专利名称：承压设备壁面的补丁注填料修复补强方法
承压设备壁面的补丁注填料修复补强方法发明领域本发明涉及承压设备壁面的修复补强方法及其应用，具体地，本 发明涉及对各种管道、管件、压力容器及其附属设施的打补丁注填料 修复补强方法及其应用。技术背景油气管道运输是国民经济中的五大运输产业之一，仅目前我国油气长输管道就达4.5万余公里。这些管道在长期服役过程中，由于受 到地层压力、土壤腐蚀、电偶腐蚀、外力损伤等作用，造成管道爆裂、 泄漏等事故发生，影响管道的正常输送作业。管道的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。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 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 术是综合性能最优，最有应用前景的维修补强技术，它有如下优点1、 不需降压，没有焊穿、氢脆和冷脆危险性；2、强度不随时间衰减，可 保持50年以上；3、弹性模量与管体一致，管体一旦承压，便可达到 补强效果；4、不仅适合于体积型腐蚀缺陷，而且适合于裂紋型缺陷， 对焊缝余高和错边要求不严；5、工艺相对简单。但碳纤维复合材料补强技术的成本相对较高，所以管道相关部门 一般用局部施焊补漏(打补丁)的方法来进行简单补强。管道上打补丁进行补强，方法简单，容易操作。但补丁与腐蚀坑 或机械损伤处之间存在空隙，管道所承受的压力往往难以由原有管道 传递到补丁上，达不到补丁补强的预期效果，因此管道运行仍存在较 大风险。发明内容为克服现有技术中的缺陷，本发明提供了 一种改进的承压设备壁 面修复补强方法。本发明方法适合于各种输送管道、压力容器及其附 属设施的临时抢修或长期修复补强，特别是大型长输管道及其附属设 备的修复补强，可延长其使用寿命，提高安全运行压力。本发明的 一个方面提供了承压设备壁面的修复补强方法，其包括如下步骤(1) 在该设备壁面的需要修复补强的部位焊接补丁 ；(2) 在该补丁与设备壁面之间填充填料。在本发明的一优选实施方案中，所述补丁上预设有至少一个通孔， 更优选2-10个孔，特别优选2-5个孔。其中步骤(2)通过经由至少一个 所述通孔向所述补丁与设备壁面之间灌注浆液形似的可固化填料来实 现。在进一步优选的实施方案中，步骤(2)中使用头部设有单向截止阀 的灌注嘴来进行填料浆液的灌注，更优选使用高压止水针头来进行所 述灌注。在一优选实施方案中，固化后本发明所用的填料具有大于10MPa 的抗压强度，更优选具有大于40MPa的抗压强度。在另一优选实施方案中，固化后本发明所用的填料具有大于lGPa 的抗压弹性模量，更优选具有大于2GPa的抗压弹性模量。在本发明的优选实施方案中，所用填料为可固化聚合物，包括但 不限于液体橡胶，液体硅橡胶，纤维素衍生物，乙烯聚合物和共聚物， 饱和或不饱和聚酯，聚丙烯酸酯，聚醚，聚砜，氨基塑料，环氧树脂， 酚醛树脂，聚芳烃，呋喃类及其改性物，更优选为环氧树脂。本发明方法适用于各种承压设备的壁面的修复和补强，包括但不 限于各种管道、管件和压力容器等等。本发明方法可在设备不停止运行(如管道不停输)的情况下进行补 强作业，施工过程中不需要大型的机械吊装设备，除保留传统焊疤方 法简单的特点外，还可以在焊疤的基础上，填充补疤与管体之间的缺 陷，满足管体补强的力学强度需求。本发明的另 一 个方面提供了本发明的修复补强方法在设备壁面，尤其是各种管道、管件及压力容器壁面的修复补强中的应用。 附困说明
图1为本发明实施例1中管道补强前的示意图。图2为图1所示管道补强后的示意图。图3为本发明实施例1管道补强过程中填料浆液走向的示意图， 其中箭头方向为填料浆液的流动方向。图4为图3中所示管道横截面的示意图。图5为本发明实施例3中压力容器修复补强前的示意图。图6为图5所示压力容器修复补强后的示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的其它方面和优点，以下将结合附图对本 发明的优选实施方案进行详细说明，应当理解这些说明仅为示例性的 而非限制性的。如上所述，本发明一方面涉及设备壁面的修复补强方法，其包括 如下步骤(1) 在该设备壁面的需要修复补强的部位焊接补丁 ；(2) 在该补丁与设备壁面之间填充填料。本发明方法适用于各种设备的壁面特别是金属壁面的修复和补 强，尤其适用于各种承压设备壁面的修复和补强。本发明所用的术语 "承压设备，，通常指压力容器、压力管道、承压附件、压力锅等以流 体压力为基本载荷的设备的总称。在本发明的某些实施方案中，所述设备壁面的需修复补强的部位 存在缺陷，包括但不限于体积型缺陷、平面型缺陷、弥散损伤型缺陷 和几何型缺陷，优选为体积型缺陷。所述平面型缺陷可包括裂紋型缺 陷，弥散损伤型缺陷可包括氢鼓泡和/或微裂紋，几何型缺陷可包括噘 嘴和/或错边。所述缺陷的具体例子包括环焊缝和螺旋焊缝缺陷、腐蚀 点坑和机械损伤等等。在本发明的具体实施方案中，首先根据需修复补强部位的缺陷的 形状和大小制作补丁，然后在步骤(l)中将该补丁焊接在所需补强的设备壁面的相应部4立。本发明采用的补丁通常由金属材料制成，优选与需要修复补强的 设备壁面的材质相同。打补丁的方式有两种， 一种是把补丁尽量紧贴在需要修复补强的 设备壁面上，另一种是在补丁与需要修复补强的设备壁面之间留下一 定的空隙。在本发明的优选实施方案中，补丁与设备壁面之间的空隙小于10毫米，更优选小于5毫米，特别优选小于2毫米。在本发明的优选实施方案中，所述补丁上预设有至少一个通孔， 以便于经由该通孔向补丁与设备壁面之间填充填料。所述通孔的数目， 在补丁上的位置分布并没有特殊要求，只要其便于填料的填充，并且 不会明显降低补丁本身及补丁与设备壁面之间的结合强度即可。而符 合上述要求的通孔数目和位置的设置是本领域技术人员所熟知的。更 优选地，所述补丁上预设有2-10个孔，特别优选2-5个孔。本发明所用的术语"通孔"指从所述补丁的一侧穿透整个补丁延 伸至另一侧的孔。在本发明的某些优选实施方案中，步骤(2)通过经由所述补丁上预 留的通孔向补丁与设备壁面之间的空隙空间中灌注浆液形式的可固化 填料来实现。该填料浆液随后固化，从而补丁与需要修复补强的设备 壁面通过固化的填料形成一个整体，完成了此管道的修复补强。在本发明的某些优选实施方案中，所述补丁上预设有至少两个通 孔，其中至少一个通孔作为灌注孔用于灌注填料浆液，且至少一个通 孔作为排气孔用于排出补丁与设备壁面之间残留的气体。为了便于灌 注和排气，所述排气孔的位置可以设置在与灌注孔大致相对的位置， 也可以是缺陷的中心位置。优选地，灌注时使灌注孔处于底部，使排 气孔处于顶部。当然， 一个通孔是作为灌注孔还是排气孔并不是绝对 的，根据实际需要可以进行调整，例如其可在灌注的前半段用作灌注 孔，而在后半段用作排气孔。在本发明的优选实施方案中，可根据实际需要对灌注孔和排气孔 的数目和位置进行设置以更好地实现所需的填充目标。灌注时可能需 要考虑的因素包括但不限于灌注的填料浆液量及填料浆液的固化时间 (即灌注速度必须确保在填料固化之前能够完成所需量的填料灌注)，还有灌注质量等等。为便于灌注操作，在灌注时优选在灌注孔和排气孔上分别安装灌 注嘴和排气嘴。所述灌注嘴和排气嘴通常是通过螺紋旋入安装在灌注 孔和排气孔上。所述灌注嘴和排气嘴可以是简单的、其直径适于与灌 注泵连接的直管或带有波紋口的直管，优选使用市售的高压止水针头。 该针头利用环压紧固的原理，在其头部设有单向截止阀，可防止浆液 在高压推挤下倒喷。在完成灌注操作并且确认填料已经固化后，除去 灌注嘴和排气嘴，需要时可用螺钉或其他方法将各个灌注孔和排气孔 密封。本发明所用填料为可固化聚合物，包括但不限于液体橡胶，液体 硅橡胶，纤维素衍生物，乙烯聚合物和共聚物，饱和或不饱和聚酯， 聚丙烯酸酯，聚醚，聚砜，氨基塑料，环氧树脂，酚醛树脂，聚芳烃， 呋喃类以及其改性物。在一优选实施方案中，本发明所用填料固化后的抗压强度大于10MPa，更优选抗压强度大于20MPa。在另一优选实施方案中，本发明所用填料固化后具有大于lGPa 的抗压弹性模量，优选具有大于2GPa的抗压弹性模量。本发明的另 一个方面提供了本发明的修复补强方法在设备壁面， 尤其是各种管道、管件及压力容器壁面的修复补强中的应用。为了进一步阐述本技术所涉材料及施工工艺，给出了下述实施例。但是，以下实施例不应理解为以任何方式限制本发明的范围。实施例1管道的补强如图1所示，需补强管道1直径为多325mm，壁厚7mm，材质 Q235b。管外壁时钟2点钟方向上有一个体积型腐蚀点2，深度达到 4mm。管道屈服压力经计算为约6MPa，因此需进行补强。以下利用 本发明的打补丁注填料方法对该管道腐蚀点进行补强。操作步骤如下1. 4卜丁的力口工根据管道外径及腐蚀点的形状和大小等因素，由直径为争325mm， 壁厚7mm,同样材质为Q235b的管子，经过气切割，角磨等方法精细机加工得到补丁 3。对其内外表面的油、漆、锈、毛刺等污物进行清 理。在补丁上分别开灌注孔4和排气孔5。在各孔上套丝，以便安装 灌注嘴及排气嘴。(详见附图2)2. 焊接补丁将补丁紧贴在管道1上的腐蚀点2之外，均匀地焊接在腐蚀点2外侧。3. 灌注填料在所述套管的各孔上安装灌注嘴及排气嘴。采用手动泵经由灌注 孔4向补丁 3与管道1外壁之间的空隙中灌注环氧树脂，直至位于上 方的排气孔5中溢出环氧树脂时停止灌注(参见图3和4)。所用环氧树 脂为中国水利水电基础工程局的JX-1环氧树脂(抗压强度54.3MPa; 粘合强度3.5N/mm2;抗压弹性模量2.6Gpa;粘度9.8mPa.s;操 作时间90分钟)。24小时后，环氧树脂完全固化。切除灌浆嘴及排气嘴，用螺钉密 封所述的各孔。整套的补强措施开始与管体同步承力，从而达到了该 管道的补强目的。实施例2补强管道的全尺寸爆破试验根据SY-T5992-94《输送钢管静水压爆破试验方法》，在两段 # 325x7的管道上，模拟同样的体积缺陷(60x40mm,深5.3mm)。制作 同样的补丁(180xl20mm)。分别用普通补丁(焊疤)及本发明的打补丁注 填料方法补强。24小时后，进行全尺寸爆破试验。结果普通焊疤管道 在15.8MPa时出现两处裂缝，所补管道缺陷处出现裂口；而经过本发 明的打补丁注填料方法补强后的管道在28MPa时仍完好无损，表明管 道承压能力明显提高，达到补强效果。实施例3压力容器的补强对于压力容器6上的机械损伤造成的缺陷7(见附图5)，我们采用与实施例1中相同的步骤进行修复补强。其中，填料选用江西赣中树脂公司的191不饱和聚酯树脂。补强后(见附图6)，对容器提压。压力达到10MPa时，容器及补 强处完好无损，证明该技术补强后，达到预期补强效果。应该理解，上述详细描述仅是为更好地理解本发明而对本发明做 出的非限定性说明。本领域所属技术人员在不偏离本发明的精神和范 围的情况下可以对本发明做出各种等同的修改、替换和变更，这些修 改、替换和变更后的实施方案仍属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 对承压设备壁面进行修复补强的方法，包括以下步骤(1)在所述设备壁面的需要修复补强的部位焊接补丁；(2)在所述补丁与设备壁面之间填充填料。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述补丁上预设有至少一个 通孔，优选2-10个通孔，更优选2-5个通孔，且步骤(2)通过经由至少 一个所述通孔向所述补丁与设备壁面之间灌注浆液形式的可固化填料 来实现。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中步骤(2)中使用头部设有单向 截止阀的灌注嘴来进行填料的灌注，优选使用高压止水针头来进行所 述灌注。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中所述填料固化后具有大 于10MPa的抗压强度，优选具有大于40MPa的抗压强度。
5. 根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其中所述填料固化后 具有大于1 GPa的抗压弹性模量，优选具有大于2GPa的抗压弹性模量。
6. 根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中所述填料为选自 液体橡胶，液体硅橡胶，纤维素衍生物，乙烯聚合物和共聚物，饱和 或不饱和聚酯，聚丙烯酸酯，聚醚，聚砜，氨基塑料，环氧树脂，酚 醛树脂，聚芳烃，呋喃类及其改性物的可固化聚合物，更优选为环氧 树脂。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述补丁与设备 壁面之间的间距小于IO毫米，优选小于5毫米，更优选小于2毫米。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述需要修复补 强的部位存在缺陷，所述缺陷选自体积型缺陷、平面型缺陷如裂紋型 缺陷、弥散损伤型缺陷如氬鼓泡和/或微裂紋，以及几何型缺陷如噘嘴 和/或错边，优选为体积型缺陷。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述承压设备包 括管道、管件和压力容器。
10. 权利要求1-9中任一项所述的方法在承压设备壁面的修复补 强方面的用途。
全文摘要
本发明涉及一种对承压设备壁面进行修复补强的方法，具体地，本发明涉及管道、管件和压力容器壁面的打补丁注填料修复补强方法及其应用。本发明的修复补强方法包括在承压设备壁面的需要修复补强的部位焊接补丁，并在补丁与壁面之间填充填料，从而完成此部位的修复补强。本发明方法适合于各种输送管道、压力容器及其附属设施的临时抢修或长期修复补强，可延长承压设备的使用寿命，提高安全运行压力。
文档编号F16L55/16GK101245885SQ200710080219
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月13日 优先权日2007年2月13日
发明者国 刘, 王修云, 王金友, 岩 郑 申请人:北京安科管道工程科技有限公司