碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中的應(yīng)用

劉永忠

摘要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，對(duì)于石油資源的需求不斷上升，而輸油管道作為石油資源利用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)施，其運(yùn)行狀態(tài)直接決定了石油運(yùn)輸工作的效率和質(zhì)量。在輸油管道維修中，碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是新型維修技術(shù)的一種，能夠有效提升輸油管道的維修效率，延長(zhǎng)輸油管道的使用壽命。本文對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行全面分析，并對(duì)碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道中的應(yīng)用進(jìn)行研究，以提升輸油管道維修工作的效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù);輸油管道;維修;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ342+.742;TE973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）12-0061-04

輸油管道在日常運(yùn)行工作中，常會(huì)由于自然因素影響以及人為因素的雙重影響，出現(xiàn)管道受損的情況，這時(shí)就需要通過維修工作的開展，及時(shí)對(duì)輸油管道進(jìn)行修復(fù)，以保證輸油管道的狀態(tài)，避免因?yàn)楣艿绬栴}造成輸油困難和石油資源浪費(fèi)的情況發(fā)生。而碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)作為新型輸油管道維修技術(shù)的一種，具有著較高的維修效率和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于我國(guó)石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大的推動(dòng)意義。

1 碳纖維復(fù)合材料的概念和特性

碳纖維是以有機(jī)纖維為基礎(chǔ)，通過對(duì)有機(jī)纖維的熱化處理而形成的無(wú)機(jī)高性能纖維，其碳含量超過90%，既具有了碳性材料固有強(qiáng)度高的材料特性，又同時(shí)具有了纖維材料的柔軟性特點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行加工，是一種新型高性能纖維材料。碳纖維復(fù)合材料如圖1所示，是以碳纖維為核心，通過與樹脂、金屬、陶瓷等相關(guān)材料機(jī)體的復(fù)合處理，進(jìn)而形成的高性能結(jié)構(gòu)材料，碳纖維復(fù)合材料被廣泛的應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域、軍工事業(yè)領(lǐng)域、工業(yè)高壓管道領(lǐng)域以及結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等等，具有較高的應(yīng)用價(jià)值[1]。

碳纖維復(fù)合材料具有高強(qiáng)度的材料特性，其強(qiáng)度能夠達(dá)到鋼鐵材料強(qiáng)度的五倍以上，并且其具有著卓越的耐熱性和抗熱沖擊性，碳纖維復(fù)合材料的耐熱性能能夠達(dá)到2000℃以上，并且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，不會(huì)因?yàn)榈蜔崤蛎浵禂?shù)產(chǎn)生變形。相比較于傳統(tǒng)鋼鐵類材料，碳纖維復(fù)合材料的比重極低，其比重僅為鋼的五分之一左右，而其的抗腐蝕能力和抗輻射能力都較為突出，具有極高的應(yīng)用價(jià)值，被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域[2]。

2 碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用原理

碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是現(xiàn)階段輸油管道維修中主要應(yīng)用技術(shù)，其技術(shù)原理是以填平樹脂先對(duì)輸油管道的損壞位置進(jìn)行填平修補(bǔ)，然后以碳纖維復(fù)合材料的專用粘結(jié)劑將碳纖維復(fù)合材料纏繞粘貼于輸油管道的外壁，形成補(bǔ)強(qiáng)層，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸油管道破損位置的維修。在碳纖維復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)層固化以后，就能夠與輸油管道形成一體，對(duì)補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)位置的管道材料進(jìn)行輸油壓力的承載，進(jìn)而使輸油管道恢復(fù)輸油運(yùn)行壓力，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)原有管道設(shè)計(jì)輸油壓力的超出，提升輸油管道的整體性能。在碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用中，其技術(shù)應(yīng)用原理的核心就是碳纖維材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性，能夠有效提升輸油管道的輸油承載壓力，是輸油管道維修中較為先進(jìn)的技術(shù)體系[3]。

3 碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中的應(yīng)用原則

在輸油管道維修工作中進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，要在其應(yīng)用原則的要求下科學(xué)化應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)體系，以保證補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用的效果，提升輸油管道維修工作的質(zhì)量，為石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供保障[4]。碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用時(shí)，主要有以下3大原則。

1）碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用的科學(xué)性原則。在輸油管道維修中運(yùn)用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)時(shí)，要以其技術(shù)應(yīng)用原理為基礎(chǔ)，科學(xué)化應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，并保證技術(shù)應(yīng)用流程的規(guī)范性，避免因?yàn)榱鞒桃?guī)菏性不足或是技術(shù)應(yīng)用科學(xué)性不足造成維修工作的整體質(zhì)量下降，給輸油管道維修工作的開展實(shí)效性帶來(lái)不利影響。與此同時(shí)，輸油管道維修中科學(xué)化應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，也能夠提升受損管道的承載壓力，避免以為輸油壓力造成維修管段出現(xiàn)受力膨脹的情況，使管道存在輸油安全隱患。

2）碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用的安全性要點(diǎn)。輸油管道作為石油產(chǎn)業(yè)石油資源運(yùn)輸?shù)闹饕緩剑斢凸艿赖陌踩灾苯記Q定了石油產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，尤其是在輸油管道的維修管道，必須充分保障維修管段的安全性，才能夠?yàn)槭彤a(chǎn)業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展提供保障。針對(duì)于此，在輸油管道維修中應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)時(shí)，必須對(duì)技術(shù)應(yīng)用的安全效果進(jìn)行反復(fù)確認(rèn)，避免出現(xiàn)維修管道因?yàn)檩斢袎毫Χ霈F(xiàn)漏油或滲油的情況，為石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)安全保障。

3）碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性原則。輸油管道維修的經(jīng)濟(jì)性直接決定了石油企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益，在經(jīng)濟(jì)性原則中，不僅包含了輸油管道維修中的維修成本經(jīng)濟(jì)，還包含了維修中的人力成本以及時(shí)間成本等等[5]。而在輸油管道維修中應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)時(shí)，就要充分發(fā)揮碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，最大程度上節(jié)約輸油管道維修的人工成本和時(shí)間成本，提升石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)石油企業(yè)科學(xué)化發(fā)展與進(jìn)步。

4 碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)作為當(dāng)前輸油管道維修中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)體系，具有鮮明的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，是提升屬于管道維修工作效率和質(zhì)量的重要技術(shù)手段。碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要分為以下5點(diǎn)。

1）碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用時(shí)，不需要進(jìn)行焊接等工藝，避免了明火維修的操作，不僅大大提升了維修工作的安全性，降低了維修難度，還能夠?qū)崿F(xiàn)在輸油管道的帶壓運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行維修操作，實(shí)現(xiàn)了維修效率提升的同時(shí)，也避免了維修施工中對(duì)管道的正常工作狀態(tài)產(chǎn)生影響。

2）施工較為簡(jiǎn)單，能夠節(jié)約維修時(shí)間成本。維修時(shí)間成本直接關(guān)系到了石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而在輸油管道維修中采用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，因?yàn)槠浼夹g(shù)簡(jiǎn)便性，能夠有效節(jié)約施工時(shí)間，降低維修時(shí)間成本。

3）能夠避免輸油管道維修位置變形情況的發(fā)生。輸油管道維修中較為嚴(yán)重的問題就是維修管道會(huì)由于維修位置的輸油壓力影響，造成管道維修處出現(xiàn)變形的情況。而通過碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用，在碳纖維復(fù)合材料高彈性模量的作用下，就能夠有效提升維修管道的承載壓力，避免維修管道受壓力影響而變形的情況發(fā)生[6]。

4）碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用范圍較為廣泛。在輸油管道維修中，輸油管道的問題是多樣的，包括了腐蝕原因造成的管道破損、機(jī)械損傷原因?qū)е碌墓艿榔茡p以及管道裂紋等，都能夠通過碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行維修，甚至可以將這種技術(shù)作為輸油管道管段提壓的技術(shù)手段。

5）材補(bǔ)強(qiáng)層較薄，利于維修管道的防腐處理。在管道維修中，對(duì)所維修管道的防腐處理是提升維修質(zhì)量的必然途徑，也是維修過程的重要組成部分。碳纖維復(fù)合材料由于其本身的輕薄性，在進(jìn)行輸油管道維修時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)層的厚度也較低，給后續(xù)的防腐處理奠定了基礎(chǔ)。

5 纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中的應(yīng)用流程

在輸油管道維修中進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，必須采用科學(xué)化的技術(shù)應(yīng)用流程，以保證技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量，保證輸油管道的運(yùn)行狀態(tài)。碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用時(shí)，其技術(shù)流程如圖2所示。

1）受損管道處理。在輸油管道維修時(shí)進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，主要的技術(shù)應(yīng)用流程就是對(duì)受損輸油管道進(jìn)行處理，為技術(shù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，主要的處理內(nèi)容包含了3個(gè)部分：①對(duì)已受損的輸油管道進(jìn)行清理，將輸油管道外表面的雜質(zhì)等進(jìn)行清除，然后將管道原有的防腐層清除掉，保證受損輸油管道的外壁清潔。②對(duì)受損管道表面的銹跡進(jìn)行處理，避免銹跡問題導(dǎo)致維修質(zhì)量下降。采用電動(dòng)除銹工具，將管道表面的銹跡一一清理，達(dá)到St3級(jí)的除銹標(biāo)準(zhǔn)才能夠保證碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在維修中不會(huì)受到銹蝕影響[7]。③采用清潔劑將管道表面清洗干凈，然后晾干，保證受損管道的干燥性。

2）填平樹脂填充。碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用時(shí)的第二技術(shù)流程就是將填平樹脂填充在受損管道位置，例如受損輸油管道的凹陷處，就需要用填平樹脂進(jìn)行填平處理，直至輸油管道的受損位置恢復(fù)平整。在填平樹脂的填充過程中，必須保證填平樹脂的涂抹平整性，避免因?yàn)樘畛洳痪斐商祭w維復(fù)合材料纏繞時(shí)存在縫隙，導(dǎo)致輸油管道維修段的承載壓力下降，影響輸油管道的工作狀態(tài)，使輸油過程存在隱患。

3）碳纖維覆蓋。在受損輸油管道的填平樹脂初步固化以后，就要采用碳纖維復(fù)合材料對(duì)固化后的填平樹脂進(jìn)行纏繞，并保證碳纖維復(fù)合材料完全對(duì)受損的輸油管道覆蓋，以保證維修質(zhì)量，一旦出現(xiàn)覆蓋不足的問題，就會(huì)導(dǎo)致受損輸油管道的密閉性不足，承載壓力下降，給管道的運(yùn)行狀態(tài)造成巨大影響。在進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料纏繞時(shí)，要根據(jù)破損情況進(jìn)行科學(xué)化的纏繞厚度控制，一般情況下，碳纖維復(fù)合材料纏繞厚度要控制在8mm以上，才能夠充分保證維修的質(zhì)量[8]。

4）防腐處理。在受損輸油管道補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域處理完成后，還要對(duì)補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格的防腐處理，避免補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域因?yàn)楦g問題，造成二次受損的情況發(fā)生。因此，需要對(duì)補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域落實(shí)防腐處理，保證碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域不會(huì)因?yàn)楦g問題而導(dǎo)致密封性下降。在補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域防腐處理以后，將輸油管道回填。

6 碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中的應(yīng)用要點(diǎn)

在碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用在輸油管道維修中時(shí)，根據(jù)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用要點(diǎn)主要包含以下3個(gè)方面。

1）碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用的適用性要點(diǎn)。碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用時(shí)，較為適用于管道凹坑類的維修工作之中，應(yīng)用時(shí)具有較高的安全性和可靠性，并進(jìn)行常規(guī)應(yīng)用就能夠達(dá)到維修目的[9]。而在其他類型的輸油管道維修時(shí)進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，就需要根據(jù)管道維修類型科學(xué)化運(yùn)用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，以保證技術(shù)應(yīng)用的適用性，保證輸油管道維修工作的實(shí)效陛和科學(xué)性，為石油資源的管道運(yùn)輸工作開展提供保障。

2）碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在輸油管道維修時(shí)，維修方案需要經(jīng)過考察與研究后開展，才能夠保證維修工作的質(zhì)量。在輸油管道維修中應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)時(shí)，就更需要對(duì)維修方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)性。在現(xiàn)階段的碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用，可以采用有限能源數(shù)值模擬法作為碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)維修設(shè)計(jì)方案的輔助設(shè)計(jì)手段，通過對(duì)補(bǔ)強(qiáng)的科學(xué)性設(shè)計(jì)，保汪碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用的效果，降低石油企業(yè)的管道維修建設(shè)成本，提升石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3）碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在輸油管道維修中應(yīng)用的研究性要點(diǎn)。碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)作為輸油管道維修的新型技術(shù)體系，雖然被廣泛的應(yīng)用于輸油管道維修工作中，但是碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用還有較大的開發(fā)應(yīng)用空間，包括應(yīng)用范圍以及技術(shù)應(yīng)用條件等，都能夠通過技術(shù)研究而深化開發(fā)，發(fā)揮出更大的技術(shù)作用，不僅能夠進(jìn)一步提升輸油管道維修工作的效率和質(zhì)量，為石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供保障，更能夠推動(dòng)碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)體系發(fā)展完善，發(fā)揮出更大的作用[10]。

7 結(jié)語(yǔ)

碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)作為輸油管道維修的新型技術(shù)體系，在對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，必須立足在其應(yīng)用原理和優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，科學(xué)化開展應(yīng)用流程，保證技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性，進(jìn)而將技術(shù)應(yīng)用效果在輸油管道維修中全面的展現(xiàn)出來(lái)，提升輸油管道維修工作的效率和質(zhì)量，降低石油企業(yè)的管道運(yùn)營(yíng)成本，提升其經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)我國(guó)石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展與進(jìn)步。

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