碳纤维复合材料对输油管道抢修

碳纤维复合材料修补方案，经相关设计部门设计、计算。确定采用碳纤维复合材料补强技术方案，对管道进行抢修。抢修方案为首先使用填平树脂对凹陷进行填平修复处理，然后缠绕高强度碳纤维复合材料。补强方案确立后，使用有限元分析软件对该方案进行验证计算。在有限元模型中，钢材的弹性模量取207GPa，泊松比为0.3，屈服强度为450MPa。管道内的运行压力设定为3MPa。碳纤维复合材料补强层数为6层。根据上述条件计算得到未补强管道中的环向应力与补强后管道中的环向应力分布云图。

由计算结果可知未补强管道凹陷的边缘处存在严重的应力集中。最大的环向应力数值达到322MPa，远远超过无缺陷管道承载3MPa压力时的管壁环向应力。并且这个应力数值已经接近钢材的屈服强度。此管道存在内压波动时，在疲劳载荷的作用下，极易在应力集中处发生疲劳破坏。如不进行补强处理，凹陷处壁厚可能继续减少，使管道缺陷处应力集中更严重。

采用碳纤维复合材料补强技术后，管道中环向应力有明显的降低，最严重区域的环向应力为164MPa。这个应力数值低于钢材的屈服强度，管道变形尚处于弹性变形范围。管道经过补强处理后，管壁的应力集中将大大缓解，管道将处于安全应力范围内。

补强方案确定后的施工流程为：

①对管道外表面进行预处理，清除防腐层；

②使用电动除锈工具打磨管道表面，达到St3级的除锈要求；

③使用清洗剂清洗管道表面并使之充分干燥；

④在凹陷处涂抹填平树脂，修补至缺陷部位表面平整；

⑤填平树脂初步固化后，缠绕高强度碳纤维复合材料，确保复合材料覆盖了缺陷部位，缠绕层数为6层；

⑥对补强区域进行防腐处理，然后回填。

碳纤维复合材料修复补强技术相对于其他类型的修复技术，具有更高的安全性、可靠性及适应性。对于管道凹坑类型的机械损伤有较好的修复能力。为今后类似问题的解决提供了参考。

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