專利名稱：承壓設備壁面的補丁注填料修復補強方法
承壓設備壁面的補丁注填料修復補強方法發(fā)明領域本發(fā)明涉及承壓設備壁面的修復補強方法及其應用，具體地，本 發(fā)明涉及對各種管道、管件、壓力容器及其附屬設施的打補丁注填料 修復補強方法及其應用。技術背景油氣管道運輸是國民經濟中的五大運輸產業(yè)之一，僅目前我國油氣長輸管道就達4.5萬余公里。這些管道在長期服役過程中，由于受 到地層壓力、土壤腐蝕、電偶腐蝕、外力損傷等作用，造成管道爆裂、 泄漏等事故發(fā)生，影響管道的正常輸送作業(yè)。管道的維修補強技術是保證管道完整性和延長管道使用壽命的重 要手段。迄今國內外用于管道維修補強的方法大致可以歸結為焊接類 型、夾具類型和復合材料類型三大類，并可以細分為堆焊、打補丁、 打套袖、夾具、夾具注環(huán)氧、玻璃纖維復合材料和碳纖維復合材料等 小類。盡管這些方法各有優(yōu)點，但總的來說，碳纖維復合材料補強技 術是綜合性能最優(yōu)，最有應用前景的維修補強技術，它有如下優(yōu)點1、 不需降壓，沒有焊穿、氫脆和冷脆危險性；2、強度不隨時間衰減，可 保持50年以上；3、彈性模量與管體一致，管體一旦承壓，便可達到 補強效果；4、不僅適合于體積型腐蝕缺陷，而且適合于裂紋型缺陷， 對焊縫余高和錯邊要求不嚴；5、工藝相對簡單。但碳纖維復合材料補強技術的成本相對較高，所以管道相關部門 一般用局部施焊補漏(打補丁)的方法來進行簡單補強。管道上打補丁進行補強，方法簡單，容易操作。但補丁與腐蝕坑 或機械損傷處之間存在空隙，管道所承受的壓力往往難以由原有管道 傳遞到補丁上，達不到補丁補強的預期效果，因此管道運行仍存在較 大風險。發(fā)明內容為克服現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明提供了 一種改進的承壓設備壁 面修復補強方法。本發(fā)明方法適合于各種輸送管道、壓力容器及其附 屬設施的臨時搶修或長期修復補強，特別是大型長輸管道及其附屬設 備的修復補強，可延長其使用壽命，提高安全運行壓力。本發(fā)明的 一個方面提供了承壓設備壁面的修復補強方法，其包括如下步驟(1) 在該設備壁面的需要修復補強的部位焊接補丁 ；(2) 在該補丁與設備壁面之間填充填料。在本發(fā)明的一優(yōu)選實施方案中，所述補丁上預設有至少一個通孔， 更優(yōu)選2-10個孔，特別優(yōu)選2-5個孔。其中步驟(2)通過經由至少一個 所述通孔向所述補丁與設備壁面之間灌注漿液形似的可固化填料來實 現(xiàn)。在進一步優(yōu)選的實施方案中，步驟(2)中使用頭部設有單向截止閥 的灌注嘴來進行填料漿液的灌注，更優(yōu)選使用高壓止水針頭來進行所 述灌注。在一優(yōu)選實施方案中，固化后本發(fā)明所用的填料具有大于10MPa 的抗壓強度，更優(yōu)選具有大于40MPa的抗壓強度。在另一優(yōu)選實施方案中，固化后本發(fā)明所用的填料具有大于lGPa 的抗壓彈性模量，更優(yōu)選具有大于2GPa的抗壓彈性模量。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所用填料為可固化聚合物，包括但 不限于液體橡膠，液體硅橡膠，纖維素衍生物，乙烯聚合物和共聚物， 飽和或不飽和聚酯，聚丙烯酸酯，聚醚，聚砜，氨基塑料，環(huán)氧樹脂， 酚醛樹脂，聚芳烴，呋喃類及其改性物，更優(yōu)選為環(huán)氧樹脂。本發(fā)明方法適用于各種承壓設備的壁面的修復和補強，包括但不 限于各種管道、管件和壓力容器等等。本發(fā)明方法可在設備不停止運行(如管道不停輸)的情況下進行補 強作業(yè)，施工過程中不需要大型的機械吊裝設備，除保留傳統(tǒng)焊疤方 法簡單的特點外，還可以在焊疤的基礎上，填充補疤與管體之間的缺 陷，滿足管體補強的力學強度需求。本發(fā)明的另 一 個方面提供了本發(fā)明的修復補強方法在設備壁面，尤其是各種管道、管件及壓力容器壁面的修復補強中的應用。 附困說明

圖1為本發(fā)明實施例1中管道補強前的示意圖。圖2為圖1所示管道補強后的示意圖。圖3為本發(fā)明實施例1管道補強過程中填料漿液走向的示意圖， 其中箭頭方向為填料漿液的流動方向。圖4為圖3中所示管道橫截面的示意圖。圖5為本發(fā)明實施例3中壓力容器修復補強前的示意圖。圖6為圖5所示壓力容器修復補強后的示意圖。
具體實施方式
為了更好地理解本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點，以下將結合附圖對本 發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行詳細說明，應當理解這些說明僅為示例性的 而非限制性的。如上所述，本發(fā)明一方面涉及設備壁面的修復補強方法，其包括 如下步驟(1) 在該設備壁面的需要修復補強的部位焊接補丁 ；(2) 在該補丁與設備壁面之間填充填料。本發(fā)明方法適用于各種設備的壁面特別是金屬壁面的修復和補 強，尤其適用于各種承壓設備壁面的修復和補強。本發(fā)明所用的術語 "承壓設備，，通常指壓力容器、壓力管道、承壓附件、壓力鍋等以流 體壓力為基本載荷的設備的總稱。在本發(fā)明的某些實施方案中，所述設備壁面的需修復補強的部位 存在缺陷，包括但不限于體積型缺陷、平面型缺陷、彌散損傷型缺陷 和幾何型缺陷，優(yōu)選為體積型缺陷。所述平面型缺陷可包括裂紋型缺 陷，彌散損傷型缺陷可包括氫鼓泡和/或微裂紋，幾何型缺陷可包括噘 嘴和/或錯邊。所述缺陷的具體例子包括環(huán)焊縫和螺旋焊縫缺陷、腐蝕 點坑和機械損傷等等。在本發(fā)明的具體實施方案中，首先根據需修復補強部位的缺陷的 形狀和大小制作補丁，然后在步驟(l)中將該補丁焊接在所需補強的設備壁面的相應部4立。本發(fā)明采用的補丁通常由金屬材料制成，優(yōu)選與需要修復補強的 設備壁面的材質相同。打補丁的方式有兩種， 一種是把補丁盡量緊貼在需要修復補強的 設備壁面上，另一種是在補丁與需要修復補強的設備壁面之間留下一 定的空隙。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，補丁與設備壁面之間的空隙小于10毫米，更優(yōu)選小于5毫米，特別優(yōu)選小于2毫米。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述補丁上預設有至少一個通孔， 以便于經由該通孔向補丁與設備壁面之間填充填料。所述通孔的數(shù)目， 在補丁上的位置分布并沒有特殊要求，只要其便于填料的填充，并且 不會明顯降低補丁本身及補丁與設備壁面之間的結合強度即可。而符 合上述要求的通孔數(shù)目和位置的設置是本領域技術人員所熟知的。更 優(yōu)選地，所述補丁上預設有2-10個孔，特別優(yōu)選2-5個孔。本發(fā)明所用的術語"通孔"指從所述補丁的一側穿透整個補丁延 伸至另一側的孔。在本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案中，步驟(2)通過經由所述補丁上預 留的通孔向補丁與設備壁面之間的空隙空間中灌注漿液形式的可固化 填料來實現(xiàn)。該填料漿液隨后固化，從而補丁與需要修復補強的設備 壁面通過固化的填料形成一個整體，完成了此管道的修復補強。在本發(fā)明的某些優(yōu)選實施方案中，所述補丁上預設有至少兩個通 孔，其中至少一個通孔作為灌注孔用于灌注填料漿液，且至少一個通 孔作為排氣孔用于排出補丁與設備壁面之間殘留的氣體。為了便于灌 注和排氣，所述排氣孔的位置可以設置在與灌注孔大致相對的位置， 也可以是缺陷的中心位置。優(yōu)選地，灌注時使灌注孔處于底部，使排 氣孔處于頂部。當然， 一個通孔是作為灌注孔還是排氣孔并不是絕對 的，根據實際需要可以進行調整，例如其可在灌注的前半段用作灌注 孔，而在后半段用作排氣孔。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，可根據實際需要對灌注孔和排氣孔 的數(shù)目和位置進行設置以更好地實現(xiàn)所需的填充目標。灌注時可能需 要考慮的因素包括但不限于灌注的填料漿液量及填料漿液的固化時間 (即灌注速度必須確保在填料固化之前能夠完成所需量的填料灌注)，還有灌注質量等等。為便于灌注操作，在灌注時優(yōu)選在灌注孔和排氣孔上分別安裝灌 注嘴和排氣嘴。所述灌注嘴和排氣嘴通常是通過螺紋旋入安裝在灌注 孔和排氣孔上。所述灌注嘴和排氣嘴可以是簡單的、其直徑適于與灌 注泵連接的直管或帶有波紋口的直管，優(yōu)選使用市售的高壓止水針頭。 該針頭利用環(huán)壓緊固的原理，在其頭部設有單向截止閥，可防止?jié){液 在高壓推擠下倒噴。在完成灌注操作并且確認填料已經固化后，除去 灌注嘴和排氣嘴，需要時可用螺釘或其他方法將各個灌注孔和排氣孔 密封。本發(fā)明所用填料為可固化聚合物，包括但不限于液體橡膠，液體 硅橡膠，纖維素衍生物，乙烯聚合物和共聚物，飽和或不飽和聚酯， 聚丙烯酸酯，聚醚，聚砜，氨基塑料，環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，聚芳烴， 呋喃類以及其改性物。在一優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明所用填料固化后的抗壓強度大于10MPa，更優(yōu)選抗壓強度大于20MPa。在另一優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明所用填料固化后具有大于lGPa 的抗壓彈性模量，優(yōu)選具有大于2GPa的抗壓彈性模量。本發(fā)明的另 一個方面提供了本發(fā)明的修復補強方法在設備壁面， 尤其是各種管道、管件及壓力容器壁面的修復補強中的應用。為了進一步闡述本技術所涉材料及施工工藝，給出了下述實施例。但是，以下實施例不應理解為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實施例1管道的補強如圖1所示，需補強管道1直徑為多325mm，壁厚7mm，材質 Q235b。管外壁時鐘2點鐘方向上有一個體積型腐蝕點2，深度達到 4mm。管道屈服壓力經計算為約6MPa，因此需進行補強。以下利用 本發(fā)明的打補丁注填料方法對該管道腐蝕點進行補強。操作步驟如下1. 4卜丁的力口工根據管道外徑及腐蝕點的形狀和大小等因素，由直徑為爭325mm， 壁厚7mm,同樣材質為Q235b的管子，經過氣切割，角磨等方法精細機加工得到補丁 3。對其內外表面的油、漆、銹、毛刺等污物進行清 理。在補丁上分別開灌注孔4和排氣孔5。在各孔上套絲，以便安裝 灌注嘴及排氣嘴。(詳見附圖2)2. 焊接補丁將補丁緊貼在管道1上的腐蝕點2之外，均勻地焊接在腐蝕點2外側。3. 灌注填料在所述套管的各孔上安裝灌注嘴及排氣嘴。采用手動泵經由灌注 孔4向補丁 3與管道1外壁之間的空隙中灌注環(huán)氧樹脂，直至位于上 方的排氣孔5中溢出環(huán)氧樹脂時停止灌注(參見圖3和4)。所用環(huán)氧樹 脂為中國水利水電基礎工程局的JX-1環(huán)氧樹脂(抗壓強度54.3MPa; 粘合強度3.5N/mm2;抗壓彈性模量2.6Gpa;粘度9.8mPa.s;操 作時間90分鐘)。24小時后，環(huán)氧樹脂完全固化。切除灌漿嘴及排氣嘴，用螺釘密 封所述的各孔。整套的補強措施開始與管體同步承力，從而達到了該 管道的補強目的。實施例2補強管道的全尺寸爆破試驗根據SY-T5992-94《輸送鋼管靜水壓爆破試驗方法》，在兩段 # 325x7的管道上，模擬同樣的體積缺陷(60x40mm,深5.3mm)。制作 同樣的補丁(180xl20mm)。分別用普通補丁(焊疤)及本發(fā)明的打補丁注 填料方法補強。24小時后，進行全尺寸爆破試驗。結果普通焊疤管道 在15.8MPa時出現(xiàn)兩處裂縫，所補管道缺陷處出現(xiàn)裂口；而經過本發(fā) 明的打補丁注填料方法補強后的管道在28MPa時仍完好無損，表明管 道承壓能力明顯提高，達到補強效果。實施例3壓力容器的補強對于壓力容器6上的機械損傷造成的缺陷7(見附圖5)，我們采用與實施例1中相同的步驟進行修復補強。其中，填料選用江西贛中樹脂公司的191不飽和聚酯樹脂。補強后(見附圖6)，對容器提壓。壓力達到10MPa時，容器及補 強處完好無損，證明該技術補強后，達到預期補強效果。應該理解，上述詳細描述僅是為更好地理解本發(fā)明而對本發(fā)明做 出的非限定性說明。本領域所屬技術人員在不偏離本發(fā)明的精神和范 圍的情況下可以對本發(fā)明做出各種等同的修改、替換和變更，這些修 改、替換和變更后的實施方案仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1. 對承壓設備壁面進行修復補強的方法，包括以下步驟(1)在所述設備壁面的需要修復補強的部位焊接補??；(2)在所述補丁與設備壁面之間填充填料。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述補丁上預設有至少一個 通孔，優(yōu)選2-10個通孔，更優(yōu)選2-5個通孔，且步驟(2)通過經由至少 一個所述通孔向所述補丁與設備壁面之間灌注漿液形式的可固化填料 來實現(xiàn)。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中步驟(2)中使用頭部設有單向 截止閥的灌注嘴來進行填料的灌注，優(yōu)選使用高壓止水針頭來進行所 述灌注。
4. 根據權利要求2或3所述的方法，其中所述填料固化后具有大 于10MPa的抗壓強度，優(yōu)選具有大于40MPa的抗壓強度。
5. 根據權利要求2-4中任一項所述的方法，其中所述填料固化后 具有大于1 GPa的抗壓彈性模量，優(yōu)選具有大于2GPa的抗壓彈性模量。
6. 根據權利要求2-5中任一項所述的方法，其中所述填料為選自 液體橡膠，液體硅橡膠，纖維素衍生物，乙烯聚合物和共聚物，飽和 或不飽和聚酯，聚丙烯酸酯，聚醚，聚砜，氨基塑料，環(huán)氧樹脂，酚 醛樹脂，聚芳烴，呋喃類及其改性物的可固化聚合物，更優(yōu)選為環(huán)氧 樹脂。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的方法，其中所述補丁與設備 壁面之間的間距小于IO毫米，優(yōu)選小于5毫米，更優(yōu)選小于2毫米。
8. 根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其中所述需要修復補 強的部位存在缺陷，所述缺陷選自體積型缺陷、平面型缺陷如裂紋型 缺陷、彌散損傷型缺陷如氬鼓泡和/或微裂紋，以及幾何型缺陷如噘嘴 和/或錯邊，優(yōu)選為體積型缺陷。
9. 根據權利要求1-8中任一項所述的方法，其中所述承壓設備包 括管道、管件和壓力容器。
10. 權利要求1-9中任一項所述的方法在承壓設備壁面的修復補 強方面的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對承壓設備壁面進行修復補強的方法，具體地，本發(fā)明涉及管道、管件和壓力容器壁面的打補丁注填料修復補強方法及其應用。本發(fā)明的修復補強方法包括在承壓設備壁面的需要修復補強的部位焊接補丁，并在補丁與壁面之間填充填料，從而完成此部位的修復補強。本發(fā)明方法適合于各種輸送管道、壓力容器及其附屬設施的臨時搶修或長期修復補強，可延長承壓設備的使用壽命，提高安全運行壓力。
文檔編號F16L55/16GK101245885SQ200710080219
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權日2007年2月13日
發(fā)明者國 劉, 王修云, 王金友, 巖 鄭 申請人:北京安科管道工程科技有限公司