管道维修补强技术及其发展趋势(一)
摘要：管道进行检测-评估-维修补强是保证管道完整性的一个有效的作业链，管道维修补强技术是保证管道完整性和延长管道使用寿命的重要手段。本文对迄今为止管道维修补强的有关方法进行了总结归类，并对其各自的优缺点进行了对比。总结认为，迄今国内外用于管道维修补强的方法大致可以归结为焊接类型、夹具类型和纤维复合材料类型三大类，并可以细分为堆焊、打补丁、打套袖、夹具、夹具注环氧、玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料等七小类。尽管这些方法各有优点，但总的来说，碳纤维复合材料补强技术是有应用前景的维修补强技术。
1 引言
在役管道不可避免地会由于腐蚀、疲劳和机械损伤等方式造成管道缺陷，降低管道安全操作压力和可靠性。我国现有管道4万余km，如何保证这些管道的完整性并使其安全运行是油气工业面临的一个重大课题。国内外的实践证明，对管道进行检测-评估-维修补强是保证管道完整性的一个有效的作业链条。检测是利用内检测或外检测技术检测防腐层和管体的缺陷和损伤；评估是利用弹塑性力学、断裂力学和损伤力学的模型、方法和软件评价含缺陷管道的剩余强度，并结合缺陷长大动力学规律，预测含缺陷管道的剩余寿命；补强是利用各种方法管道缺陷进行修复和补强，使其恢复管道的安全运行压力。关于管道检测和评估的原理、方法和应用国内外具有大量的论述性文献，关于管道的补强维修技术国内外也已经进行了大量的研究。本文着重对管道的维修补强各种技术方法进行归类总结，对各种方法的优缺点进行比较，并对各种方法的原理进行简要介绍，以兹对现场生产的管理工作者和工程师具有参考作用。
碳纤维复合材料修复技术
纤维复合材料对压力管道的修复效果取决于复合材料的抗拉强度和弹性模量，碳纤维材料是一种在高压管道和压力容器、建筑结构工程补强（桥梁、电站、水利工程及古建筑）等领域得到广泛应用的高新技术材料，它具有非常高的抗拉强度和弹性模量。碳纤维材料具有优异的力学性能，其抗拉强度超过3500MPa，远远大于钢材和玻璃纤维的抗拉强度。碳纤维复合材料的弹性模量与钢材的弹性模量（207×103MPa）几乎完全相同，补强层与钢管具有非常好的变形协同性。补强层能够替代管道缺陷处承担管道的内压。
碳纤维复合材料修复技术使用填平树脂对管道缺陷进行填平处理，然后配合专用粘结剂在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成纤维复合材料补强层。补强层固化后，与管道形成一体，代替管道材料承载管内压力，从而达到恢复甚至超过管道设计运行压力的目的。
碳纤维复合材料补强技术用于管道补强具有如下技术优点：
①免焊不动火，可在带压运行状态下修复；
②施工简便快捷，操作时间短；
③碳纤维弹性模量与钢的弹性模量十分接近，有利于复合材料尽可能多的承载管道压力，降低含缺陷管道的应力水平，限制管道的膨胀变形；
④碳纤维的抗拉强度高，用于管道修复具有极高的安全性；并且碳纤维复合材料的抗蠕变性能优异，其强度随着服役时间增加基本保持不变；
⑤碳纤维复合材料补强层厚度小，方便后续的防腐处理；
⑥碳纤维补强缠绕、铺设方式灵活。可对环焊缝和螺旋焊缝缺陷(包括高焊缝余高和严重错边)补强；还可对弯管、三通、大小头等不规则管件修复；
⑦可以用于腐蚀、机械损伤和裂纹等缺陷修复补强，也可用于整个管段的提压增强处理，应用范围广。
碳纤维补强燃气管道
碳纤维材料是一种在高压管道和压力容器、建筑结构工程补强(桥梁、电站、水利工程及古建筑)等领域得到广泛应用的高新技术材料，它具有非常高的抗拉强度和弹性模量。
对于中、低压燃气管线，可以在管道降压或停输之后采用焊接修复或换管，采用焊接方法对中高压燃气管道修复具有很大的危险性。换管的经济成本和社会成本都非常高，在交通流量较大或人口稠密地区受到严重制约。夹具修复方法的原理是使用金属夹具包覆在缺陷管道外，恢复管道承压能力。特点是能够在不破坏原有管道的情况下进行增强。但夹具方法操作复杂，在一定条件下用于处理泄漏的管道具有明显的优势，而对于没有泄漏的管道，其造价高、操作复杂、难以施工的弱点十分明显。
纤维复合材料修复补强技术是一种高效快捷的新型修复技术，在油气管道维护和大修中得到应用。其优点是免焊、不动火，极大地降低了操作的风险性，并且在尚未有泄漏的补强中，可以带压修复，保障管道运行的不间断。碳纤维材料具有优异的拉伸强度和弹性模量，代表着纤维复合材料补强技术的发展趋势。
纤维复合材料修复技术使用填平树脂对管道缺陷进行填平处理，然后配合专用粘结剂在需要补强的管道外缠绕纤维材料，形成纤维复合材料补强层。补强层固化后，与管道形成一体，代替管道材料承载管内压力，从而达到恢复管道设计运行压力的目的。
纤维复合材料对压力管道的修复效果取决于复合材料的抗拉强度和弹性模量。碳纤维材料具有优异的力学性能，其抗拉强度超过3500MPa，远远大于钢材和玻璃纤维的抗拉强度，碳纤维复合材料的弹性模量与钢材的弹性模量(207×103MPa)几乎完全相同，补强层与钢管具有非常好的变形协同性。补强层能够替代管道缺陷处承担管道的内压。