碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中的應用

劉永忠

摘要：在社會經(jīng)濟發(fā)展過程中，對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結(jié)構(gòu)設施，其運行狀態(tài)直接決定了石油運輸工作的效率和質(zhì)量。在輸油管道維修中，碳纖維復合材料補強技術是新型維修技術的一種，能夠有效提升輸油管道的維修效率，延長輸油管道的使用壽命。本文對碳纖維復合材料進行全面分析，并對碳纖維復合材料補強技術在輸油管道中的應用進行研究，以提升輸油管道維修工作的效率和質(zhì)量。

關鍵詞：碳纖維復合材料補強技術;輸油管道;維修;應用

中圖分類號：TQ342+.742;TE973 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0061-04

輸油管道在日常運行工作中，常會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，這時就需要通過維修工作的開展，及時對輸油管道進行修復，以保證輸油管道的狀態(tài)，避免因為管道問題造成輸油困難和石油資源浪費的情況發(fā)生。而碳纖維復合材料補強技術作為新型輸油管道維修技術的一種，具有著較高的維修效率和技術優(yōu)勢，對于我國石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大的推動意義。

1 碳纖維復合材料的概念和特性

碳纖維是以有機纖維為基礎，通過對有機纖維的熱化處理而形成的無機高性能纖維，其碳含量超過90%，既具有了碳性材料固有強度高的材料特性，又同時具有了纖維材料的柔軟性特點，可根據(jù)實際應用進行加工，是一種新型高性能纖維材料。碳纖維復合材料如圖1所示，是以碳纖維為核心，通過與樹脂、金屬、陶瓷等相關材料機體的復合處理，進而形成的高性能結(jié)構(gòu)材料，碳纖維復合材料被廣泛的應用于航空航天領域、軍工事業(yè)領域、工業(yè)高壓管道領域以及結(jié)構(gòu)補強等等，具有較高的應用價值[1]。

碳纖維復合材料具有高強度的材料特性，其強度能夠達到鋼鐵材料強度的五倍以上，并且其具有著卓越的耐熱性和抗熱沖擊性，碳纖維復合材料的耐熱性能能夠達到2000℃以上，并且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，不會因為低熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生變形。相比較于傳統(tǒng)鋼鐵類材料，碳纖維復合材料的比重極低，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，具有極高的應用價值，被廣泛的應用于各個行業(yè)領域[2]。

2 碳纖維復合材料補強技術的應用原理

碳纖維復合材料補強技術是現(xiàn)階段輸油管道維修中主要應用技術，其技術原理是以填平樹脂先對輸油管道的損壞位置進行填平修補，然后以碳纖維復合材料的專用粘結(jié)劑將碳纖維復合材料纏繞粘貼于輸油管道的外壁，形成補強層，實現(xiàn)對輸油管道破損位置的維修。在碳纖維復合材料的補強層固化以后，就能夠與輸油管道形成一體，對補強修復位置的管道材料進行輸油壓力的承載，進而使輸油管道恢復輸油運行壓力，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)對原有管道設計輸油壓力的超出，提升輸油管道的整體性能。在碳纖維復合材料補強技術應用中，其技術應用原理的核心就是碳纖維材料的結(jié)構(gòu)強度特性，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的技術體系[3]。

3 碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中的應用原則

在輸油管道維修工作中進行碳纖維復合材料補強技術應用時，要在其應用原則的要求下科學化應用碳纖維復合材料補強技術體系，以保證補強技術應用的效果，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]。碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用時，主要有以下3大原則。

1）碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用的科學性原則。在輸油管道維修中運用碳纖維復合材料補強技術時，要以其技術應用原理為基礎，科學化應用碳纖維復合材料補強技術，并保證技術應用流程的規(guī)范性，避免因為流程規(guī)菏性不足或是技術應用科學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效性帶來不利影響。與此同時，輸油管道維修中科學化應用碳纖維復合材料補強技術，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）碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用的安全性要點。輸油管道作為石油產(chǎn)業(yè)石油資源運輸?shù)闹饕緩?，輸油管道的安全性直接決定了石油產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，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，才能夠為石油產(chǎn)業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展提供保障。針對于此，在輸油管道維修中應用碳纖維復合材料補強技術時，必須對技術應用的安全效果進行反復確認，避免出現(xiàn)維修管道因為輸有壓力而出現(xiàn)漏油或滲油的情況，為石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術安全保障。

3）碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用的經(jīng)濟性原則。輸油管道維修的經(jīng)濟性直接決定了石油企業(yè)的整體經(jīng)濟效益，在經(jīng)濟性原則中，不僅包含了輸油管道維修中的維修成本經(jīng)濟，還包含了維修中的人力成本以及時間成本等等[5]。而在輸油管道維修中應用碳纖維復合材料補強技術時，就要充分發(fā)揮碳纖維復合材料補強技術的優(yōu)勢，最大程度上節(jié)約輸油管道維修的人工成本和時間成本，提升石油企業(yè)的經(jīng)濟效益，推動石油企業(yè)科學化發(fā)展與進步。

4 碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中的應用優(yōu)勢

碳纖維復合材料補強技術作為當前輸油管道維修中應用較為廣泛的技術體系，具有鮮明的技術應用優(yōu)勢，是提升屬于管道維修工作效率和質(zhì)量的重要技術手段。碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中的應用優(yōu)勢主要分為以下5點。

1）碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用時，不需要進行焊接等工藝，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行狀態(tài)下進行維修操作，實現(xiàn)了維修效率提升的同時，也避免了維修施工中對管道的正常工作狀態(tài)產(chǎn)生影響。

2）施工較為簡單，能夠節(jié)約維修時間成本。維修時間成本直接關系到了石油企業(yè)的經(jīng)濟效益，而在輸油管道維修中采用碳纖維復合材料補強技術，因為其技術簡便性，能夠有效節(jié)約施工時間，降低維修時間成本。

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重的問題就是維修管道會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。而通過碳纖維復合材料的應用，在碳纖維復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）碳纖維復合材料補強技術應用范圍較為廣泛。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合材料補強技術進行維修，甚至可以將這種技術作為輸油管道管段提壓的技術手段。

5）材補強層較薄，利于維修管道的防腐處理。在管道維修中，對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。碳纖維復合材料由于其本身的輕薄性，在進行輸油管道維修時，補強層的厚度也較低，給后續(xù)的防腐處理奠定了基礎。

5 纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中的應用流程

在輸油管道維修中進行碳纖維復合材料補強技術應用時，必須采用科學化的技術應用流程，以保證技術應用的質(zhì)量，保證輸油管道的運行狀態(tài)。碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用時，其技術流程如圖2所示。

1）受損管道處理。在輸油管道維修時進行碳纖維復合材料補強技術應用時，主要的技術應用流程就是對受損輸油管道進行處理，為技術應用奠定基礎，主要的處理內(nèi)容包含了3個部分：①對已受損的輸油管道進行清理，將輸油管道外表面的雜質(zhì)等進行清除，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對受損管道表面的銹跡進行處理，避免銹跡問題導致維修質(zhì)量下降。采用電動除銹工具，將管道表面的銹跡一一清理，達到St3級的除銹標準才能夠保證碳纖維復合材料補強技術在維修中不會受到銹蝕影響[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。碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用時的第二技術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行填平處理，直至輸油管道的受損位置恢復平整。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，避免因為填充不均，造成碳纖維復合材料纏繞時存在縫隙，導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，就要采用碳纖維復合材料對固化后的填平樹脂進行纏繞，并保證碳纖維復合材料完全對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，就會導致受損輸油管道的密閉性不足，承載壓力下降，給管道的運行狀態(tài)造成巨大影響。在進行碳纖維復合材料纏繞時，要根據(jù)破損情況進行科學化的纏繞厚度控制，一般情況下，碳纖維復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。在受損輸油管道補強區(qū)域處理完成后，還要對補強區(qū)域進行嚴格的防腐處理，避免補強區(qū)域因為腐蝕問題，造成二次受損的情況發(fā)生。因此，需要對補強區(qū)域落實防腐處理，保證碳纖維復合材料補強區(qū)域不會因為腐蝕問題而導致密封性下降。在補強區(qū)域防腐處理以后，將輸油管道回填。

6 碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中的應用要點

在碳纖維復合材料補強技術應用在輸油管道維修中時，根據(jù)其技術優(yōu)勢，其應用要點主要包含以下3個方面。

1）碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用的適用性要點。碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用時，較為適用于管道凹坑類的維修工作之中，應用時具有較高的安全性和可靠性，并進行常規(guī)應用就能夠達到維修目的[9]。而在其他類型的輸油管道維修時進行碳纖維復合材料補強技術應用時，就需要根據(jù)管道維修類型科學化運用碳纖維復合材料補強技術，以保證技術應用的適用性，保證輸油管道維修工作的實效陛和科學性，為石油資源的管道運輸工作開展提供保障。

2）碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用的設計要點。在輸油管道維修時，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用碳纖維復合材料補強技術時，就更需要對維修方案進行設計，以保證技術應用的科學性。在現(xiàn)階段的碳纖維復合材料補強技術應用，可以采用有限能源數(shù)值模擬法作為碳纖維復合材料補強維修設計方案的輔助設計手段，通過對補強的科學性設計，保汪碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用的效果，降低石油企業(yè)的管道維修建設成本，提升石油企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3）碳纖維復合材料補強技術在輸油管道維修中應用的研究性要點。碳纖維復合材料補強技術作為輸油管道維修的新型技術體系，雖然被廣泛的應用于輸油管道維修工作中，但是碳纖維復合材料補強技術應用還有較大的開發(fā)應用空間，包括應用范圍以及技術應用條件等，都能夠通過技術研究而深化開發(fā)，發(fā)揮出更大的技術作用，不僅能夠進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，更能夠推動碳纖維復合材料補強技術體系發(fā)展完善，發(fā)揮出更大的作用[10]。

7 結(jié)語

碳纖維復合材料補強技術作為輸油管道維修的新型技術體系，在對其進行應用時，必須立足在其應用原理和優(yōu)勢的基礎上，科學化開展應用流程，保證技術應用的規(guī)范性，進而將技術應用效果在輸油管道維修中全面的展現(xiàn)出來，提升輸油管道維修工作的效率和質(zhì)量，降低石油企業(yè)的管道運營成本，提升其經(jīng)濟效益，推動我國石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展與進步。

參考文獻

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