化工類論文發表天然氣管道缺陷補強修復新技術

　　天然氣管道缺陷補強修復技術的應用對于維護管道安全，這篇化工類論文發表為了提升管道運行效率，及時有效的處理故障隱患有著重要的作用。行業工作者們應對管道補強修復技術特點進行深入的研究分析，熟練掌握新技術的應用方法，通過不斷的實踐提升管道補強修復技術能力，為天然氣管道運行維護工作水平的提升創造有力條件。《天然氣與石油》以推廣國內外油氣田地面建設先進技術為辦刊宗旨。主要報道油氣儲運、油氣加工、通信與自動控制、腐蝕與防腐、機械設備、電力、熱工、采暖通風、環境保護、給排水、工程地質及測量、工業與民用建筑、技術經濟、計算機應用、科技管理等方面的最新科技成果。

　　摘要：天然氣管道在運行過程中承受著外部環境與內部介質的雙重影響作用，在部分情況下，可能出現局部缺陷問題，而直接導致天然氣的泄露等系列問題。針對天然氣管道缺陷補強修復技術應用由來已久，而隨著科學技術水平的不斷提升，眾多新型補強修復技術的出現進一步提升了管道修復效果。針對新技術的研究對于提升天然氣管道管理工作有著重要的現實意義。本文探討分析了當前常用的天然氣管道缺陷補強修復方法，對碳纖維補強修復進行了詳細的闡述，并結合實例進行了印證，旨在提供一定的參考與借鑒。

　　關鍵要：天然氣;管道;缺陷;補強修復

　　一、天然氣管道缺陷補強修復技術

　　現階段，在天然氣管道缺陷補強修復中應用的主要技術形式包括動火焊接、管段更換、機械卡具、復合材料補強修復等，上述各技術的主要工藝與特征如下：

　　(一)動火焊接補強修復技術

　　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強修復方法。通過補強材料的使用與焊接操作，在缺陷位置焊接補強金屬，以此形成對缺陷的填補。常見的動火焊接補強修復工藝主要包括：堆焊、補丁焊和套袖焊等。該類型補強修復的主要特點是能夠在管道輸送條件下進行補強修復，施工工藝簡單，成本投入較小。然而，在天然氣持續輸送情況下進行焊接操作，容易引發火災事故，近年來動火焊接補強安全問題屢見不鮮。

　　(二)管段更換修復技術

　　管段更換修復是對天然氣管道缺陷位置進行切割替換焊接新管段的補強方法，主要適用于缺陷范圍較大且較為嚴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。但此類管道修復補強技術在其應用過程中，需要沿管線進行停氣、放空、置換等工藝流程，在實際啊哦做環節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。

　　(三)機械卡具修復技術

　　機械卡具修復補強技術的基本原理是通過在管道缺陷外部包裹卡具的形式實現堵漏，以控制燃氣泄露問題。該技術借助可調節卡具的緊固作用，能夠便捷的實現修復，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、補強耐久性較弱等問題，通常作為管道缺陷應急處理措施。

　　(四)復合材料樸強修復技術

　　在天然氣管道運行過程中，其內部壓力將對管道形成應力載荷，導致管道形成徑向膨脹與環向拉伸作用，對于部分既有缺陷或局部薄弱部分，應力載荷作用將會引發然中的管壁凸起，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。復合材料補強技術則是通過纖維與樹脂混合材料在管道缺陷位置構成復合材料補強層，限制應力影響，以此提升載荷承載能力。

　　二、天然氣管道缺陷補強修復新技術分析

　　現階段應用較為廣泛的碳纖維復合材料補強技術是區別于傳統補強方法的新型技術，在當前國內眾多天然氣管道工程中得以應用。下圖1為碳纖維復合材料補強體系結構圖。碳纖維材料的力學性能指標較為優良，其抗拉強度水平可達3500MPa以上，而彈性模量則大于200GPa。補強修復環節在缺陷管道外部纏繞碳纖維復合材料實現泄露等問題的處理，能夠使管道壓力水平恢復至正常工況水平。整個修復補強過程，不使用電焊、不動火、不停止輸氣，操作環節安全，施工便捷，成本投入較低。

　　(一)修復工藝流程

　　碳纖維復合材料補強技術的具體操作步驟如下：1、天然氣管道預處理：對存在缺陷的天然氣管道進行外部處理，剝離外部防腐層，并清理表面，表面噴砂除銹操作標準為st3級。2、管道缺陷測量：缺陷測量對象主要包括長度、寬度、管壁厚度等參數指標。3、管道缺陷修補：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氧粘浸膠進行絕緣纖維片和碳纖維片的粘結，確保缺陷區域被完全覆蓋，材料覆蓋應超出缺陷區域20cm以上。5、聚乙烯補口：管道補口使用聚乙烯膠粘帶材料，在補強修復材料固化后便可恢復工況運行壓力。

　　(二)材料性能水平

　　對用于高壓天然氣管道缺陷的復合補強修復材料的性能，美國天然氣技術協會(GRI)及美國運輸部(DOT)從復合補強材料的抗拉強度、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，應首先保證補強材料抗拉伸強度應的大于管道鋼材抗拉強度，并且需要具有較高水平的彈性模量，強度水平≥3100MPa,彈性模量≥3.5×104MPa，耐久壽命≥50年。同時，補強修復材料需要與天然氣管道具備較好的形變一致性，確保補強層能夠有效承受材料內壓作用。

　　(三)修復補強操作要點

　　1、補強修復過程中，管道表面預處理的范圍應超出缺陷位置兩端200mm以上，重點對缺陷位置進行管道表面除銹，標準為St3.0級質量水平以上。2、檢測管道缺陷長度、寬度、深度和位置，獲得準確的特征參數，結合缺陷測量結果與管道基本材質與工況條件計算管道修復補強層數。3、管道補強修復施工操作，首先將補強材料固化劑進行混合，混合均勻后的填充材料在缺陷位置刷涂，并進行表面處理，保證填充平整。整平復合纖維擦料，纏繞在在缺陷補強修復位置，補強層數按照計算結果執行。纏繞時必須保證下層位置與內層完全對應，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，加熱溫度不應超過80℃。待固化完成后，對修復處使用STOPAQ粘彈體防腐膠帶以及PVC外帶進行防腐處理。

　　三、應用實例分析

　　某長輸天然氣管道工程，線路全長952.63km,設計年輸量為30×l08m3，為國家天然氣干線管網重要組成部分。在該長輸管道施工環節中，施工人員進行管道清理時，為了處理卡球問題在管道開設了500mm×700mm的窗口取出清管球。后續窗口修復使用焊接補強，焊縫位置載荷承載能力較為薄弱，且可能存在焊接質量問題，裂縫、未焊透、夾渣等問題也存在一定的失效風險。該管線處于居民區，人口密度大，出現缺陷事故的情況下可能帶來極為嚴重的后果。因此，需要采取相應的補強修復工作。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為X65，其額定最小屈服強度為448MPa，管道壁厚為14.2mm。假設管道補板處的管體金屬壁厚全部損失，利用碳纖維復合材料補強的方法彌補管體環向強度，補強層數為9層。維護人員對該輸氣管道進行了碳纖維復合材料纏繞補強修復和防腐。在補強修復時，采用絕緣材料進行墊底處理，徹底杜絕電偶腐蝕的可能性。修復后管道恢復正常運行壓力，補強效果良好。

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