油料輸送狀態下管線滲漏快速修復材料技術的應用研究

文/張 帆 林 梅 李媛媛

管線是油料輸送的重要手段之一，在某些場合尤其是在戰役地區，管線甚至是輸送油料的主要手段，因此管線在軍隊后勤保障中占有極其重要的戰略地位。而目前的鋼制油料輸送管線基本上都采用碳素鋼無縫鋼管、直縫電阻焊鋼管和螺旋焊縫鋼管，其敷設一般采用地面以上或地面以下兩種方式.但無論采用哪種方式，當鋼制管道和周圍介質接觸時，由于發生化學作用或電化學作用都會引起其表面腐蝕，另外由于施工質量，不可預見外力如地震、洪水、敵人的攻擊等都會對管線造成破壞，從而導致管線的滲漏。管線的滲漏不僅使油料受到損失，而且管線滲漏后滲出的油會侵蝕管線外壁，直接影響管線的使用壽命，同時油蒸氣集聚一起，有引起爆炸和失火的危險。因此，管線滲漏的修復、特別是快速修復問題是一個不可忽視且必須解決的問題。

1.油料輸送狀態下管線滲漏快速修復的特點及要求

油料輸送狀態下管線滲漏的修復與空載管線的修復相比較，一般具有這幾個特點：一是修復的速度快，以分甚至是用秒來計算。因為油料一直在管線中輸送，如果修復的速度過慢，滲漏的油料會越來越多，如果是戰時，將會引起油料短缺，以致延誤戰機，遭致敵人毀滅性的打擊。二是修復的環境較差。油料處于泄漏狀態，管線的表面油污不容易去除，清潔度較差。另外，修復難度較大。管線泄漏，周圍將會積聚大量的油氣，傳統的修補方法和清洗方法都不能用，這將大大增加修復的難度。

鑒于油料輸送狀態下管線滲漏的修復具有修復快、修復環境較差、修復難度大等特點，這就要求用于修復的材料與技術必須滿足這些要求：（1）固化時間短。固化時間過長，不但不能進行快速修補，反而惡化修復環境，給管線的下一步修補所需的清潔帶來更大的難度。（2）耐腐蝕性好。修復材料的良好耐腐蝕性不僅能防止涂層外部腐蝕性物質侵入基體，另一方面是靠防腐填料和粘料起到對腐蝕的抑制作用，從而達到很好的修補效果。（3）粘合力和機械強度較高。粘合力和機械強度的高低直接決定了修補效果，較低，則很快被滲漏出來的油料沖掉，起不到修補的作用。（4）耐溫性好。修復材料的耐溫性越好，在不同的環境（低溫或高溫）下越不容易出現裂紋、脫落變色或分解等現象，就越能保證修復層的性能和外觀，起到很好的修復效果。（5）線膨脹系數較小。線膨脹系數越小，越能接近金屬的線膨脹系數，就更能適應不同環境變化的金屬部件的快速修復。

2.油料輸送狀態下管線快速修復材料技術的應用現狀

油料輸送狀態下對管線的修復有比較高的要求，如果用傳統的焊補、更換管線等方法，不僅維修時間長，安全隱患大，更不能達到快速修復的目的。因此，油料輸送狀態下管線的修復越來越引起人們的重視，更是油氣儲運方向研究的重點內容之一。目前已經發展起來的快速修復技術主要有冷焊技術、管線封堵、更換腐蝕管段、分輸改造等[1]，對油料輸送狀態下管線的修復具有一定的作用，下面就具體分析國內外常用的油料輸送狀態下管線快速修復材料技術的研究和應用現狀。

2.1 冷焊技術

冷焊技術也稱化學粘合技術，該技術是將高分子聚合物與特殊填料（如石墨、二硫化鉬、金屬粉末、陶瓷粉末和纖維）組成的復合材料膠粘劑直接涂敷于材料、零件表面，使材料、零件表面具有某些特殊功能的一種表面強化和修補的方法。因其不用加熱就能將設備修補好，因此稱為冷焊或分子焊接修復技術[2]。這種復合材料主要有德國的美特鐵系列快速修補材料、美國貝爾佐納系列快速修補產品、我國裝甲兵工程學院研制的TG系列超金屬修補劑以及我國自行研制的TS系列快速修補材料[3]。這些材料都能成功地用于石油、化工、機械以及軍事裝備等領域。對比了這幾種快速修補材料，美特鐵快速材料對于油料輸送狀態下管線泄漏的快速修復更為合適。因此本文只介紹美特鐵快速修補材料。

美特鐵快速修補材料是由一系列高分子聚合物與具有特殊功能的金屬、高技術陶瓷組成的復合材料，具有粘接強度好、耐磨性好、耐腐蝕性好、耐熱性好、固化時間短等特點[2]。另外美特鐵快速修補材料的線膨脹系數（5.1×10-6）與金屬材料的線膨脹系數[（10-20）×10-6]非常接近，因此美特鐵快速修補可以適用于各種環境溫度變化的金屬部件的修復和保護。更為重要的是美特鐵快速修補材料修復時不需要準備干燥清潔的金屬表面，只是在修復時為提高粘接強度，需用砂輪、砂紙、鋼絲刷方法將帶油的被粘接表面打磨至金屬本體，對被粘接表面進行了適當的粗化，不需要去除油污，因此可在油中和水中等惡劣環境中即可進行直接粘接。整個修復過程時間較短，部分固化在常溫下只需15分鐘，完全固化也只需24小時[4]。美特鐵快速修復材料對油料輸送狀態下管線任何部位的泄漏都可進行快速修復，特別是連接處等復雜地方的快速修復都比較有效。

2.2 管線封堵技術

對于油料輸送狀態下滲漏管線修復采取的管線封堵技術，指的是通常所說的不停輸封堵技術，簡稱管線封堵技術。管線封堵技術通常采用管線不停輸封堵技術與設備，先將待修復管線段兩端分別用旁通管接通，以旁通線輸送介質，然后封堵待修復管線，該管線可進行任意改造施工作業，待新管段與該管線連頭后，解除封堵，切換至新管段正常輸送，最后將旁通撤除。管線封堵技術在現有管線上加裝裝置或對管線進行分輸改造時，管線不發生停輸，同時不用更換管段，同時又不產生大量資源浪費，大大減少了經濟損失。

管線封堵技術的修補過程是：首先為便于管線修復需要開挖封堵作業坑，作業坑深度以距離底700mm為宜，確定好開孔位置后就可在運行管線上焊接（或機械連接）4個對開三通（其中兩側為旁通三通，中間2個為封堵三通），三通上加裝夾板閥（專用閥），夾板上安裝開孔機，這樣開孔機、三明治閥、三通形成一個密閉腔體，然后利用動力源（液壓或氣動）進行全密閉開孔，隨機帶出切割下的鞍型板，從而完成帶壓開孔過程。關閉夾板閥后，拆除開孔機。然后，在旁通三通夾板閥上連接旁通線，并導通輸送介質，從而實現干線旁通線同時輸送介質。此時，安裝封堵器到封堵三通夾板閥上，并以機械手段下封堵頭，從而實現被搶修管段輸送介質停止流動，全部介質走旁通線，然后達到油料輸送狀態下管線快速修復的目的。

2.3 夾具（管卡）修復法

夾具修復法的修復過程是：先將夾具扣在管道穿孔附近，然后，穿上螺栓以用力能使卡具左右移動為宜，在腐蝕穿孔處墊上聚四氟乙烯密封墊后將卡具慢慢移動至穿孔部位，上緊螺栓固定。操作中用鋼錘輕輕敲擊卡具，使密封墊嵌入漏點內，完成堵漏。夾具修復法具有不停輸、不放散、不動火、省時、省力費用低等特點，但是夾具需要根據修復的部位進行專門的設計和制作，所以修復時間相對較長，并且費用相對較高。另外，采用聚四氟乙烯作為密封材料勢必會在使用一定周期后出現密封材料老化、回彈力下降等問題，因此，采用此方法不能從根本上消除泄漏。

2.4 填塞焊管箍堵漏法

填塞焊管箍堵漏法的操作原理是根據泄漏點的大小、形狀削出前細后粗長約60～100mm的木楔，用手錘將木楔子打入漏孔上，后將事先備好的管箍套于木楔外，與管道進行焊接，焊接完成后鋸掉木楔的出頭，擰緊絲堵。堵漏作業完成。填塞焊管箍堵漏法具有不停氣、不降壓等優點，與夾具堵漏法相比較更省時、省力、省費用。一般用于孔洞較大的堵漏。其缺點是由于采用絲扣連接，長時間使用易出現絲扣連接處密封材料老化、龜裂、塑性變形及回彈力下降，致使其與絲扣之間密合不嚴再度發生泄漏。

2.5 引流、壓蓋堵漏法

引流、壓蓋堵漏法的原理是根據孔洞的大小打上木楔(方法與填塞打水楔方法相同)，然后將壓蓋套于木模外使壓蓋與管道貼緊。將引流管與壓蓋接好，將泄漏的燃氣引出作業坑，進行壓蓋與管道焊接，待焊接完成后，卸下引流管，鋸掉木楔出頭，擰緊絲堵。引流、壓蓋堵漏法適用于壓力較高、孔洞較大的泄漏，該方法具有操作簡便、省時、省力等優點。其缺點是成本較高，同樣具有絲扣連接所固有的缺陷。

2.6 鋼帶焊接堵漏法

鋼帶焊接堵漏法的操作原理是：首先在泄漏點處備上木楔，然后將HT-19W 密封膠迅速墊于泄漏點，將預先備好的鋼板放置泄露處后，將事先備好的鋼帶包在管道上，鋼帶的兩端從不同方向穿在緊圈中，內面一端鋼帶應事先在鉗臺上彎折成L型，并使緊圈上的緊固螺釘放在鋼帶以外，以不滑脫、不妨礙焊接為準。外面的一端鋼帶穿在扎帶工具上，首先將鋼帶放置在夾刃槽中，然后把鋼帶放置在夾持槽中，扳動夾持手柄加緊鋼帶。用手或工具自然壓緊鋼帶的另一端，迅速轉動扎緊手柄，使夾持機構隨螺桿上升，從而拉緊鋼帶。當鋼帶拉緊到一定程度，然后迅速轉動扎緊手柄，將緊圈上的緊固螺釘擰緊。其目的就是利用擠壓力制止泄漏后進行鋼板與管道焊接作業，從根本上制止管道的泄漏。采用鋼帶焊接堵漏法，方法簡單，適用于壁薄、腐蝕嚴重的工況條件。但該方法搶修作業時間長，成本較高。

2.7 纖維復合材料維修技術

纖維復合材料類型維修技術的主要思路是利用纖維材料在纖維方向的高強度特性，利用粘結樹脂在服役管道外邊包覆一個復合材料修復管道層，來恢復含缺陷管道的服役強度。其優點是不在服役管道上進行焊接，避免了焊穿和發生氫脆、冷脆的風險性。這類方法進行修復補強的費用在焊接修復方法和夾具修復方法之間，其綜合性能價格比在三種類型之間是最好的。這種修復方法適用于各種體積型腐蝕缺陷修補，不適合于裂紋型缺陷。

比較這七種修復材料技術，可以看出比較適合油料輸送狀態下管線滲漏的快速修復的要求是冷焊技術。冷焊修復技術修復時間短，對待修復表面的清潔度要求不高，不需要完全地清理油污。

3.油料輸送狀態下管線快速修復技術的發展趨勢

針對油料輸送狀態下管線滲漏的問題雖然已經提出和發展了一些快速修補材料和技術，但目前對這方面的研究還不夠深入和系統化，主要體現在：（1）修補時間有待進一步縮短，因為在戰時油料輸送狀態下管線滲漏的修復是以秒來計算的，這就需要研制出固化時間更短、修復時間更短的快速修復方法；（2）從前面分析可知，冷焊技術對油料輸送狀態下管線滲漏的快速修補更為有利，但其適用條件和工藝方法還有待進一步的優化，以更好地達到快速修復的目的。

1.鄭賢斌，在役老齡管線修復技術問題探討，工業安全與環保，2007年第33卷第5期

2.姚在桐、溫洪鋇編著，帶壓堵漏技術問答，北京：中國石化出版社，2002

3.林梅等，儲油狀態下油罐滲漏冷焊技術快速修補的研究進展，石油庫與加油站，2007年第3期

4.林梅等，美特鐵在油料儲存狀態下油罐滲漏戰場搶修的應用研究，石油庫與加油站，2010年第6期