油料输送状态下管线渗漏快速修复材料技术的应用研究

文/张 帆 林 梅 李媛媛

管线是油料输送的重要手段之一，在某些场合尤其是在战役地区，管线甚至是输送油料的主要手段，因此管线在军队后勤保障中占有极其重要的战略地位。而目前的钢制油料输送管线基本上都采用碳素钢无缝钢管、直缝电阻焊钢管和螺旋焊缝钢管，其敷设一般采用地面以上或地面以下两种方式.但无论采用哪种方式，当钢制管道和周围介质接触时，由于发生化学作用或电化学作用都会引起其表面腐蚀，另外由于施工质量，不可预见外力如地震、洪水、敌人的攻击等都会对管线造成破坏，从而导致管线的渗漏。管线的渗漏不仅使油料受到损失，而且管线渗漏后渗出的油会侵蚀管线外壁，直接影响管线的使用寿命，同时油蒸气集聚一起，有引起爆炸和失火的危险。因此，管线渗漏的修复、特别是快速修复问题是一个不可忽视且必须解决的问题。

1.油料输送状态下管线渗漏快速修复的特点及要求

油料输送状态下管线渗漏的修复与空载管线的修复相比较，一般具有这几个特点：一是修复的速度快，以分甚至是用秒来计算。因为油料一直在管线中输送，如果修复的速度过慢，渗漏的油料会越来越多，如果是战时，将会引起油料短缺，以致延误战机，遭致敌人毁灭性的打击。二是修复的环境较差。油料处于泄漏状态，管线的表面油污不容易去除，清洁度较差。另外，修复难度较大。管线泄漏，周围将会积聚大量的油气，传统的修补方法和清洗方法都不能用，这将大大增加修复的难度。

鉴于油料输送状态下管线渗漏的修复具有修复快、修复环境较差、修复难度大等特点，这就要求用于修复的材料与技术必须满足这些要求：（1）固化时间短。固化时间过长，不但不能进行快速修补，反而恶化修复环境，给管线的下一步修补所需的清洁带来更大的难度。（2）耐腐蚀性好。修复材料的良好耐腐蚀性不仅能防止涂层外部腐蚀性物质侵入基体，另一方面是靠防腐填料和粘料起到对腐蚀的抑制作用，从而达到很好的修补效果。（3）粘合力和机械强度较高。粘合力和机械强度的高低直接决定了修补效果，较低，则很快被渗漏出来的油料冲掉，起不到修补的作用。（4）耐温性好。修复材料的耐温性越好，在不同的环境（低温或高温）下越不容易出现裂纹、脱落变色或分解等现象，就越能保证修复层的性能和外观，起到很好的修复效果。（5）线膨胀系数较小。线膨胀系数越小，越能接近金属的线膨胀系数，就更能适应不同环境变化的金属部件的快速修复。

2.油料输送状态下管线快速修复材料技术的应用现状

油料输送状态下对管线的修复有比较高的要求，如果用传统的焊补、更换管线等方法，不仅维修时间长，安全隐患大，更不能达到快速修复的目的。因此，油料输送状态下管线的修复越来越引起人们的重视，更是油气储运方向研究的重点内容之一。目前已经发展起来的快速修复技术主要有冷焊技术、管线封堵、更换腐蚀管段、分输改造等[1]，对油料输送状态下管线的修复具有一定的作用，下面就具体分析国内外常用的油料输送状态下管线快速修复材料技术的研究和应用现状。

2.1 冷焊技术

冷焊技术也称化学粘合技术，该技术是将高分子聚合物与特殊填料（如石墨、二硫化钼、金属粉末、陶瓷粉末和纤维）组成的复合材料胶粘剂直接涂敷于材料、零件表面，使材料、零件表面具有某些特殊功能的一种表面强化和修补的方法。因其不用加热就能将设备修补好，因此称为冷焊或分子焊接修复技术[2]。这种复合材料主要有德国的美特铁系列快速修补材料、美国贝尔佐纳系列快速修补产品、我国装甲兵工程学院研制的TG系列超金属修补剂以及我国自行研制的TS系列快速修补材料[3]。这些材料都能成功地用于石油、化工、机械以及军事装备等领域。对比了这几种快速修补材料，美特铁快速材料对于油料输送状态下管线泄漏的快速修复更为合适。因此本文只介绍美特铁快速修补材料。

美特铁快速修补材料是由一系列高分子聚合物与具有特殊功能的金属、高技术陶瓷组成的复合材料，具有粘接强度好、耐磨性好、耐腐蚀性好、耐热性好、固化时间短等特点[2]。另外美特铁快速修补材料的线膨胀系数（5.1×10-6）与金属材料的线膨胀系数[（10-20）×10-6]非常接近，因此美特铁快速修补可以适用于各种环境温度变化的金属部件的修复和保护。更为重要的是美特铁快速修补材料修复时不需要准备干燥清洁的金属表面，只是在修复时为提高粘接强度，需用砂轮、砂纸、钢丝刷方法将带油的被粘接表面打磨至金属本体，对被粘接表面进行了适当的粗化，不需要去除油污，因此可在油中和水中等恶劣环境中即可进行直接粘接。整个修复过程时间较短，部分固化在常温下只需15分钟，完全固化也只需24小时[4]。美特铁快速修复材料对油料输送状态下管线任何部位的泄漏都可进行快速修复，特别是连接处等复杂地方的快速修复都比较有效。

2.2 管线封堵技术

对于油料输送状态下渗漏管线修复采取的管线封堵技术，指的是通常所说的不停输封堵技术，简称管线封堵技术。管线封堵技术通常采用管线不停输封堵技术与设备，先将待修复管线段两端分别用旁通管接通，以旁通线输送介质，然后封堵待修复管线，该管线可进行任意改造施工作业，待新管段与该管线连头后，解除封堵，切换至新管段正常输送，最后将旁通撤除。管线封堵技术在现有管线上加装装置或对管线进行分输改造时，管线不发生停输，同时不用更换管段，同时又不产生大量资源浪费，大大减少了经济损失。

管线封堵技术的修补过程是：首先为便于管线修复需要开挖封堵作业坑，作业坑深度以距离底700mm为宜，确定好开孔位置后就可在运行管线上焊接（或机械连接）4个对开三通（其中两侧为旁通三通，中间2个为封堵三通），三通上加装夹板阀（专用阀），夹板上安装开孔机，这样开孔机、三明治阀、三通形成一个密闭腔体，然后利用动力源（液压或气动）进行全密闭开孔，随机带出切割下的鞍型板，从而完成带压开孔过程。关闭夹板阀后，拆除开孔机。然后，在旁通三通夹板阀上连接旁通线，并导通输送介质，从而实现干线旁通线同时输送介质。此时，安装封堵器到封堵三通夹板阀上，并以机械手段下封堵头，从而实现被抢修管段输送介质停止流动，全部介质走旁通线，然后达到油料输送状态下管线快速修复的目的。

2.3 夹具（管卡）修复法

夹具修复法的修复过程是：先将夹具扣在管道穿孔附近，然后，穿上螺栓以用力能使卡具左右移动为宜，在腐蚀穿孔处垫上聚四氟乙烯密封垫后将卡具慢慢移动至穿孔部位，上紧螺栓固定。操作中用钢锤轻轻敲击卡具，使密封垫嵌入漏点内，完成堵漏。夹具修复法具有不停输、不放散、不动火、省时、省力费用低等特点，但是夹具需要根据修复的部位进行专门的设计和制作，所以修复时间相对较长，并且费用相对较高。另外，采用聚四氟乙烯作为密封材料势必会在使用一定周期后出现密封材料老化、回弹力下降等问题，因此，采用此方法不能从根本上消除泄漏。

2.4 填塞焊管箍堵漏法

填塞焊管箍堵漏法的操作原理是根据泄漏点的大小、形状削出前细后粗长约60～100mm的木楔，用手锤将木楔子打入漏孔上，后将事先备好的管箍套于木楔外，与管道进行焊接，焊接完成后锯掉木楔的出头，拧紧丝堵。堵漏作业完成。填塞焊管箍堵漏法具有不停气、不降压等优点，与夹具堵漏法相比较更省时、省力、省费用。一般用于孔洞较大的堵漏。其缺点是由于采用丝扣连接，长时间使用易出现丝扣连接处密封材料老化、龟裂、塑性变形及回弹力下降，致使其与丝扣之间密合不严再度发生泄漏。

2.5 引流、压盖堵漏法

引流、压盖堵漏法的原理是根据孔洞的大小打上木楔(方法与填塞打水楔方法相同)，然后将压盖套于木模外使压盖与管道贴紧。将引流管与压盖接好，将泄漏的燃气引出作业坑，进行压盖与管道焊接，待焊接完成后，卸下引流管，锯掉木楔出头，拧紧丝堵。引流、压盖堵漏法适用于压力较高、孔洞较大的泄漏，该方法具有操作简便、省时、省力等优点。其缺点是成本较高，同样具有丝扣连接所固有的缺陷。

2.6 钢带焊接堵漏法

钢带焊接堵漏法的操作原理是：首先在泄漏点处备上木楔，然后将HT-19W 密封胶迅速垫于泄漏点，将预先备好的钢板放置泄露处后，将事先备好的钢带包在管道上，钢带的两端从不同方向穿在紧圈中，内面一端钢带应事先在钳台上弯折成L型，并使紧圈上的紧固螺钉放在钢带以外，以不滑脱、不妨碍焊接为准。外面的一端钢带穿在扎带工具上，首先将钢带放置在夹刃槽中，然后把钢带放置在夹持槽中，扳动夹持手柄加紧钢带。用手或工具自然压紧钢带的另一端，迅速转动扎紧手柄，使夹持机构随螺杆上升，从而拉紧钢带。当钢带拉紧到一定程度，然后迅速转动扎紧手柄，将紧圈上的紧固螺钉拧紧。其目的就是利用挤压力制止泄漏后进行钢板与管道焊接作业，从根本上制止管道的泄漏。采用钢带焊接堵漏法，方法简单，适用于壁薄、腐蚀严重的工况条件。但该方法抢修作业时间长，成本较高。

2.7 纤维复合材料维修技术

纤维复合材料类型维修技术的主要思路是利用纤维材料在纤维方向的高强度特性，利用粘结树脂在服役管道外边包覆一个复合材料修复管道层，来恢复含缺陷管道的服役强度。其优点是不在服役管道上进行焊接，避免了焊穿和发生氢脆、冷脆的风险性。这类方法进行修复补强的费用在焊接修复方法和夹具修复方法之间，其综合性能价格比在三种类型之间是最好的。这种修复方法适用于各种体积型腐蚀缺陷修补，不适合于裂纹型缺陷。

比较这七种修复材料技术，可以看出比较适合油料输送状态下管线渗漏的快速修复的要求是冷焊技术。冷焊修复技术修复时间短，对待修复表面的清洁度要求不高，不需要完全地清理油污。

3.油料输送状态下管线快速修复技术的发展趋势

针对油料输送状态下管线渗漏的问题虽然已经提出和发展了一些快速修补材料和技术，但目前对这方面的研究还不够深入和系统化，主要体现在：（1）修补时间有待进一步缩短，因为在战时油料输送状态下管线渗漏的修复是以秒来计算的，这就需要研制出固化时间更短、修复时间更短的快速修复方法；（2）从前面分析可知，冷焊技术对油料输送状态下管线渗漏的快速修补更为有利，但其适用条件和工艺方法还有待进一步的优化，以更好地达到快速修复的目的。

1.郑贤斌，在役老龄管线修复技术问题探讨，工业安全与环保，2007年第33卷第5期

2.姚在桐、温洪钡编著，带压堵漏技术问答，北京：中国石化出版社，2002

3.林梅等，储油状态下油罐渗漏冷焊技术快速修补的研究进展，石油库与加油站，2007年第3期

4.林梅等，美特铁在油料储存状态下油罐渗漏战场抢修的应用研究，石油库与加油站，2010年第6期