碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中的应用

刘永忠

摘要：在社会经济发展过程中，对于石油资源的需求不断上升，而输油管道作为石油资源利用的基础结构设施，其运行状态直接决定了石油运输工作的效率和质量。在输油管道维修中，碳纤维复合材料补强技术是新型维修技术的一种，能够有效提升输油管道的维修效率，延长输油管道的使用寿命。本文对碳纤维复合材料进行全面分析，并对碳纤维复合材料补强技术在输油管道中的应用进行研究，以提升输油管道维修工作的效率和质量。

关键词：碳纤维复合材料补强技术;输油管道;维修;应用

中图分类号：TQ342+.742;TE973 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）12-0061-04

输油管道在日常运行工作中，常会由于自然因素影响以及人为因素的双重影响，出现管道受损的情况，这时就需要通过维修工作的开展，及时对输油管道进行修复，以保证输油管道的状态，避免因为管道问题造成输油困难和石油资源浪费的情况发生。而碳纤维复合材料补强技术作为新型输油管道维修技术的一种，具有着较高的维修效率和技术优势，对于我国石油产业发展具有重大的推动意义。

1 碳纤维复合材料的概念和特性

碳纤维是以有机纤维为基础，通过对有机纤维的热化处理而形成的无机高性能纤维，其碳含量超过90%，既具有了碳性材料固有强度高的材料特性，又同时具有了纤维材料的柔软性特点，可根据实际应用进行加工，是一种新型高性能纤维材料。碳纤维复合材料如图1所示，是以碳纤维为核心，通过与树脂、金属、陶瓷等相关材料机体的复合处理，进而形成的高性能结构材料，碳纤维复合材料被广泛的应用于航空航天领域、军工事业领域、工业高压管道领域以及结构补强等等，具有较高的应用价值[1]。

碳纤维复合材料具有高强度的材料特性，其强度能够达到钢铁材料强度的五倍以上，并且其具有着卓越的耐热性和抗热冲击性，碳纤维复合材料的耐热性能能够达到2000℃以上，并且其结构稳定性较高，不会因为低热膨胀系数产生变形。相比较于传统钢铁类材料，碳纤维复合材料的比重极低，其比重仅为钢的五分之一左右，而其的抗腐蚀能力和抗輻射能力都较为突出，具有极高的应用价值，被广泛的应用于各个行业领域[2]。

2 碳纤维复合材料补强技术的应用原理

碳纤维复合材料补强技术是现阶段输油管道维修中主要应用技术，其技术原理是以填平树脂先对输油管道的损坏位置进行填平修补，然后以碳纤维复合材料的专用粘结剂将碳纤维复合材料缠绕粘贴于输油管道的外壁，形成补强层，实现对输油管道破损位置的维修。在碳纤维复合材料的补强层固化以后，就能够与输油管道形成一体，对补强修复位置的管道材料进行输油压力的承载，进而使输油管道恢复输油运行压力，甚至能够实现对原有管道设计输油压力的超出，提升输油管道的整体性能。在碳纤维复合材料补强技术应用中，其技术应用原理的核心就是碳纤维材料的结构强度特性，能够有效提升输油管道的输油承载压力，是输油管道维修中较为先进的技术体系[3]。

3 碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中的应用原则

在输油管道维修工作中进行碳纤维复合材料补强技术应用时，要在其应用原则的要求下科学化应用碳纤维复合材料补强技术体系，以保证补强技术应用的效果，提升输油管道维修工作的质量，为石油产业发展提供保障[4]。碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用时，主要有以下3大原则。

1）碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用的科学性原则。在输油管道维修中运用碳纤维复合材料补强技术时，要以其技术应用原理为基础，科学化应用碳纤维复合材料补强技术，并保证技术应用流程的规范性，避免因为流程规菏性不足或是技术应用科学性不足造成维修工作的整体质量下降，给输油管道维修工作的开展实效性带来不利影响。与此同时，输油管道维修中科学化应用碳纤维复合材料补强技术，也能够提升受损管道的承载压力，避免以为输油压力造成维修管段出现受力膨胀的情况，使管道存在输油安全隐患。

2）碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用的安全性要点。输油管道作为石油产业石油资源运输的主要途径，输油管道的安全性直接决定了石油产业的经济效益，尤其是在输油管道的维修管道，必须充分保障维修管段的安全性，才能够为石油产业的安全稳定发展提供保障。针对于此，在输油管道维修中应用碳纤维复合材料补强技术时，必须对技术应用的安全效果进行反复确认，避免出现维修管道因为输有压力而出现漏油或渗油的情况，为石油产业发展提供技术安全保障。

3）碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用的经济性原则。输油管道维修的经济性直接决定了石油企业的整体经济效益，在经济性原则中，不仅包含了输油管道维修中的维修成本经济，还包含了维修中的人力成本以及时间成本等等[5]。而在输油管道维修中应用碳纤维复合材料补强技术时，就要充分发挥碳纤维复合材料补强技术的优势，最大程度上节约输油管道维修的人工成本和时间成本，提升石油企业的经济效益，推动石油企业科学化发展与进步。

4 碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中的应用优势

碳纤维复合材料补强技术作为当前输油管道维修中应用较为广泛的技术体系，具有鲜明的技术应用优势，是提升属于管道维修工作效率和质量的重要技术手段。碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中的应用优势主要分为以下5点。

1）碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用时，不需要进行焊接等工艺，避免了明火维修的操作，不仅大大提升了维修工作的安全性，降低了维修难度，还能够实现在输油管道的带压运行状态下进行维修操作，实现了维修效率提升的同时，也避免了维修施工中对管道的正常工作状态产生影响。

2）施工较为简单，能够节约维修时间成本。维修时间成本直接关系到了石油企业的经济效益，而在输油管道维修中采用碳纤维复合材料补强技术，因为其技术简便性，能够有效节约施工时间，降低维修时间成本。

3）能够避免输油管道维修位置变形情况的发生。输油管道维修中较为严重的问题就是维修管道会由于维修位置的输油压力影响，造成管道维修处出现变形的情况。而通过碳纤维复合材料的应用，在碳纤维复合材料高弹性模量的作用下，就能够有效提升维修管道的承载压力，避免维修管道受压力影响而变形的情况发生[6]。

4）碳纤维复合材料补强技术应用范围较为广泛。在输油管道维修中，输油管道的问题是多样的，包括了腐蚀原因造成的管道破损、机械损伤原因导致的管道破损以及管道裂纹等，都能够通过碳纤维复合材料补强技术进行维修，甚至可以将这种技术作为输油管道管段提压的技术手段。

5）材补强层较薄，利于维修管道的防腐处理。在管道维修中，对所维修管道的防腐处理是提升维修质量的必然途径，也是维修过程的重要组成部分。碳纤维复合材料由于其本身的轻薄性，在进行输油管道维修时，补强层的厚度也较低，给后续的防腐处理奠定了基础。

5 纤维复合材料补强技术在输油管道维修中的应用流程

在输油管道维修中进行碳纤维复合材料补强技术应用时，必须采用科学化的技术应用流程，以保证技术应用的质量，保证输油管道的运行状态。碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用时，其技术流程如图2所示。

1）受损管道处理。在输油管道维修时进行碳纤维复合材料补强技术应用时，主要的技术应用流程就是对受损输油管道进行处理，为技术应用奠定基础，主要的处理内容包含了3个部分：①对已受损的输油管道进行清理，将输油管道外表面的杂质等进行清除，然后将管道原有的防腐层清除掉，保证受损输油管道的外壁清洁。②对受损管道表面的锈迹进行处理，避免锈迹问题导致维修质量下降。采用电动除锈工具，将管道表面的锈迹一一清理，达到St3级的除锈标准才能够保证碳纤维复合材料补强技术在维修中不会受到锈蚀影响[7]。③采用清洁剂将管道表面清洗干净，然后晾干，保证受损管道的干燥性。

2）填平树脂填充。碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用时的第二技术流程就是将填平树脂填充在受损管道位置，例如受损输油管道的凹陷处，就需要用填平树脂进行填平处理，直至输油管道的受损位置恢复平整。在填平树脂的填充过程中，必须保证填平树脂的涂抹平整性，避免因为填充不均，造成碳纤维复合材料缠绕时存在缝隙，导致输油管道维修段的承载压力下降，影响输油管道的工作状态，使输油过程存在隐患。

3）碳纤维覆盖。在受损输油管道的填平树脂初步固化以后，就要采用碳纤维复合材料对固化后的填平树脂进行缠绕，并保证碳纤维复合材料完全对受损的输油管道覆盖，以保证维修质量，一旦出现覆盖不足的问题，就会导致受损输油管道的密闭性不足，承载压力下降，给管道的运行状态造成巨大影响。在进行碳纤维复合材料缠绕时，要根据破损情况进行科学化的缠绕厚度控制，一般情况下，碳纤维复合材料缠绕厚度要控制在8mm以上，才能够充分保证维修的质量[8]。

4）防腐处理。在受损输油管道补强区域处理完成后，还要对补强区域进行严格的防腐处理，避免补强区域因为腐蚀问题，造成二次受损的情况发生。因此，需要对补强区域落实防腐处理，保证碳纤维复合材料补强区域不会因为腐蚀问题而导致密封性下降。在补强区域防腐处理以后，将输油管道回填。

6 碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中的应用要点

在碳纤维复合材料补强技术应用在输油管道维修中时，根据其技术优势，其应用要点主要包含以下3个方面。

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，并进行常規应用就能够达到维修目的[9]。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陛和科学性，为石油资源的管道运输工作开展提供保障。

2）碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用的设计要点。在输油管道维修时，维修方案需要经过考察与研究后开展，才能够保证维修工作的质量。在输油管道维修中应用碳纤维复合材料补强技术时，就更需要对维修方案进行设计，以保证技术应用的科学性。在现阶段的碳纤维复合材料补强技术应用，可以采用有限能源数值模拟法作为碳纤维复合材料补强维修设计方案的辅助设计手段，通过对补强的科学性设计，保汪碳纤维复合材料补强技术在输油管道维修中应用的效果，降低石油企业的管道维修建设成本，提升石油企业的经济效益。

3）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[10]。

7 结语

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。

参考文献

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[10]张定金.碳纤维复合材料产业化发展和应用[J].江苏建材，2018（05）：13-16.