判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层粘结情况的方法与流程

本发明涉及油气管道修复领域，特别涉及判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层粘结情况的方法。

背景技术：

石油、天然气一般通过管道进行输送，随着管道使用时间的延长，外界环境、输送介质的压力、化学因素等容易使管道出现腐蚀、裂缝、变形、划伤、焊缝开裂等缺陷，致使管道无法正常使用。对于管道的上述缺陷，可以通过采用两半对等的钢制套筒套装在管道上的缺陷处，并在钢制套筒与管道之间灌注环氧树脂的方法来修复管道，该方法称为环氧套筒修复管道。然而管道内输送不同温度的介质时，管道、以及套装在管道缺陷处的环氧树脂层和钢制套筒将发生膨胀或者收缩。由于管道、环氧树脂层、钢制套筒的膨胀系数不同，环氧树脂层将受到应力作用，使环氧树脂层与管道或者钢制套筒之间的粘结状态发生变化，甚至相互分离开，这严重影响环氧套筒修复管道的效果。基于上述可知，在环氧套筒修复管道中，提供一种判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层粘结情况的方法是十分必要的。

现有技术提供了一种判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层粘结情况的方法，该方法包括：当环氧套筒修复后的管道内运行温度发生变化时，通过检查环氧树脂层与管道或者钢制套筒之间的粘结情况，来判断该环氧树脂层是否适用于具有该温度管道的环氧套筒修复。通过多次重复上述步骤，来获取管道为不同温度时，不同材质的环氧树脂层与管道或者钢制套筒之间的粘结情况，来归纳得出不同材质的环氧树脂层适用的管道的温度范围。在修复管道时，根据管道的温度，选择与其相匹配的环氧树脂层，以使环氧树脂层不与管道或者钢制套筒分离。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术提供的方法繁琐，管道内运行温度不同时，需要每次检查不同材质的环氧树脂层与管道以及钢制套筒之间的粘结情况。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种方法简单，容易判断环氧套筒修复管道中不同材质的环氧树脂层的粘结情况的方法。具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层粘结情况的方法，所述方法包括：

建立环氧套筒修复管道模型，所述环氧套筒修复管道模型包括：由内至外顺次套装的模拟管道、模拟环氧树脂层、模拟钢制套筒；

将不同的模拟温度值作为所述模拟管道内的运行温度，并获取所述模拟环氧树脂层在不同所述模拟温度值下对应的模拟应力值；

建立模拟温度变量与所述模拟应力值的线性拟合关系；

根据所述线性拟合关系，以及目标管道内的实际运行温度变量，获取目标环氧树脂层的模拟应力值；

获取所述目标环氧树脂层的实际粘结力值；

将所述目标环氧树脂层的实际粘结力值与所述目标环氧树脂层的模拟应力值进行比对：

当所述实际粘结力值大于所述目标环氧树脂层的模拟应力值时，所述目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间为粘结状态；

反之，所述目标环氧树脂层与所述目标管道或者所述目标钢制套筒之间分离开。

具体地，作为优选，所述模拟温度变量包括：第一模拟温度变量、…….、第n-1模拟温度变量；

不同的所述模拟温度值包括：模拟初始温度、模拟初始温度+第一模拟温度变量、…….、模拟初始温度+第n-1模拟温度变量；

所述第一模拟温度变量至所述第n-1模拟温度变量相同或者不同，且范围为-20℃～20℃；

所述模拟初始温度的范围为15℃～45℃。

具体地，作为优选，所述线性拟合关系为线性拟合图。

具体地，作为优选，所述模拟应力包括：模拟环向应力和模拟轴向应力。

具体地，作为优选，所述方法还包括：确定所述模拟环向应力，或者所述模拟轴向应力为敏感因素；

将所述实际粘结力值与所述敏感因素对应的力值进行比对：

当所述实际粘结力值大于所述敏感因素对应的力值时，所述目标环氧树脂层与所述目标管道或者所述目标钢制套筒之间为粘结状态；

反之，所述目标环氧树脂层与所述目标管道或者所述目标钢制套筒之间分离开。

具体地，作为优选，所述实际粘结力值的获取方法为：

测试所述目标环氧树脂层的物理参数，包括：材质、弹性模量、泊松比、以及膨胀系数；

获取物理参数与所述目标环氧树脂层的物理参数一一相同的环氧树脂层试样；

采用粘结力测试仪测试所述环氧树脂层试样的粘结力值作为所述实际粘结力值。

具体地，作为优选，所述实际粘结力值的获取方法为：

从所述目标环氧树脂层上截取一块作为环氧树脂层试样；

采用粘结力测试仪测试所述环氧树脂层试样的粘结力值作为所述实际粘结力值。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层粘结情况的方法，通过建立环氧套筒修复管道模型，获取模拟温度变量与模拟应力值的线性拟合关系，通过线性拟合关系以及目标管道内的实际运行温度变量来获取目标环氧树脂层的模拟应力值，然后与目标环氧树脂层的实际粘结力值进行比对，来判断目标环氧树脂层的粘结情况。该方法简单，能够判断不同材质的目标环氧树脂层是否适用于修复不同材质并且具有不同运行温度的目标管道，以便于选择合适的环氧树脂材料修复目标管道。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1提供模拟应力与温度升高变量的线性拟合图；

图2是本发明实施例1提供模拟应力与温度降低变量的线性拟合图。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层粘结情况的方法，该方法包括：

建立环氧套筒修复管道模型，环氧套筒修复管道模型包括：由内至外顺次套装的模拟管道、模拟环氧树脂层、模拟钢制套筒。

将不同的模拟温度值作为模拟管道内的运行温度，并获取模拟环氧树脂层在不同模拟温度值下对应的模拟应力值。

建立模拟温度变量与模拟应力值的线性拟合关系。

根据线性拟合关系，以及目标管道内的实际运行温度变量，获取目标环氧树脂层的模拟应力值。

获取目标环氧树脂层的实际粘结力值。

将目标环氧树脂层的实际粘结力值与目标环氧树脂层的模拟应力值进行比对：

当实际粘结力值大于目标环氧树脂层的模拟应力值时，目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间为粘结状态。

反之，目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间分离开。

需要说明的是，实际粘结力值为目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒分离开时的作用力大小。模拟温度变量为相邻两个模拟温度之间的差值，实际运行温度变量为目标管道内相邻两个实际运行温度之间的差值。“分离开”表示目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间的一部分分开或者全部分开。

本发明实施例提供的判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层粘结情况的方法，通过建立环氧套筒修复管道模型，获取模拟温度变量与模拟应力值的线性拟合关系，通过线性拟合关系以及目标管道内的实际运行温度变量来获取目标环氧树脂层的模拟应力值，然后与目标环氧树脂层的实际粘结力值进行比对，来判断目标环氧树脂层的粘结情况。该方法简单，能够判断不同材质的目标环氧树脂层是否适用于修复不同材质并且具有不同运行温度的目标管道，以便于选择合适的环氧树脂材料修复目标管道。

以下对本发明实施例提供的方法进行具体描述：

首先，在有限元仿真软件fluent中建立环氧套筒修复管道模型，该环氧套筒修复管道模型包括：由内至外顺次套装的模拟管道、模拟环氧树脂层、模拟钢制套筒。fluent软件为常用的建模软件，在此不再详述。

具体地，环氧套筒修复管道模型中的模拟管道、模拟环氧树脂层、模拟钢制套筒与目标管道、目标环氧树脂层、目标钢制套筒的材料、弹性模量、泊松比、热膨胀系数等物理参数一一对应，以高精度地模拟实际的环氧套筒修复管道。对于具有不同材质的环氧树脂、管道或者钢制套筒可以建立多个相应的模型。

然后通过以下方法获取模拟环氧树脂层的不同模拟应力值：

对模型进行网格划分，施加不同的模拟温度值进行约束，以获取对应的不同模拟应力值。

环氧套筒修复管道一般输送温度为10℃～65℃，例如可以为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃等。当目标管道内的温度升高或者降低时，目标管道、目标环氧树脂层、目标钢制套筒将会发生热胀冷缩，使目标管道与目标环氧树脂层之间、目标环氧树脂层与目标钢制套筒之间产生拉应力变化，甚至导致目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间相互分离开，因此需要对模拟管道内的运行温度进行升温和降温模拟。

具体地，模拟温度变量包括：第一模拟温度变量、…….、第n-1模拟温度变量；不同的模拟温度值包括：模拟初始温度、模拟初始温度+第一模拟温度变量、…….、模拟初始温度+第n-1模拟温度变量；第一模拟温度变量至第n-1模拟温度变量相同或者不同，且范围为-20℃～20℃，例如可以为-20℃、-15℃、-10℃、-5℃、5℃、10℃、15℃、20℃等；模拟初始温度的范围为15℃～45℃，例如可以为15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃等。

第一模拟温度变量至第n-1模拟温度变量可以相同，也可以不同，当相同时，举例来说，模拟初始温度为20℃，模拟温度变量均为5℃，即模拟温度值分别可以设置为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃。不相同时，举例来说，模拟初始温度为20℃，第一模拟温度变量为5℃、第二模拟变量为6℃、第三模拟变量为7℃、…….、第n-1模拟温度变量为20℃，即模拟温度值分别可以设置为25℃、31℃、38℃、…….40℃。

然后将模拟温度变量和模拟应力值一一对应，即模拟温度变化时，得到的模拟环氧树脂层的模拟应力值，并建立模拟温度变量与模拟应力值的线性拟合关系。为了便于直观地观察模拟温度变量与模拟应力值的关系，线性拟合关系为线性拟合图。

在环氧套筒修复管道中，目标管道内实际运行温度的变化将引起目标环氧树脂层发生膨胀或者收缩，其膨胀或者收缩的程度可以通过模拟环向应力和模拟轴向应力来表示，即模拟应力包括：模拟环向应力和模拟轴向应力。

为了便于快速判断环氧树脂层的粘结状态，本发明实施例提供的方法还包括：确定模拟环向应力，或者模拟轴向应力为敏感因素；将实际粘结力值与敏感因素对应的力值进行比对：

当实际粘结力值大于敏感因素对应的力值时，目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间为粘结状态；反之，目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间分离开。

敏感因素为对实际粘结力值影响最大的因素，也可以理解为最容易达到实际粘结力值的因素，即模拟环向应力和模拟轴向应力中数值最大的为敏感因素。通过敏感因素对应的力值与实际粘结力值进行比对，减少了对比因素，以快速判断环氧树脂层的粘结状态。

具体地，实际粘结力值可以通过多种方法来获取，在基于容易获取的前提下，给出以下两个具体示例：

作为第一种示例：实际粘结力值的获取方法为：测试目标环氧树脂层的物理参数，包括：材质、弹性模量、泊松比、以及膨胀系数；获取物理参数与目标环氧树脂层的物理参数一一相同的环氧树脂层试样；采用粘结力测试仪测试环氧树脂层试样的粘结力值作为实际粘结力值。

上述环氧树脂层试样为采用物理参数、以及制备方法均与目标环氧树脂层相同的方法制备得到的环氧树脂层。

作为第二种示例：实际粘结力值的获取方法为：从目标环氧树脂层上截取一块作为环氧树脂层试样；采用粘结力测试仪测试环氧树脂层试样的粘结力值作为实际粘结力值。

上述两种获取实际粘结力值的方法简单，方便利用本发明实施例提供的方法判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层的粘结情况。优选第二种示例提供的方法，该方法可以精确地获取目标环氧树脂层的实际粘结力值。

该粘结力测试仪可以为从英国易高elcometer106公司购买的涂层附着力测试仪。在测试实际粘结力值时，将粘结力测试仪的柱体测试端与环氧树脂层试样粘结，然后拉动柱体测试端直至与环氧树脂层试样分离，记录两者分离时，对柱体测试端施加的拉力，即实际粘结力值。

获取实际粘结力值的具体时间不限，可以在建立模型之前，也可以在建立模型之后。

利用上述粘结力测试仪测试粘结力值时，也可以沿着环氧树脂层试样的环向、轴向拉伸柱体测试端，以获取环向实际粘结力值、轴向实际粘结力值，并分别与目标环氧树脂层的模拟环向应力值、模拟轴向应力值比对，以判断环氧树脂层的粘结情况。

当实际粘结力值大于目标环氧树脂层的模拟应力值时，说明目标环氧树脂层在承受该模拟应力值时，目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间仍然粘结，没有分离开，所以目标环氧树脂层适用于具有该实际运行温度的管道修复，可以认为该目标环氧树脂层合格。反之，当目标环氧树脂层在承受该模拟应力值时，而实际粘结力值小于该模拟应力值，说明目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间已经分离开，所以该目标环氧树脂层不适用于具有该实际运行温度的管道修复，可以认为该目标环氧树脂层不合格，需要选择粘结效果好的环氧树脂材料。

当目标环氧树脂层不适用于具有该实际运行温度的目标管道修复时，可以通过建立具有其他材质模拟环氧树脂层的环氧套筒修复管道模型，并重复上述步骤，以获取适用于该目标管道修复的目标环氧树脂层。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

实施例1

本实施例提供了一种判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层粘结情况的方法，该方法包括：首先，通过在有限元仿真软件fluent中输入管道的相关参数：x70管材钢、弹性模量2e¹¹gpa、泊松比0.35、热膨胀系数12e^-6；环氧树脂层的相关参数：弹性模量2.3e⁹gpa、泊松比0.35、热膨胀系数67.1e^-6；钢制套筒的相关参数：x70管材钢、弹性模量2e¹¹gpa、泊松比0.3、热膨胀系数12e^-6，以建立由内至外顺次套装的模拟管道、模拟环氧树脂层、模拟钢制套筒的环氧套筒修复管道模型。

将模拟管道内的初始模拟温度值分别设置为20℃，然后对环氧套筒修复管道模型进行网格划分，并对模拟管道内施加升高5℃(即模拟温度值设置为25℃)、升高10℃(即模拟温度值设置为30℃)、升高20℃(即模拟温度值设置为40℃)进行约束，以分别获取模拟环氧树脂层对应的模拟环向应力和模拟轴向应力，具体数据详见表1。

表1

进一步地，将模拟管道内的初始模拟温度值设置为40℃，然后对环氧套筒修复管道模型进行网格划分，并对模拟管道内施加降低5℃(即模拟温度值设置为35℃)、降低10℃(即模拟温度值设置为30℃)、降低20℃(即模拟温度值设置为20℃)进行约束，以分别获取模拟环氧树脂层对应的模拟环向应力和模拟轴向应力，具体数据详见表2。

表2

然后根据表1和表2的数据建立模拟温度变量与模拟应力值的线性拟合图，如附图1和附图2所示，横坐标分别为温度升高变量和温度降低变量，纵坐标均为模拟应力。由图1可知，模拟环向应力值大于模拟轴向应力值，由图2可知，模拟环向应力值与模拟轴向应力值相等，所以确定模拟环向应力值为敏感因素，后期将对环向实际粘结力值与目标环氧树脂层的模拟环向应力值进行比对，以判断目标环氧树脂层的粘结情况。

以目标管道内的初始运行温度分别为20℃，分别升温10℃、升温20℃、降温10℃为例，并根据图1和图2分别获取目标环氧树脂层的模拟环向应力分别为1.9mpa，3.8mpa，2.1mpa。

截取环氧套筒修复管道中的目标环氧树脂层作为环氧树脂层试样，通过英国易高elcometer106公司提供的涂层附着力测试仪沿环向测试该环氧树脂层试样的环向实际粘结力值为2.9mpa。

由于1.9mpa＜2.9mpa，目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间为粘结状态，所以该目标环氧树脂层适用于初始运行温度为20℃，升温10℃的目标管道。

由于3.8mpa＞2.0mpa，目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间分离开，所以该目标环氧树脂层不适用于初始运行温度为20℃，升温20℃的目标管道。

由于2.1mpa＜2.9mpa，目标环氧树脂层与目标管道或者目标钢制套筒之间为粘结状态，所以该目标环氧树脂层适用于初始运行温度为20℃，降温10℃的目标管道。

当环氧树脂层不适用于目标管道时，可以选择其他材质的环氧树脂材料，并且重新建模，并重复上述过程。

应用实施例

本应用实施例对实施例1提供的方法的准确性进行评价。具体评价过程为：通过实施例1提供的方法判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层的粘结情况后，控制目标管道内的运行温度为实际运行温度，然后检查相应的目标环氧树脂层与管道或者钢制套筒的粘结情况。具体评价过程中采用目标管道的实际运行温度的变量分别为升温10℃、升温20℃、降温10℃，获取目标环氧树脂层的环向模拟应力值、环向实际粘结力值，判断目标环氧树脂层的粘结情况，并与其实际粘结情况进行比对。其中，将这三组数据顺次编号为1号、2号、3号，具体参数如表2所示。

表2

其中，“不合格”表示环氧树脂层与管道或者钢制套筒分离开，“合格”表示环氧树脂层与管道或者钢制套筒粘结。由表2可知，通过实施例1提供的判断方法与目标环氧树脂层实际的粘结情况相一致。可见，本发明实施例提供的方法能够准确地应用于判断环氧套筒修复管道中环氧树脂层的粘结情况，满足现场使用要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。