关键词：碳纤维复合材料补强技术；现状；输油管道维修中的应用
引言
碳纤维复合材料补强技术作为输油管道维修的新型技术体系，在对其进行应用时，必须立足在其应用原理和优势的基础上，科学化开展应用流程，保证技术应用的规范性，进而将技术应用效果在输油管道维修中全面的展现出来，提升输油管道维修工作的效率和质量，降低石油企业的管道运营成本，提升其经济效益，推动我国石油产业发展与进步。
1、输油管道维修中应用碳纤维复合材料补强技术的概述
截至2016年，中国陆上长输油气管道总里程约12.4×104km，其中原油、成品油、天然气管道分别占总里程的24％、19％、57％。中国已经形成三纵四横、连通海外、覆盖全国的油气管网，油气管道已成为中国国民经济和社会发展的能源安全生命线。随着国内管道总长度的增加，由于外力损伤、腐蚀、管材缺陷等原因，管道运输安全受到威胁。尤其近两年来，中石油加大了对所辖长输管道的质量排查，通过排查发现了大量的管道缺陷，为了避免管道事故造成的经济损失、人员伤亡及生态环境破坏，急需开展管道缺陷修复工作。复合材料修复技术由于其适用范围广、轻质高强、抗腐蚀、施工简便等优点，在国内外得到广泛的应用，并逐渐成为缺陷管道修复技术的优选方法。国外最早于20世纪90年代开始使用复合材料修复技术，已经有二十多年的时间。随着复合材料的广泛应用，各国管道行业都致力于发展这项新技术，等一系列管道修复用复合材料，这些修复技术在管道工程上都得到了很好的应用。然而，国内复合材料修复普遍采用湿缠绕法施工。该方法最早由美国研究，第一个该类型产品为STRONGBACK，是将高强芳纶纤维现场浸渍在基树脂中，制成缠绕带缠绕到管道缺陷上，固化后起到补强修复效果。该方法具有成本低、施工便捷、不受结构形状限制的特点。但该方法在应用过程中，由于现场人工涂刷胶液，容易存在纤维浸润不充分、含胶量不均匀、易受湿度/沙尘影响等，导致现场质量管控困难、效率低、易受污染、环境影响大等。
2、输油管道腐蚀现状
该输油管道投产近10年来已累计发生腐蚀穿孔事件五十余起，投产仅两年多就发生腐蚀穿孔事故，腐蚀现象十分严重。2015～2017年安排了管线漏磁检测工作，共检测出11614个腐蚀点，腐蚀程度最大为90%，全线都存在不同程度的腐蚀缺陷，其中首站-3#站103.1km管线进水管段多，腐蚀点密集，腐蚀程度20%～40%的腐蚀点占全线总量的86.6%，承受工作压力高，漏磁检测结果如图1、图2所示。根据检测结果及平时维护管理的情况，腐蚀的主要特点如下：（1）腐蚀发展速度非常快。以首次腐蚀为例，在距离管道起点19km处，管道底部出现了15～20mm的裂纹缺陷，并且周围伴随着大小不一的腐蚀缺陷，并且仅在管线投产运行两年就出现了。第二次穿孔发生在里程284km处，管线左侧穿孔，孔径约4mm，在附近开挖两根管段，又发现6处腐蚀坑，通过计算，年平均腐蚀速率为0.68mm/a，腐蚀速率增长较快；（2）腐蚀类型单一，完全以电化学腐蚀产生腐蚀坑为主，主要原因为防护层破损进水。未出现其它类型的腐蚀，管道外腐蚀为主，内腐蚀很轻微；（3）腐蚀穿孔现象在各个站均有发生。
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3、碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中的应用
3.1碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用的适用性要点
碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用时，较为适用于管道凹坑类的维修工作之中，应用时具有较高的安全性和可靠性，并进行常规应用就能够达到维修目的。而在其他类型的输油管道维修时进行碳纤维复合材料补强技术应用时，就需要根据管道维修类型科学化运用碳纤维复合材料补强技术，以保证技术应用的适用性，保证输油管道维修工作的实效性和科学性，为石油资源的管道运输工作开展提供保障。
3.2碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用的研究性要点
碳纤维复合材料补强技术作为输油管道维修的新型技术体系，虽然被广泛的应用于输油管道维修工作中，但是碳纤维复合材料补强技术应用还有较大的开发应用空间，包括应用范围以及技术应用条件等，都能够通过技术研究而深化开发，发挥出更大的技术作用，不仅能够进一步提升输油管道维修工作的效率和质量，为石油产业发展提供保障，更能够推动碳纤维复合材料补强技术体系发展完善，发挥出更大的作用。
3.3换管改造方法
对于腐蚀比较严重，并且存在连续性或者间断性大面积腐蚀的管道可以使用换管补强改造方法。在换管的过程中，需要先在需要换管区域的平行位置焊接一段管道，然后在管道的两端通过停止输送或者不停输带压封堵技术更换管道。目前在我国不停输带压封堵技术已经发展的比较成熟。
3.4利用沉积焊改造腐蚀管道
对于腐蚀管道焊接缝或者管道自身上存在的较小面积的腐蚀、弧坑以及沟槽等可以使用补焊的方法进行改造。在对其进行补焊的过程中，应该选择使用氢含量较低的焊条。对于最小剩余壁厚高于3.175mm的腐蚀管道比较使用这一改造方法。
3.5利用有限元分析方法确定腐蚀管道的剩余强度
近些年，很多专家和学者开始利用有限元分析方法来确定腐蚀管道的剩余强度，并获得了一定的成效。有限元分析方法主要包括非线性分析法和弹性分析法两种。非线性分析法是利用三维较大的弹塑性来变形单元，利用有限元方法塑性失效分析管道的腐蚀秦光，在分析的过程中需要考虑腐蚀管道的几何形状的非线性和管道材料的非线性。弹性分析法的主要依据是腐蚀管道材料的弹性极限，以此展开腐蚀管道剩余强度管道失效性的分析。某学者在对腐蚀管道进行弹性分析后，提出了一种可以通过弹性极限原则确定腐蚀管道剩余强度的有效方法，并推导出在腐蚀管道弯曲载荷、轴向载荷和内压下，计算管道腐蚀区域应力集中系数的公式。
结束语
综上所述，对输油管线外腐蚀的情况进行了统计，同时分析了腐蚀原因，主要是电化学腐蚀为主，并且为外腐蚀，针对腐蚀现状，应用了常规补强和碳纤维补强技术进行管线修复，应用后管道完整性得到了提升，失效率大大降低，其中碳纤维补强具有如下优点：（1）整体补强层薄，节省了施工费用；（2）可以轴向、环向以及呈一定倾角进行灵活裁剪，组合铺设，铺层之间还可以交错组合，使补强层形成一个整体。
参考文献
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论文作者:卞九洲
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第19期
论文发表时间:2020/3/16
标签：管道论文; 复合材料论文; 碳纤维论文; 技术论文; 补强论文; 输油管道论文; 方法论文; 《科学与技术》2019年第19期论文;