毕业论文课题相关文献综述

文献综述

在役工业管道由于制造缺陷、机械损伤、内外腐蚀等因素，存在着减薄、变形、泄漏、破裂等影响安全运行的隐患，一旦发生爆炸可能会带来巨大的经济损失和灾难性的后果。为确保含缺陷管道不发生因强度不足而导致破裂泄漏，可以采用补强的方式对其进行修复，从而满足管道安全运行压力，有效减少非计划停车，延长管道的使用寿命。管道修复补强的技术很多，主要分为焊接、夹具和纤维复合材料三大类，其中纤维复合材料主要是指玻璃纤维和碳纤维。碳纤维复合材料补强修复技术是20世纪90年代以后发展起来的一种高效快捷的新型补强技术。因其综合性能最优近年来在国外管道修补方面有很多成功应用的案例，我国目前已在长输油气管道和城镇燃气管道中得到应用。本文将介绍近年来本课题内的相关文献，了解最近的研究状况，以期望给本课题的研究提供必要的研究方法和理论指导。

碳纤维修复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，其基本思路是利用碳纤维材料在纤维方向的高强度特性，依靠热固性树脂基体增强，采用湿铺工艺在服役管道外包覆一个复合材料修复层，与管道形成一体，分担管道承受的内压，降低含缺陷处管道的应力水平，从而达到对管道补强的目的，以恢复管道的正常承载能力。

碳纤维是否能承担如此重任呢？作为一种新兴的管道补强技术，碳纤维复合材料补强技术已在国内众多单位输油输气管线修复工程中得到了广泛的应用。该技术采用的碳纤维材料具有优异的力学性能，抗拉强度大3500MPa，弹性模量大于200GPa。该技术通过在受腐蚀的管体外部缠绕高强度的修复材料，在不影响生产的情况下对受损管体进行强度修复，保证补强处理后的管道能够恢复其原设计运行压力，达到最佳效果。此外，该技术还具有免焊不动火，不停输，操作安全，施工人员少，无需大型设备及施工迅速等优点。

国内管道缺陷复合材料修复技术的相关研究起步较晚。刘国等在文献中报道：在对北京某主干道下的高压燃气管道实施抢修时，采用碳纤维复合材料修复技术进行管道修复，大大缓解了缺陷管壁的应力集中，使管道处于安全运行压力范围，整个抢修过程在4h内就完成了，保证了主干道及时恢复通车能力。

中国石油西部管道公司在使用碳纤维复合材料修复技术对鄯善输气站站内天然气管道缺陷进行修复时，应用了有限元数值模拟方法辅助补强设计，从而在保证有效补强基础上降低了修复成本。

李荣光针对碳纤维修复技术树脂体系存在老化、附着力下降等问题进行改进研究，提出在体系中添加偶联剂(KH一550)、增韧剂(KZ一686)等功能性助剂的措施。改进后的树脂耐温性能优异，固化度较高，树脂体系黏度降低，施工性能提高，同时兼备优良的防腐性能。

碳纤维复合材料修复补强管道具有很多优点。但据洪雨对碳纤维复合材料补强层与管道的电偶腐蚀行为进行研究后得出的结论：碳纤维复合材料用于管道补强，会引起管道发生电偶腐蚀，故在强腐蚀环境中不适合使用。因此，如何解决碳纤维复合材料带来的电偶腐蚀，从而扩大其适用范围，还需要作进一步的研究。总的说来，碳纤维复合材料补强技术是综合性能优良、具有良好应用前景的管道维修补强技术。

石油化工管道在服役过程中会受到许多因素影响而产生各种缺陷，这些缺陷的存在和发展会严重影响管道的安全性，很多服役管道已进入老龄化阶段，在石化装置大力提倡长满优运行的目标下，采用更换问题管道来满足安全运行的办法占问题管道比例还不到5％，管道缺陷修复的需求量在不断增加，使用单位每年会因此投入大量的费用，尤其因腐蚀、开裂或其他缺陷导致非计划停车时更是如此。因此，无论从安全性还是经济性考虑，寻求更快捷、更适用的修复技术显得尤为重要。

尽管各种维修方法都有其优点和局限性，但碳纤维复合材料的优点已满足管道对管体修复材料的技术要求，它作为2l世纪最具诱惑力的高性能新型纤维复合材料在管道修复方面更具广阔的应用前景，在欧美等国家的陆上及海上油气管道应用非常广泛。但是在我国碳纤维补强技术要想推广使用，还有很多方面需要攻关完善，例如研发出性能优异的修复产品以满足较宽温度范围长期稳定使用：利用有限元分析或实验室数据积累等方法准确预测内应力水平及验证修复效果；研究碳纤维复合材料与金属电偶腐蚀控制的动力学理论和有效评定方法、建立一套修复补强现场施工过程及质量验收规范及应用效果评价体系等等。

碳纤维复合材料修补补强工艺分为以下几步：