一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種管道增強圈，具體是關于一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈。
【背景技術】
[0002]在我國能源消費結構中，石油與天然氣占了很大比例，其對國民經濟發展及國家能源安全具有重要意義。隨著石油天然氣資源需求量的增長，開發我國現有油氣藏、從國外進口石油天然氣的必要性日益明顯，而管道運輸以其運量大、占地少、安全可靠、連續性強等優勢，成為石油天然氣運輸方式的理想選擇。然而在管道路由選擇及建設過程中，常無法避免經過活動斷層區，對管道安全帶來了不利影響:地殼運動使巖層及土壤發生錯動，使管道部分區域產生應力集中；活動斷層對管道施加外力作用，使管道發生過大彎曲變形;管道受力變形后，可能誘發泄漏事故。
[0003]斷層是巖層或巖體順破裂面發生明顯位移的構造，產生的原因是地殼運動中強大的壓力和拉力超過了巖層本身強度。而覆于巖層上的土壤也會受到拉力或壓力的作用，發生錯動。活動斷層是指自晚第四紀以來有活動的斷層，特點是現今仍在活動或近代地質時期曾有過活動、將來還可能重新活動。對于埋設在活動斷層區域內的管道，很可能因受到過大土壤作用力而喪失其原有穩定狀態，發生彎曲變形。為了減小管道所受來自土壤的作用力，增強管道抵抗彎曲變形的能力，使管道能夠安全穿越活動斷層區，本發明提出一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈。
[0004]碳纖維是一種纖維聚合物，其密度為鋼材的四分之一;強度高，為鋼材的5-6倍;彈性模量與鋼材相近，與鋼材的協同性好。此外，碳纖維還具有優異的抗腐蝕性。鑒于碳纖維優異的力學性能及良好的抗腐蝕性，選擇碳纖維材料作為增強圈的主要材料。
[0005]增強圈的作用機理為:通過熱熔膠粘結，將增強圈與管道結合為一體，二者共同受力，減小管道所受的外載荷，減輕在斷層作用下管道中過大的應力應變，保證管道的安全運行。
【發明內容】
[0006]針對穿越活動斷層區管道可能發生過大彎曲變形、導致管道中產生過大應力應變的問題，本發明的目的是提供一種質量輕、耐腐蝕、強度高、可使管道安全穿越活動斷層區的管道增強圈。
[0007]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:
[0008]—種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈基本結構分為四層，每層材料均為高模量碳纖維布。從內向外算，最內層碳纖維布的紋理與管道軸向成90度角，第二層碳纖維布的紋理與管道軸向成正45度角，第三層碳纖維布的紋理與管道軸向成負45度角，最外層碳纖維布的紋理與管道軸向成O度角。可按此順序增加碳纖維布層數，以滿足更高強度要求。纏繞于管道上的碳纖維布層紋理與管道軸向成不同角度，目的在于使增強圈可承受來自多個方向的地層作用力，更好地分擔管道所受載荷，從而遏制管道發生過大彎曲變形。
[0009]由于管道本身具有防腐層，為增強熱熔膠粘結效果，對管道防腐層表面進行噴砂處理，使用熱熔膠對最內層碳纖維布與管壁進行粘結。將外層碳纖維布依次纏繞于管道，并使用熱熔膠對每層碳纖維布進行粘結。本發明利用碳纖維布強度高、質量輕、耐腐蝕、抗拉壓能力強的特點及熱熔膠固化快、粘著力強的特點，摒棄傳統管道加固件需要焊接連接、容易產生應力集中的弊端，制作出一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈，為本發明最核心的部分。
[0010]本發明綜合了碳纖維的優勢，具有以下優點:
[0011]1.強度高，抗拉壓性能優異。碳纖維具有優良的力學性能，碳纖維布強度高、密度小、厚度薄，基本不增加被加固構件自重及界面尺寸。碳纖維布被纏繞、粘結在管道上后，與管道結合為一個整體，分擔管道所受載荷，提高管道強度。
[0012]2.減小應力集中。碳纖維應力集中于纖維端部，碳纖維布層內部基本不存在纖維端部，可有效避免應力集中現象。
[0013]3.可承受多個方向作用力。由于實際情況下斷層發生的位置和方向不確定，斷層對管道的作用力方向亦不確定。碳纖維布的紋理與管道軸向成不同角度，使增強圈可承受來自多個方向的斷層作用力，能夠有效分擔管道所受載荷，遏制管道發生過大彎曲變形。
[0014]4.抗腐蝕性能好。碳纖維具有優異的抗腐蝕性能，非常適合用于高酸、堿、鹽等腐蝕環境。碳纖維布纏繞固定于管道后，可有效提高管道的抗腐蝕性能。
[0015]5.制造工藝簡單，施工方便。該管道增強圈只使用碳纖維和熱熔膠兩種組分，制造工藝簡單，施工方便。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明用在穿越活動斷層區管道的正視投影示意圖。
[0017]圖2是圖1中所示的A-A截面示意圖。
[0018]圖3是碳纖維布紋理示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖及實施例，對本發明進行詳細的描述。
[0020]如圖1、圖2、圖3所示:I為穿越活動斷層區管道的管壁，I的表面為管道防腐層，2為增強圈中紋理與管道軸向成90度角的碳纖維布層，3為增強圈中紋理與管道軸向成正45度角的碳纖維布層，4為增強圈中紋理與管道軸向成負45度角的碳纖維布層，5為增強圈中紋理與管道軸向成O度角的碳纖維布層。
[0021]本發明的制作安裝方法包括以下步驟:
[0022](I)管道表面處理
[0023]使用噴砂法對管道防腐層表面進行處理，以提高熱熔膠的粘結效果。
[0024](2)纏繞最內層碳纖維布
[0025]將熱熔膠膠粉與常溫水按1:1.5-3的比例混合，浸泡20-60分鐘，待膠粉吸水膨脹后進行間接加熱，使熱熔膠固體熔融為液態。對液態熱熔膠繼續間接加熱，直到溫度達到最佳使用溫度160攝氏度，然后將液態熱熔膠均勻涂抹于處理過的管道防腐層表面。將最內層碳纖維布螺旋纏繞于管道上，其紋理與管道軸向成90度角，覆蓋區域沿管道軸向長度為30-100米。纏繞完成后，將碳纖維布層與管壁壓合緊密，等待熱熔膠冷卻，完成粘結。
[0026](3)纏繞第二層碳纖維布
[0027]將液態熱熔膠均勻涂抹于最內層碳纖維布表面，然后將第二層碳纖維布螺旋纏繞于最內層碳纖維布上，其紋理與管道軸向成正45度角，覆蓋區域沿管道軸向長度為30-100米。纏繞完成后，將第二層碳纖維布與最內層碳纖維布壓合緊密，等待熱熔膠冷卻，完成粘結。
[0028](4)纏繞第三層碳纖維布
[0029]將液態熱熔膠均勻涂抹于第二層碳纖維布表面，然后將第三層碳纖維布螺旋纏繞于第二層碳纖維布上，其紋理與管道軸向成負45度角，覆蓋區域沿管道軸向長度為30-100米。纏繞完成后，將第三層碳纖維布與第二層碳纖維布壓合緊密，等待熱熔膠冷卻，完成粘結。
[°03°] (5)纏繞最外層碳纖維布
[0031]將液態熱熔膠均勻涂抹于第三層碳纖維布表面，然后將最外層碳纖維布螺旋纏繞于第三層碳纖維布上，其紋理與管道軸向成O度角，覆蓋區域沿管道軸向長度為30-100米。纏繞完成后，將最外層碳纖維布與第三層碳纖維布壓合緊密，等待熱熔膠冷卻，完成粘結。
[0032]需要指出的是，本實施例使用四層碳纖維布，僅起到說明【具體實施方式】的作用，并不對本發明的保護范圍產生約束，為達到強度要求增加碳纖維布層數所產生的結構均在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈，其特征在于:一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈基本結構分為四層，每層材料均為高模量碳纖維布。從內向外算，最內層碳纖維布的紋理與管道軸向成90度角，第二層碳纖維布的紋理與管道軸向成正45度角，第三層碳纖維布的紋理與管道軸向成負45度角，最外層碳纖維布的紋理與管道軸向成O度角。2.如權利要求1所述的一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈，其特征在于:可按權利要求1中所述的順序增加碳纖維布層數，以滿足更高強度要求。3.如權利要求1所述的一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈，其特征在于:對管道防腐層表面進行噴砂處理，使用熱熔膠對最內層碳纖維布與管壁進行粘結。4.如權利要求1所述的一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈，其特征在于:將外層碳纖維布依次纏繞于管道，并使用熱熔膠對每層碳纖維布進行粘結。
【專利摘要】本發明涉及一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈，其特征在于：一種基于碳纖維的穿越活動斷層區管道增強圈基本結構分為四層，每層材料均為高模量碳纖維布，從內向外算，最內層碳纖維布的紋理與管道軸向成90度角，第二層碳纖維布的紋理與管道軸向成正45度角，第三層碳纖維布的紋理與管道軸向成負45度角，最外層碳纖維布的紋理與管道軸向成0度角。可按此順序增加碳纖維布層數，以滿足更高強度要求。對管道防腐層表面進行噴砂處理，使用熱熔膠對最內層碳纖維布與管壁進行粘結。將外層碳纖維布依次纏繞于管道，并使用熱熔膠對每層碳纖維布進行粘結。此發明可以增強管道強度及抗彎曲能力，減小活動斷層對管道的不良影響，減小應力集中，減緩管道腐蝕，使管道安全穿越活動斷層區。
【IPC分類】F16L9/14
【公開號】CN105605332
【申請號】CN201610038447
【發明人】陳嚴飛, 婁方宇, 張宏, 鄭偉
【申請人】中國石油大學(北京)
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月21日