(qiáng)部分無(wú)滲漏；②模擬焊道裂紋采用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)試壓結(jié)果：管道緩慢升壓至3.0 MPa，穩(wěn)壓10 min降至設(shè)計(jì)壓力2.0 MPa，穩(wěn)壓30 min，檢查壓力表無(wú)壓降、補(bǔ)強(qiáng)部分無(wú)滲漏；③模擬管道斷裂采用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)試壓結(jié)果：當(dāng)壓力升至約0.5 MPa(由于泄漏，未拍到照片)，補(bǔ)強(qiáng)部分出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象、壓力降為零。

3.5 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)點(diǎn)蝕、裂紋、斷裂3種泄漏形式模擬試驗(yàn)。模擬點(diǎn)蝕試驗(yàn)結(jié)果可看出，強(qiáng)度試壓壓力達(dá)到3.85 MPa，在壓力大于《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》的情況下，管道碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)處無(wú)泄漏，則此碳纖維復(fù)合材料可以用于此乙二醇管線系統(tǒng)中點(diǎn)蝕情況補(bǔ)強(qiáng)。模擬管線裂紋試驗(yàn)結(jié)果可以看出，強(qiáng)度試壓壓力達(dá)到3.0 MPa，參照《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》進(jìn)行壓力試驗(yàn)，管道碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)處無(wú)泄漏，則此碳纖維復(fù)合材料可以用于此乙二醇管線系統(tǒng)中管線裂紋補(bǔ)強(qiáng)。模擬管道斷裂試驗(yàn)結(jié)果可以看出，試壓壓力約0.5 MPa，補(bǔ)強(qiáng)部分出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象、壓力降為零，未達(dá)到《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》壓力試驗(yàn)要求，則此碳纖維復(fù)合材料不可以用于此乙二醇管線系統(tǒng)中管線斷裂補(bǔ)強(qiáng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工，驗(yàn)證了碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)的效果，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工后乙二醇管線至今再無(wú)發(fā)生過(guò)焊道泄漏。此次試驗(yàn)由于庫(kù)房材料限制，只找到相同材質(zhì)材料，未找到相同規(guī)格材料，對(duì)試驗(yàn)的驗(yàn)證有一定的不足之處。但是從試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果來(lái)看，碳纖維復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，分擔(dān)了管壁承擔(dān)的內(nèi)壓以及焊道裂紋擴(kuò)張方向的作用力，從而達(dá)到有效的補(bǔ)強(qiáng)效果。