粘接技术在翻衬玻璃钢修复管道上的应用

樊三新，林春文

(大庆油田工程建设有限公司天宇设计院，黑龙江 大庆 163453)

大庆油田工程建设有限公司自主研发的“埋地管道不开挖内翻衬玻璃钢修复技术”于2011 年4 月27 日通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。并于2012 年10 月获得中国施工企业技术创新成果一等奖。该技术取得的技术创新成果拥有自主知识产权，整体技术达到国内领先水平，其中小口径管道内翻衬核心技术达到国际先进水平并填补国内空白，应用前景广阔。

1 翻转法内衬玻璃钢修复管道的原理

将带有防渗透层并浸透胶粘剂的纤维增强软管作为衬管材料，将被修管道作为内衬管的翻衬通道和成型模板，用水压(或气压)将软管反翻并送入管道内，使软管的浸胶层朝外贴于管道内壁，防渗透层朝里成为新的管道内壁表面，用加热(或室温)固化法使衬管的胶粘剂固化与原管道构成钢塑复合管，原管道起围护支撑作用，衬里层起防腐作用。

简而言之，就是通过胶粘剂把被修管段和玻璃钢管复合成一个整体。玻璃钢管起两个作用，一是将原本处在腐蚀性介质中的钢管与腐蚀性介质隔开，使钢管不再受介质腐蚀;二是对钢管因腐蚀而损坏部位进行修补和加强，使管道的强度得到恢复，达到可以继续使用的目的。

2 粘接机理

把两种固体材料表面连接在一起的媒介物质统称胶粘剂。通过胶粘剂的粘接力使两个固体表面连接的方法叫粘接，被粘接的固体材料叫被粘物。

粘接力是胶粘剂与被粘物表面之间通过界面相互吸引和连接的力。粘接力的产生不仅取决于胶粘剂和被粘物表面结构与状态，而且和粘接过程的工艺条件密切相关。

2.1 粘接力的构成

粘接力包括:化学键力、分子间的作用力、界面静电引力、机械作用力。

2.2 粘接的基本条件

任何两种物质的分子(或原子)互相靠近时，由于化学键力或次价键力的作用，使两分子产生吸附引力。这种吸附引力产生的条件是分子或原子之间必须充分靠近，即它们的相互距离必须处于引力场的范围内。一般说，引力场作用范围内不超过10 A，能产生最强吸引力为3～5 A。

3 设计粘接结构应考虑的因素

3.1 胶粘剂

在粘接过程中胶粘剂必须易于流动，通过流动为分子接触提高机会，从这个角度来说胶粘剂粘度低些比较好。在实际工艺上又要求胶粘剂有较高的初始粘接力和最终的内聚力，也就是说既要考虑施工的方便性，又要考虑最终的粘接强度。

3.2 被粘接物

为使被粘接物与胶粘剂分子充分靠近，被粘接物表面必须清洁，胶粘剂能够自动地在被粘接物表面充分均匀地散开。

3.3 粘接工艺

在实施粘接过程中必须保证胶粘剂分子和被粘接物分子充分靠近(需要施加外力)。

4 粘接技术的应用

4.1 材料研究

玻璃钢防腐衬里是以合成聚酯为粘接剂，化学纤维及其制品为增强材料制成的复合材料。

4.1.1 胶粘剂

在研究胶粘剂时，一方面考虑修复管道的实际需要，另一方面考虑粘接工艺要求，因此认为胶粘剂应具有无溶剂、低粘度，较高最终内聚力;与钢管接近的线胀系数，并能在室温和潮湿环境下自然固化为特点的合成树脂。

在环氧树脂基础上进行改性研究，研制成了混合型胶粘剂。该胶粘剂集环氧树脂、聚氨酯和不饱和树脂优点于一身的“乙烯基酯树脂”。

4.1.2 玻璃钢软管

玻璃钢软管由机编无缝管坯和外敷防渗透层组成。管坯采用与“乙烯基酯”胶粘剂亲和性好的涤纶纤维采用单线斜纹编织，质地柔软，带有绒毛，能容纳足够数量的胶粘剂，增强了胶粘剂对软管的浸透性。

4.1.3 钢管内壁表面处理

除掉附着在管壁上的全部松动的结垢物和锈蚀物，除锈质量达到St3 级以上，并排除水份和油膜。

4.2 管道内衬玻璃钢工艺研究

4.2.1 内衬玻璃钢软管方案选择

在玻璃钢软管内衬方案上研制了专用软管翻转器，选择以压缩空气为动力翻转内衬工艺。该工艺具有以下特点:一是翻衬时玻璃钢软管和钢管内壁无相对滑动，不损坏软管，特别是能将空气排除，便于胶粘剂与钢管内壁表面充分接触。二是翻衬时能自动修补钢管内因腐蚀而造成的穿孔和缺陷。修复现场照片见图1。

图1 修复现场照片

4.2.2 玻璃钢衬管固化定型

为了使胶粘剂和被粘物表面充分接触，在钢管内衬玻璃钢软管后将钢管两头封堵，然后打气压至0.3～0.5 MPa，在压力作用下胶粘剂渗透到被粘物界面区各部位和缝隙中，与被粘物充分接触，促进胶粘剂固化。经10～24 h 胶粘剂自然固化，玻璃钢管定型完成与被修钢管构成钢塑复合管，在钢管内形成连续完整的玻璃钢防腐衬层。玻璃钢软管与钢管定型效果见图2。

图2 玻璃钢软管与钢管定型效果

5 结束语

管道翻衬玻璃钢修复技术经超过3 a 的技术攻关，已形成一系列的管道修复施工工艺和配套施工机具，实现了低碳、环保、安全、节能和低成本的目标。具有适用管径范围广，翻转压力低，翻衬距离长，修复成本低，环境污染少，经济和社会效益高等特点，拥有13 项国家专利，其中发明专利5 项。2008 年起先后在大庆油田采油五厂杏南二十一、七厂葡三联、植物圆、九厂龙虎泡作业区、十厂，物业公司等单位的掺水管线，油管线，水管线的修复中应用都取得了良好效果，为大面积推广奠定了基础。