石油天然气输送管道，不论何种材质，都会受到各种腐蚀破坏。对有缺陷的管道保护和修复是延长在役管道的使用寿命的一种方式，然而管道复合修复技术是一种更安全、更方便、快捷的修复方法。与传统的更换管道或卡箍修复方法不同，将碳纤维布用高强树脂缠绕包裹管道损伤部位，使碳纤维复合材料构成的修复层与原有管壁共同承担管道的圆周应力，离散腐蚀损伤管壁部位的应力集中，达到补强目的。碳纤维复合材料修复层与修复部位管壁共同承担的压力，碳纤维的弹性模量为230GPa,钢材的弹性模量近似为：207GPa，两种材料的弹性模量比较接近，保证了受力的同步性，通过长期的极限强度实验，碳纤维修复层能够在湿润的土壤和高达60℃的环境中，至少50年安全有效。聚能碳纤维布树脂管道修复技术可用于以下场合：（1）腐蚀或损伤程度达80％的管道；（2）堵漏；（3）焊接部位加固；（4）弯曲部位的损伤或腐蚀修复；（5）管道裂缝；（6）平台垂直管道修复；（7）管道支撑或悬挂部位加固。

聚能碳纤维布树脂管道修复系统将广泛应用于油气水管道的腐蚀补强、缺陷补强，为管道运营公司赢得更大的经济效益。

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稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中，都会遇到稳定问题。处理不好，将会造成不应有的损失, 钢结构复合材料修复包括：强度增强、疲劳修复和屈曲修复三大类，碳纤维复合材料钢结构修复系统，能够对结构起到强度增强、疲劳修复等作用，系列管道结构补强材料的不同在于，该系统既可用于管道上，也可用于钢结构的修复上，可以是环向粘贴，也可以是局部平面粘贴。为了区分，将管道补强所用的复合材料独立出来，而在本修复系统内，主要应用于平面修复，如储罐、容器等表面缺陷修复。使用材料包括：碳纤维、玻璃纤维等复合材料。可以有效地修复电力塔架，钢构件疲劳损坏是钢结构破坏的主要形式之一,通过对拉-拉应力状态下碳纤维布加固钢结构K形焊缝疲劳性能的试验研究与分析,认为在钢构件焊缝部位粘贴碳纤维能够有效降低焊缝处的应力集中,明显改善钢构件的疲劳性能,从而延长钢结构疲劳构件的使用寿命,具有很高的应用价值.钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题，一旦出现了钢结构的失稳事故，不但对经济造成严重的损失，而且会造成人员的伤亡。为了防止屈曲失稳的发生，对钢结构进行修复是一种很有效率的修复手段。

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输油管道安全运行的主要风险因素是第三方损害及防腐层破损引起的腐蚀缺陷，对机械损伤或腐蚀缺陷的管道，主要的修复技术包括焊接、换管、夹具、纤维复合材料修复等。

焊接法对输油管道修复具有很大的危险性。由焊接引起的管道安全事故屡见不鲜。

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作为一种高效快捷的新型修复技术，已经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，保障管道不间断运行。碳纤维材料具有优异的拉伸强度和弹性模量，是应用与管道补强的理想纤维材料。

一、碳纤维复合材料修复技术

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。

研究表明，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。

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。

二、输油管道抢修案例

在西部管道组织的例行检测中发现乌兰输油管道某处出现机械损伤。该处管道的外径为559mm，管道正常壁厚为10mm。在管道表面上侧存在机械损伤凹陷，凹陷深15mm，凹陷外沿直径约200mm；对缺陷处管道壁厚测量发现，管道凹陷处管壁有减薄，减薄大约2mm。

经有关部门研究决定采用碳纤维复合材料补强技术对此管道进行抢修。抢修方案为首先使用填平树脂对凹陷进行填平修复处理，然后缠绕高强度碳纤维复合材料。

补强方案确立后，使用有限元分析软件对该方案进行验证计算。

首先对无缺陷管道承受内压时管壁应力分布进行计算。在管道完好无损情况下，承受3MPa的内压时，管道内环向应力为83.85MPa。建立有限元模型对该方案进行分析。在有限元模型中，对凹陷进行模拟计算。为便于建立模型，仅取管道的八分之一建立模型。

在有限元模型中，钢材的弹性模量取207GPa，泊松比为0.3，屈服强度为450MPa。管道内的运行压力设定为3MPa。碳纤维复合材料补强层数为6层。根据上述条件计算得到未补强管道中的环向应力与补强后管道中的环向应力分布云图。

由计算结果可知未补强管道凹陷的边缘处存在严重的应力集中。环向应力数值达到322MPa，远远超过无缺陷管道承载3MPa压力时的管壁环向应力。并且这个应力数值已经接近钢材的屈服强度。此管道存在内压波动时，在疲劳载荷的作用下，极易在应力集中处发生疲劳破坏。如不进行补强处理，凹陷处壁厚可能继续减少，使管道缺陷处应力集中更严重。

采用碳纤维复合材料补强技术后，管道中环向应力有明显的降低，严重区域的环向应力为164MPa。这个应力数值低于钢材的屈服强度，管道变形尚处于弹性变形范围。管道经过补强处理后，管壁的应力集中将大大缓解，管道将处于安全应力范围内。

补强方案确定后的施工流程为：

①对管道外表面进行预处理，清除防腐层；

②使用电动除锈工具打磨管道表面，达到St3级的除锈要求；

③使用清洗剂清洗管道表面并使之充分干燥；

④在凹陷处涂抹填平树脂，修补至缺陷部位表面平整；

⑤填平树脂初步固化后，缠绕高强度碳纤维复合材料，确保复合材料覆盖了缺陷部位，缠绕层数为6层；

⑥对补强区域进行防腐处理，然后回填。

在对上述含缺陷管道进行修复补强后，恢复了管道的正常运行压力，效果良好。

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碳纤维复合材料对压力管道进行修复补强的技术，是利用碳纤维布在纤维方向上具有高强度的特性，用环氧树脂充分浸透碳纤维丝，外包覆在修复管道部位，使缺陷部位恢复原有强度。该技术的优点是可以在线修复，且不用焊接，避免了焊穿发生危险。复合材料管道修复补强技术是一项新兴的技术，该补强系统由高强度碳纤维、高强度填平树脂以及高性能环氧粘结剂三个部分组成。在缺陷修复时，首先利用填平树脂对缺陷进行填平处理，然后在管道外缠绕碳纤维与环氧粘结剂所组成的碳纤维复合材料。填平树脂固化后具有优异的抗压强度。碳纤维复合材料固化后具有极高的抗拉强度和弹性模量，它将通过填平树脂限制缺陷处的径向膨胀变形，降低缺陷处的拉伸应力与应变，实现对管道缺陷的补强修复。

双向碳纤维复合材料补强技术可以对壁厚损失低于80%的管道缺陷进行补强修复。通过计算设计补强碳纤维布的层数，在对含缺陷管道进行剩余强度评价的基础上，确定恢复管道正常运行压力所需要的补强层数。碳纤维补强技术中复合材料初步固化时间为12～36小时。根据环境温度不同，初步固化时间长短可能有差别；补强层初步固化后，即可回填。在碳纤维布补强施工完成后，不影响修补部位的其他工序，可使用防腐冷缠带、热收缩带或其他防腐材料在补强层外进行防腐处理。

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