天然气管道缺陷补强修复新技术研究论文
摘要：天然气管道在运行过程中承受着外部环境与内部介质的双重影响作用，在部分情况下，可能出现局部缺陷问题，而直接导致天然气的泄露等系列问题。针对天然气管道缺陷补强修复技术应用由来已久，而随着科学技术水平的不断提升，众多新型补强修复技术的出现进一步提升了管道修复效果。针对新技术的研究对于提升天然气管道管理工作有着重要的现实意义。本文探讨分析了当前常用的天然气管道缺陷补强修复方法，对碳纤维补强修复进行了详细的阐述，并结合实例进行了印证，旨在提供一定的参考与借鉴。更多石油天然气工业论文相关范文尽在职称论文发表网。
关键要：石油天然气工业论文
一、天然气管道缺陷补强修复技术
现阶段，在天然气管道缺陷补强修复中应用的主要技术形式包括动火焊接、管段更换、机械卡具、复合材料补强修复等，上述各技术的主要工艺与特征如下：
（一）动火焊接补强修复技术
在天然气管道的使用过程中，在小范围含缺陷管道的情况下，采用动火焊接处理缺陷位置是较为有效的补强修复方法。通过补强材料的使用与焊接操作，在缺陷位置焊接补强金属，以此形成对缺陷的填补。常见的动火焊接补强修复工艺主要包括：堆焊、补丁焊和套袖焊等。该类型补强修复的主要特点是能够在管道输送条件下进行补强修复，施工工艺简单，成本投入较小。然而，在天然气持续输送情况下进行焊接操作，容易引发火灾事故，近年来动火焊接补强安全问题屡见不鲜。
（二）管段更换修复技术
管段更换修复是对天然气管道缺陷位置进行切割替换焊接新管段的补强方法，主要适用于缺陷范围较大且较为严重的天然气管道部分。替换新管段后管道的缺陷问题被彻底解决，能够充分保证管道安全。但此类管道修复补强技术在其应用过程中，需要沿管线进行停气、放空、置换等工艺流程，在实际啊哦做环节投入的时间周期较长且工作量大，对于天然气输送效率的影响较大。
（三）机械卡具修复技术
机械卡具修复补强技术的.基本原理是通过在管道缺陷外部包裹卡具的形式实现堵漏，以控制燃气泄露问题。该技术借助可调节卡具的紧固作用，能够便捷的实现修复，对于焊接操作的依赖性较小，安全性能高，但同时也存在防腐性能不理想、补强耐久性较弱等问题，通常作为管道缺陷应急处理措施。
（四）复合材料朴强修复技术
在天然气管道运行过程中，其内部压力将对管道形成应力载荷，导致管道形成径向膨胀与环向拉伸作用，对于部分既有缺陷或局部薄弱部分，应力载荷作用将会引发然中的管壁凸起，凸起幅度超过一定限度后，将最终形成管道的破裂与泄漏问题。复合材料补强技术则是通过纤维与树脂混合材料在管道缺陷位置构成复合材料补强层，限制应力影响，以此提升载荷承载能力。
二、天然气管道缺陷补强修复新技术分析
现阶段应用较为广泛的碳纤维复合材料补强技术是区别于传统补强方法的新型技术，在当前国内众多天然气管道工程中得以应用。下图1为碳纤维复合材料补强体系结构图。碳纤维材料的力学性能指标较为优良，其抗拉强度水平可达3500MPa以上，而弹性模量则大于200GPa。补强修复环节在缺陷管道外部缠绕碳纤维复合材料实现泄露等问题的处理，能够使管道压力水平恢复至正常工况水平。整个修复补强过程，不使用电焊、不动火、不停止输气，操作环节安全，施工便捷，成本投入较低。
（一）修复工艺流程
碳纤维复合材料补强技术的具体操作步骤如下：
1、天然气管道预处理：对存在缺陷的天然气管道进行外部处理，剥离外部防腐层，并清理表面，表面喷砂除锈操作标准为st3级。
2、管道缺陷测量：缺陷测量对象主要包括长度、宽度、管壁厚度等参数指标。
3、管道缺陷修补：使用树脂材料涂刷管道缺陷表面，填平缺陷位置，并整平表面。
4、粘贴碳纤维布：在管道缺陷位置使用环氧粘浸胶进行绝缘纤维片和碳纤维片的粘结，确保缺陷区域被完全覆盖，材料覆盖应超出缺陷区域20cm以上。
5、聚乙烯补口：管道补口使用聚乙烯胶粘带材料，在补强修复材料固化后便可恢复工况运行压力。
（二）材料性能水平
对用于高压天然气管道缺陷的复合补强修复材料的性能，美国天然气技术协会（GRI）及美国运输部（DOT）从复合补强材料的抗拉强度、弹性模盘以及使用寿命方面作了具体的要求。材料性能水平控制方面，应首先保证补强材料抗拉伸强度应的大于管道钢材抗拉强度，并且需要具有较高水平的弹性模量，强度水平≥3100MPa，弹性模量≥3。5×104MPa，耐久寿命≥50年。同时，补强修复材料需要与天然气管道具备较好的形变一致性，确保补强层能够有效承受材料内压作用。
（三）修复补强操作要点
1、补强修复过程中，管道表面预处理的范围应超出缺陷位置两端200mm以上，重点对缺陷位置进行管道表面除锈，标准为St3。0级质量水平以上。2、检测管道缺陷长度、宽度、深度和位置，获得准确的特征参数，结合缺陷测量结果与管道基本材质与工况条件计算管道修复补强层数。3、管道补强修复施工操作，首先将补强材料固化剂进行混合，混合均匀后的填充材料在缺陷位置刷涂，并进行表面处理，保证填充平整。整平复合纤维擦料，缠绕在在缺陷补强修复位置，补强层数按照计算结果执行。缠绕时必须保证下层位置与内层完全对应，不得边缠绕边移动位置。在23℃下，初步固化时间一般为8h，固化期间需要保证修复部位清洁干燥；冬季气温较低时，可以使用加热措施加快固化速度，加热温度不应超过80℃。待固化完成后，对修复处使用STOPAQ粘弹体防腐胶带以及PVC外带进行防腐处理。
三、应用实例分析
某长输天然气管道工程，线路全长952。63km，设计年输量为30×l08m3，为国家天然气干线管网重要组成部分。在该长输管道施工环节中，施工人员进行管道清理时，为了处理卡球问题在管道开设了500mm×700mm的窗口取出清管球。后续窗口修复使用焊接补强，焊缝位置载荷承载能力较为薄弱，且可能存在焊接质量问题，裂缝、未焊透、夹渣等问题也存在一定的失效风险。该管线处于居民区，人口密度大，出现缺陷事故的情况下可能带来极为严重的后果。因此，需要采取相应的补强修复工作。通过前期工程勘察与材料分析可知：输气管道开口处管道材质为X65，其额定最小屈服强度为448MPa，管道壁厚为14。2mm。假设管道补板处的管体金属壁厚全部损失，利用碳纤维复合材料补强的方法弥补管体环向强度，补强层数为9层。维护人员对该输气管道进行了碳纤维复合材料缠绕补强修复和防腐。在补强修复时，采用绝缘材料进行垫底处理，彻底杜绝电偶腐蚀的可能性。修复后管道恢复正常运行压力，补强效果良好。
四、结语
综上所述，天然气管道缺陷补强修复技术的应用对于维护管道安全，提升管道运行效率，及时有效的处理故障隐患有着重要的作用。行业工作者们应对管道补强修复技术特点进行深入的研究分析，熟练掌握新技术的应用方法，通过不断的实践提升管道补强修复技术能力，为天然气管道运行维护工作水平的提升创造有力条件。
参考文献
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