专利名称：含缺陷管道预浸料修补层结构的制作方法
技术领域：
本发明是一种含缺陷管道预浸料修补层结构。涉及管道系统技术领域。
背景技术：
据统计，我国目前在役长输油气管道总长超过5xl04km,其中相当部分经多年服役，产生了不同程度的缺陷，需进行更新、改造、大修或降压运行，因此管道的修复工作己经成为油气集输过程中一项必不可少、经常性的工作，每年均需投入大量人力和财力。传统的管道修复方法包括补焊、补板、套简等，从安全性、经济性以及可靠性等角度考虑，这些方法已不能适应石油行业对修补技术提出的更高要求。近些年来釆用树脂基复合材料进行修补已经成为了研究和应用的热点，这主要是因为与传统的管体缺陷修复方法相比，复合材料修复技术是一种不停产的外补强技术，修复后可充分发挥复合材料轻质高强、抗腐蚀、耐久性好、可设计性强等特点，保证管道在原来的工作条件下长期正常运行。国内外的一些公司已经开发了相关的材料体系和修补技术，并开始用于实际工程当中。
目前，复合材料修复管道技术主要有两种， 一种是预成型法， 一种是湿缠绕法。预成型法是美国的Clockspring公司最先开发并工程化的，该方法釆用不饱
和聚酯和玻璃纤维在工厂中预先根据含缺陷管道的管径制备复合套简，然后在修补现场通过强力胶将复合套简粘结于管道表面，从而起到恢复管道强度的目的。这种技术的缺点是首先由于复合套简刚度较大，不易变形，施工过程中难以保证复合套简与管体之间紧密贴合，影响了整体的承力效果，而且该技术只能用于曲率较大的圆形管道，不能修复结构不规则的部位，如三通接头等；第二，由于釆用的是模量和强度均较低的玻璃纤维，对管体强度的恢复效率有限，而且玻璃纤维复合材料的湿热老化性能差，不易用于湿度较大、温度较高的环境；第三，由于复合套简是在工厂中经过挤压、烘干、热处理及固化等一系列过程生产出来的，其成本较高，效率较低。湿缠绕法是将不含树脂的柔性纤维布缠绕在管道上，同时将树脂涂刷在纤维布上，在一定温度和时间下树脂固化并与纤维形成复合材料，复合材料紧贴与管道之上，分担了大部分载荷，从而起到修复管道的目的。国内的北京安科管道工程科技有限公司便是以环氧树脂为复合材料的基体、以碳纤维片材为复合材料的增强材料，釆用湿缠绕法技术进行管道修补的。这种修复
技术也存在着明显的不足首先由于是在施工现场配制胶液并进行缠绕，胶液中
各组分的比例、树脂与纤维的比例、树脂对纤维的浸润程度、纤维布的平整度等参数的一致性是很难控制的，它们均受到施工人员熟练程度、修补量、施工环境、原材料初始状态等因素的影响，因此修复层的有效性和持久性都是不可预知的，
修复层的刚度和强度波动性较大，不适于高温高压管道的修复；另外，该技术在实施过程中的劳动环境较差、劳动效率低，树脂中的挥发性组分和纤维布上脱落的纤维毛容易引起皮肤过敏，对人体的健康有一定危害，对环境也有一定的污染;最后碳纤维与金属接触容易引起金属的电位腐蚀，在潮湿的环境中更为明显，这对管道的防腐效果有很大影响。
预浸料是航空航天承力复合材料结构件的常用材料，它是以连续纤维增强体和树脂体系为原料，釆用排布机或预浸机使树脂体系处于溶液状态或加热熔融状态，在一定速度下对纤维进行浸润，得到表面由树脂包裹的纤维增强体，并通过收卷得到的一种片材。这种片材中的树脂处于未固化状态，使预浸料有一定的粘性，并且在一定温度和压力下树脂可以发生流动，最终固化形成复合材料。由于预浸料是在自动化的设备上进行生产，生产效率髙、树脂含量非常均勻，并且树脂含量的范围可以通过工艺参数的改变而在很大范围内调节。这种片材的质量稳定性好，可以用于各种复合材料成型工艺，尤其适合于手工铺贴工艺，可用于各种复杂结构的制品，制得的复合材料性能优异、纤维含量高且均匀、使用寿命长、可靠性高，在国防和民用领域已经得到了大规模的应用。
但埋地的在役长输油气管道由于其特殊性，上述的预浸料当然是不适用的。如果能解决在役长输油气管道要求的高强、抗腐蚀、耐久性好、可设计性高强及湿度较大、温度较高的环境问题，当然预浸料是一种较好的管道补强技术。本公司经多年的研发，已成功地解决此问题，并同时申请了发明专利。而釆用预浸料对管道补强的修补层结构又是待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是发明一种将预浸料用于含缺陷管道修补的质量高且均勻、使用寿命长、可靠性高的含缺陷管道预浸料修补层结构。
本发明之修补铺层结构如
图1所示，是在管道1外从里向外依次包裹预浸料防电位腐蚀层2、预浸料增强层3和防腐层4 。
其中预浸料防电位腐蚀层2是玻璃纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料、凯芙拉预浸
料或几种的组合，层数在1 ~ 3层之间；该预浸料是预先浸润专用树脂的纤维或纤维布，所述专用树脂体系包括环氧树脂、改性脂肪族胺固化剂、低分子聚酰胺固化剂、2，4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂、咪唑促进剂、环氧类活性稀释剂；其配比为
a)环氧树脂占45-55%;
b )改性脂肪族胺固化剂占2. 5-15%;
c )低分子聚酰胺固化剂占2. 5-30%;
d) 2，4,6-三(二甲胺基甲基)苯酴促进剂占0. 5-2. 5%;
e )咪唑促进剂占0. 5-3. 5%;
f )环氧类活性稀释剂占0-7. 5%;
纤维或纤维布为玻璃纤维、玄武岩纤维、凯芙拉或几种的组合；它主要是利用所述纤维电阻率高、与金属接触不发生电位腐蚀的特点，增强管道的防腐能力；
预浸料增强层3是碳纤维、玻璃纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料、凯芙拉预浸料或几种的组合，层数在2 10层之间；该预浸料是预先浸润专用树脂的纤维或纤维布，所述专用树脂体系包括环氧树脂、改性脂肪族胺固化剂、低分子聚酰胺固化剂、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂、咪唑促进剂、环氧类活性稀释剂；其配比为
a)环氧树脂占45-55%;
b )改性脂肪族胺固化剂占2. 5-15%;
c )低分子聚酰胺固化剂占2. 5-30%;
d) 2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂占0. 5-2. 5%;
e )咪哇促进剂占0. 5-3. 5%;
f )环氧类活性稀释剂占0-7. 5%;
它主要是利用所述纤维高强高模的性能，承担管道所受的压力，恢复管道的承压能力，铺层顺序如图l所述；
防腐层4是聚乙烯冷缠胶带、复合型聚乙烯防腐胶带以及防腐涂料等，铺层顺序如图l所述。
本发明由于釆用不含溶剂制备预浸料，预浸料中不含挥发性组分，避免了溶剂存在引起的复合材料内部孔隙缺陷，保证了复合材料的性能和使用可靠性。所以，含缺陷管道的预浸料修补层结构质量高且均匀、使用寿命长、可靠性高。图l管道修补铺层结构示意图
图中；l一管道 2—防电位腐蚀层
3—增强层 4一防腐层
具体实施例方式
实施例.以本例来说明本发明的具体实施方式
并对本发明作进一步的说明。本例是一实验预浸料修补层结构。本发明之修补层结构如图1所示,是在管道1外从里向外依次包裹防电位腐蚀层2、增强层3和防腐层4 。
其中
预浸料防电位腐蚀层2是玻璃纤维预浸料，层数为3层，主要是利用所述纤维电阻率高、与金属接触不发生电位腐蚀的特点，增强管道的防腐能力；
预浸料增强层3是碳纤维、玻璃纤维预浸料的组合，层数为6层，主要是利用所述纤维高强高模的性能，承担管道所受的压力，恢复管道的承压能力，铺层顺序如图l所述；
该两种预浸料是预先浸润专用树脂的纤维或纤维布,所述专用树脂体系包括环氧树脂、改性脂肪族胺固化剂、低分子聚酰胺固化剂、2， 4， 6-三(二甲胺基甲基)苯酴促进剂、咪唑促进剂、环氧类活性稀释剂；其配比为
a)环氧树脂占50%;
b )改性脂肪族胺固化剂占11. 5%;
c) 低分子聚酰胺固化剂占25%;
d) 2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂占2. 5%;
e )咪唑促进剂占3. 5%;
f )环氧类活性稀释剂占7. 5%;
防腐层4是复合型聚乙烯防腐胶带以及防腐涂料，铺层顺序如图l所述。
本例是在庆铁线作的工业试验，对1公里距离内的10处腐蚀区补强，并经一年的检测，经受3MP的压力考验，补强部位完好如初。
权利要求
1.一种含缺陷管道预浸料修补层结构，其特征是在管道(1)外周从里向外依次包裹防预浸料电位腐蚀层(2)、预浸料增强层(3)和防腐层(4)。
2. 根据权利要求1所述的含缺陷管道预浸料修补层结构，其特征是所述防电位腐蚀层(2)选自玻璃纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料、凯芙拉预浸料或几种的组合，层数在1 3层之间。
3. 根据权利要求l所述的含缺陷管道预浸料修补层结构，其特征是所述增强层(3)选自碳纤维、玻璃纤维预浸料、玄武岩纤维预浸料、凯芙拉预浸料或几种的组合，层数在2 10层之间。
4. 根据权利要求1所述的含缺陷管道预浸料修补层结构，其特征是所述预浸料防电位腐蚀层(2)、预浸料增强层(3)是预先浸润专用树脂的纤维或纤维布，所述专用树脂体系包括环氧树脂、改性脂肪族胺固化剂、低分子聚酰胺固化剂、2，4,6-三苯酚促进剂、咪唑促进剂、环氧类活性稀释剂；其配比为a)环氧树脂占45-55%;b )改性脂肪族胺固化剂占2. 5-15%;c )低分子聚酰胺固化剂占2. 5-30%;d) 2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚促进剂占0. 5-2. 5%;e )咪唑促进剂占0. 5-3. 5%;f )环氧类活性稀释剂占0-7. 5%。
5. 根据权利要求1所述的含缺陷管道预浸料修补层结构，其特征是所述防腐层(4)选自聚乙烯冷缠胶带、复合型聚乙烯防腐胶带或防腐涂料。
全文摘要
本发明是一种含缺陷管道预浸料修补层结构。涉及管道系统技术领域。其特征是在管道(1)外周从里向外依次包裹预浸料防电位腐蚀层(2)、预浸料增强层(3)和防腐层(4)。本发明由于采用不含溶剂制备预浸料，预浸料中不含挥发性组分，避免了溶剂存在引起的复合材料内部孔隙缺陷，保证了复合材料的性能和使用可靠性。所以，含缺陷管道的预浸料修补层结构质量高且均匀、使用寿命长、可靠性高。
文档编号F16L55/16GK101576194SQ20081010622
公开日2009年11月11日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者丰 张, 李茂源, 李荣光, 简抗抗, 顾玉卓 申请人:中国石油天然气股份有限公司