粘接技術(shù)在翻襯玻璃鋼修復(fù)管道上的應(yīng)用

樊三新，林春文

(大慶油田工程建設(shè)有限公司天宇設(shè)計(jì)院，黑龍江 大慶 163453)

大慶油田工程建設(shè)有限公司自主研發(fā)的“埋地管道不開挖內(nèi)翻襯玻璃鋼修復(fù)技術(shù)”于2011 年4 月27 日通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定。并于2012 年10 月獲得中國施工企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)。該技術(shù)取得的技術(shù)創(chuàng)新成果擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，整體技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，其中小口徑管道內(nèi)翻襯核心技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平并填補(bǔ)國內(nèi)空白，應(yīng)用前景廣闊。

1 翻轉(zhuǎn)法內(nèi)襯玻璃鋼修復(fù)管道的原理

將帶有防滲透層并浸透膠粘劑的纖維增強(qiáng)軟管作為襯管材料，將被修管道作為內(nèi)襯管的翻襯通道和成型模板，用水壓(或氣壓)將軟管反翻并送入管道內(nèi)，使軟管的浸膠層朝外貼于管道內(nèi)壁，防滲透層朝里成為新的管道內(nèi)壁表面，用加熱(或室溫)固化法使襯管的膠粘劑固化與原管道構(gòu)成鋼塑復(fù)合管，原管道起圍護(hù)支撐作用，襯里層起防腐作用。

簡而言之，就是通過膠粘劑把被修管段和玻璃鋼管復(fù)合成一個(gè)整體。玻璃鋼管起兩個(gè)作用，一是將原本處在腐蝕性介質(zhì)中的鋼管與腐蝕性介質(zhì)隔開，使鋼管不再受介質(zhì)腐蝕;二是對(duì)鋼管因腐蝕而損壞部位進(jìn)行修補(bǔ)和加強(qiáng)，使管道的強(qiáng)度得到恢復(fù)，達(dá)到可以繼續(xù)使用的目的。

2 粘接機(jī)理

把兩種固體材料表面連接在一起的媒介物質(zhì)統(tǒng)稱膠粘劑。通過膠粘劑的粘接力使兩個(gè)固體表面連接的方法叫粘接，被粘接的固體材料叫被粘物。

粘接力是膠粘劑與被粘物表面之間通過界面相互吸引和連接的力。粘接力的產(chǎn)生不僅取決于膠粘劑和被粘物表面結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，而且和粘接過程的工藝條件密切相關(guān)。

2.1 粘接力的構(gòu)成

粘接力包括:化學(xué)鍵力、分子間的作用力、界面靜電引力、機(jī)械作用力。

2.2 粘接的基本條件

任何兩種物質(zhì)的分子(或原子)互相靠近時(shí)，由于化學(xué)鍵力或次價(jià)鍵力的作用，使兩分子產(chǎn)生吸附引力。這種吸附引力產(chǎn)生的條件是分子或原子之間必須充分靠近，即它們的相互距離必須處于引力場的范圍內(nèi)。一般說，引力場作用范圍內(nèi)不超過10 A，能產(chǎn)生最強(qiáng)吸引力為3～5 A。

3 設(shè)計(jì)粘接結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的因素

3.1 膠粘劑

在粘接過程中膠粘劑必須易于流動(dòng)，通過流動(dòng)為分子接觸提高機(jī)會(huì)，從這個(gè)角度來說膠粘劑粘度低些比較好。在實(shí)際工藝上又要求膠粘劑有較高的初始粘接力和最終的內(nèi)聚力，也就是說既要考慮施工的方便性，又要考慮最終的粘接強(qiáng)度。

3.2 被粘接物

為使被粘接物與膠粘劑分子充分靠近，被粘接物表面必須清潔，膠粘劑能夠自動(dòng)地在被粘接物表面充分均勻地散開。

3.3 粘接工藝

在實(shí)施粘接過程中必須保證膠粘劑分子和被粘接物分子充分靠近(需要施加外力)。

4 粘接技術(shù)的應(yīng)用

4.1 材料研究

玻璃鋼防腐襯里是以合成聚酯為粘接劑，化學(xué)纖維及其制品為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。

4.1.1 膠粘劑

在研究膠粘劑時(shí)，一方面考慮修復(fù)管道的實(shí)際需要，另一方面考慮粘接工藝要求，因此認(rèn)為膠粘劑應(yīng)具有無溶劑、低粘度，較高最終內(nèi)聚力;與鋼管接近的線脹系數(shù)，并能在室溫和潮濕環(huán)境下自然固化為特點(diǎn)的合成樹脂。

在環(huán)氧樹脂基礎(chǔ)上進(jìn)行改性研究，研制成了混合型膠粘劑。該膠粘劑集環(huán)氧樹脂、聚氨酯和不飽和樹脂優(yōu)點(diǎn)于一身的“乙烯基酯樹脂”。

4.1.2 玻璃鋼軟管

玻璃鋼軟管由機(jī)編無縫管坯和外敷防滲透層組成。管坯采用與“乙烯基酯”膠粘劑親和性好的滌綸纖維采用單線斜紋編織，質(zhì)地柔軟，帶有絨毛，能容納足夠數(shù)量的膠粘劑，增強(qiáng)了膠粘劑對(duì)軟管的浸透性。

4.1.3 鋼管內(nèi)壁表面處理

除掉附著在管壁上的全部松動(dòng)的結(jié)垢物和銹蝕物，除銹質(zhì)量達(dá)到St3 級(jí)以上，并排除水份和油膜。

4.2 管道內(nèi)襯玻璃鋼工藝研究

4.2.1 內(nèi)襯玻璃鋼軟管方案選擇

在玻璃鋼軟管內(nèi)襯方案上研制了專用軟管翻轉(zhuǎn)器，選擇以壓縮空氣為動(dòng)力翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯工藝。該工藝具有以下特點(diǎn):一是翻襯時(shí)玻璃鋼軟管和鋼管內(nèi)壁無相對(duì)滑動(dòng)，不損壞軟管，特別是能將空氣排除，便于膠粘劑與鋼管內(nèi)壁表面充分接觸。二是翻襯時(shí)能自動(dòng)修補(bǔ)鋼管內(nèi)因腐蝕而造成的穿孔和缺陷。修復(fù)現(xiàn)場照片見圖1。

圖1 修復(fù)現(xiàn)場照片

4.2.2 玻璃鋼襯管固化定型

為了使膠粘劑和被粘物表面充分接觸，在鋼管內(nèi)襯玻璃鋼軟管后將鋼管兩頭封堵，然后打氣壓至0.3～0.5 MPa，在壓力作用下膠粘劑滲透到被粘物界面區(qū)各部位和縫隙中，與被粘物充分接觸，促進(jìn)膠粘劑固化。經(jīng)10～24 h 膠粘劑自然固化，玻璃鋼管定型完成與被修鋼管構(gòu)成鋼塑復(fù)合管，在鋼管內(nèi)形成連續(xù)完整的玻璃鋼防腐襯層。玻璃鋼軟管與鋼管定型效果見圖2。

圖2 玻璃鋼軟管與鋼管定型效果

5 結(jié)束語

管道翻襯玻璃鋼修復(fù)技術(shù)經(jīng)超過3 a 的技術(shù)攻關(guān)，已形成一系列的管道修復(fù)施工工藝和配套施工機(jī)具，實(shí)現(xiàn)了低碳、環(huán)保、安全、節(jié)能和低成本的目標(biāo)。具有適用管徑范圍廣，翻轉(zhuǎn)壓力低，翻襯距離長，修復(fù)成本低，環(huán)境污染少，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益高等特點(diǎn)，擁有13 項(xiàng)國家專利，其中發(fā)明專利5 項(xiàng)。2008 年起先后在大慶油田采油五廠杏南二十一、七廠葡三聯(lián)、植物圓、九廠龍虎泡作業(yè)區(qū)、十廠，物業(yè)公司等單位的摻水管線，油管線，水管線的修復(fù)中應(yīng)用都取得了良好效果，為大面積推廣奠定了基礎(chǔ)。