油料輸送狀態(tài)下管線滲漏快速修復(fù)材料技術(shù)的應(yīng)用研究

文/張 帆 林 梅 李媛媛

管線是油料輸送的重要手段之一，在某些場(chǎng)合尤其是在戰(zhàn)役地區(qū)，管線甚至是輸送油料的主要手段，因此管線在軍隊(duì)后勤保障中占有極其重要的戰(zhàn)略地位。而目前的鋼制油料輸送管線基本上都采用碳素鋼無(wú)縫鋼管、直縫電阻焊鋼管和螺旋焊縫鋼管，其敷設(shè)一般采用地面以上或地面以下兩種方式.但無(wú)論采用哪種方式，當(dāng)鋼制管道和周圍介質(zhì)接觸時(shí)，由于發(fā)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用都會(huì)引起其表面腐蝕，另外由于施工質(zhì)量，不可預(yù)見(jiàn)外力如地震、洪水、敵人的攻擊等都會(huì)對(duì)管線造成破壞，從而導(dǎo)致管線的滲漏。管線的滲漏不僅使油料受到損失，而且管線滲漏后滲出的油會(huì)侵蝕管線外壁，直接影響管線的使用壽命，同時(shí)油蒸氣集聚一起，有引起爆炸和失火的危險(xiǎn)。因此，管線滲漏的修復(fù)、特別是快速修復(fù)問(wèn)題是一個(gè)不可忽視且必須解決的問(wèn)題。

1.油料輸送狀態(tài)下管線滲漏快速修復(fù)的特點(diǎn)及要求

油料輸送狀態(tài)下管線滲漏的修復(fù)與空載管線的修復(fù)相比較，一般具有這幾個(gè)特點(diǎn)：一是修復(fù)的速度快，以分甚至是用秒來(lái)計(jì)算。因?yàn)橛土弦恢痹诠芫€中輸送，如果修復(fù)的速度過(guò)慢，滲漏的油料會(huì)越來(lái)越多，如果是戰(zhàn)時(shí)，將會(huì)引起油料短缺，以致延誤戰(zhàn)機(jī)，遭致敵人毀滅性的打擊。二是修復(fù)的環(huán)境較差。油料處于泄漏狀態(tài)，管線的表面油污不容易去除，清潔度較差。另外，修復(fù)難度較大。管線泄漏，周圍將會(huì)積聚大量的油氣，傳統(tǒng)的修補(bǔ)方法和清洗方法都不能用，這將大大增加修復(fù)的難度。

鑒于油料輸送狀態(tài)下管線滲漏的修復(fù)具有修復(fù)快、修復(fù)環(huán)境較差、修復(fù)難度大等特點(diǎn)，這就要求用于修復(fù)的材料與技術(shù)必須滿足這些要求：（1）固化時(shí)間短。固化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不但不能進(jìn)行快速修補(bǔ)，反而惡化修復(fù)環(huán)境，給管線的下一步修補(bǔ)所需的清潔帶來(lái)更大的難度。（2）耐腐蝕性好。修復(fù)材料的良好耐腐蝕性不僅能防止涂層外部腐蝕性物質(zhì)侵入基體，另一方面是靠防腐填料和粘料起到對(duì)腐蝕的抑制作用，從而達(dá)到很好的修補(bǔ)效果。（3）粘合力和機(jī)械強(qiáng)度較高。粘合力和機(jī)械強(qiáng)度的高低直接決定了修補(bǔ)效果，較低，則很快被滲漏出來(lái)的油料沖掉，起不到修補(bǔ)的作用。（4）耐溫性好。修復(fù)材料的耐溫性越好，在不同的環(huán)境（低溫或高溫）下越不容易出現(xiàn)裂紋、脫落變色或分解等現(xiàn)象，就越能保證修復(fù)層的性能和外觀，起到很好的修復(fù)效果。（5）線膨脹系數(shù)較小。線膨脹系數(shù)越小，越能接近金屬的線膨脹系數(shù)，就更能適應(yīng)不同環(huán)境變化的金屬部件的快速修復(fù)。

2.油料輸送狀態(tài)下管線快速修復(fù)材料技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

油料輸送狀態(tài)下對(duì)管線的修復(fù)有比較高的要求，如果用傳統(tǒng)的焊補(bǔ)、更換管線等方法，不僅維修時(shí)間長(zhǎng)，安全隱患大，更不能達(dá)到快速修復(fù)的目的。因此，油料輸送狀態(tài)下管線的修復(fù)越來(lái)越引起人們的重視，更是油氣儲(chǔ)運(yùn)方向研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。目前已經(jīng)發(fā)展起來(lái)的快速修復(fù)技術(shù)主要有冷焊技術(shù)、管線封堵、更換腐蝕管段、分輸改造等[1]，對(duì)油料輸送狀態(tài)下管線的修復(fù)具有一定的作用，下面就具體分析國(guó)內(nèi)外常用的油料輸送狀態(tài)下管線快速修復(fù)材料技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

2.1 冷焊技術(shù)

冷焊技術(shù)也稱化學(xué)粘合技術(shù)，該技術(shù)是將高分子聚合物與特殊填料（如石墨、二硫化鉬、金屬粉末、陶瓷粉末和纖維）組成的復(fù)合材料膠粘劑直接涂敷于材料、零件表面，使材料、零件表面具有某些特殊功能的一種表面強(qiáng)化和修補(bǔ)的方法。因其不用加熱就能將設(shè)備修補(bǔ)好，因此稱為冷焊或分子焊接修復(fù)技術(shù)[2]。這種復(fù)合材料主要有德國(guó)的美特鐵系列快速修補(bǔ)材料、美國(guó)貝爾佐納系列快速修補(bǔ)產(chǎn)品、我國(guó)裝甲兵工程學(xué)院研制的TG系列超金屬修補(bǔ)劑以及我國(guó)自行研制的TS系列快速修補(bǔ)材料[3]。這些材料都能成功地用于石油、化工、機(jī)械以及軍事裝備等領(lǐng)域。對(duì)比了這幾種快速修補(bǔ)材料，美特鐵快速材料對(duì)于油料輸送狀態(tài)下管線泄漏的快速修復(fù)更為合適。因此本文只介紹美特鐵快速修補(bǔ)材料。

美特鐵快速修補(bǔ)材料是由一系列高分子聚合物與具有特殊功能的金屬、高技術(shù)陶瓷組成的復(fù)合材料，具有粘接強(qiáng)度好、耐磨性好、耐腐蝕性好、耐熱性好、固化時(shí)間短等特點(diǎn)[2]。另外美特鐵快速修補(bǔ)材料的線膨脹系數(shù)（5.1×10-6）與金屬材料的線膨脹系數(shù)[（10-20）×10-6]非常接近，因此美特鐵快速修補(bǔ)可以適用于各種環(huán)境溫度變化的金屬部件的修復(fù)和保護(hù)。更為重要的是美特鐵快速修補(bǔ)材料修復(fù)時(shí)不需要準(zhǔn)備干燥清潔的金屬表面，只是在修復(fù)時(shí)為提高粘接強(qiáng)度，需用砂輪、砂紙、鋼絲刷方法將帶油的被粘接表面打磨至金屬本體，對(duì)被粘接表面進(jìn)行了適當(dāng)?shù)拇只?，不需要去除油污，因此可在油中和水中等惡劣環(huán)境中即可進(jìn)行直接粘接。整個(gè)修復(fù)過(guò)程時(shí)間較短，部分固化在常溫下只需15分鐘，完全固化也只需24小時(shí)[4]。美特鐵快速修復(fù)材料對(duì)油料輸送狀態(tài)下管線任何部位的泄漏都可進(jìn)行快速修復(fù)，特別是連接處等復(fù)雜地方的快速修復(fù)都比較有效。

2.2 管線封堵技術(shù)

對(duì)于油料輸送狀態(tài)下滲漏管線修復(fù)采取的管線封堵技術(shù)，指的是通常所說(shuō)的不停輸封堵技術(shù)，簡(jiǎn)稱管線封堵技術(shù)。管線封堵技術(shù)通常采用管線不停輸封堵技術(shù)與設(shè)備，先將待修復(fù)管線段兩端分別用旁通管接通，以旁通線輸送介質(zhì)，然后封堵待修復(fù)管線，該管線可進(jìn)行任意改造施工作業(yè)，待新管段與該管線連頭后，解除封堵，切換至新管段正常輸送，最后將旁通撤除。管線封堵技術(shù)在現(xiàn)有管線上加裝裝置或?qū)芫€進(jìn)行分輸改造時(shí)，管線不發(fā)生停輸，同時(shí)不用更換管段，同時(shí)又不產(chǎn)生大量資源浪費(fèi)，大大減少了經(jīng)濟(jì)損失。

管線封堵技術(shù)的修補(bǔ)過(guò)程是：首先為便于管線修復(fù)需要開(kāi)挖封堵作業(yè)坑，作業(yè)坑深度以距離底700mm為宜，確定好開(kāi)孔位置后就可在運(yùn)行管線上焊接（或機(jī)械連接）4個(gè)對(duì)開(kāi)三通（其中兩側(cè)為旁通三通，中間2個(gè)為封堵三通），三通上加裝夾板閥（專用閥），夾板上安裝開(kāi)孔機(jī)，這樣開(kāi)孔機(jī)、三明治閥、三通形成一個(gè)密閉腔體，然后利用動(dòng)力源（液壓或氣動(dòng)）進(jìn)行全密閉開(kāi)孔，隨機(jī)帶出切割下的鞍型板，從而完成帶壓開(kāi)孔過(guò)程。關(guān)閉夾板閥后，拆除開(kāi)孔機(jī)。然后，在旁通三通夾板閥上連接旁通線，并導(dǎo)通輸送介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)干線旁通線同時(shí)輸送介質(zhì)。此時(shí)，安裝封堵器到封堵三通夾板閥上，并以機(jī)械手段下封堵頭，從而實(shí)現(xiàn)被搶修管段輸送介質(zhì)停止流動(dòng)，全部介質(zhì)走旁通線，然后達(dá)到油料輸送狀態(tài)下管線快速修復(fù)的目的。

2.3 夾具（管卡）修復(fù)法

夾具修復(fù)法的修復(fù)過(guò)程是：先將夾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動(dòng)為宜，在腐蝕穿孔處墊上聚四氟乙烯密封墊后將卡具慢慢移動(dòng)至穿孔部位，上緊螺栓固定。操作中用鋼錘輕輕敲擊卡具，使密封墊嵌入漏點(diǎn)內(nèi)，完成堵漏。夾具修復(fù)法具有不停輸、不放散、不動(dòng)火、省時(shí)、省力費(fèi)用低等特點(diǎn)，但是夾具需要根據(jù)修復(fù)的部位進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)和制作，所以修復(fù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，并且費(fèi)用相對(duì)較高。另外，采用聚四氟乙烯作為密封材料勢(shì)必會(huì)在使用一定周期后出現(xiàn)密封材料老化、回彈力下降等問(wèn)題，因此，采用此方法不能從根本上消除泄漏。

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據(jù)泄漏點(diǎn)的大小、形狀削出前細(xì)后粗長(zhǎng)約60～100mm的木楔，用手錘將木楔子打入漏孔上，后將事先備好的管箍套于木楔外，與管道進(jìn)行焊接，焊接完成后鋸掉木楔的出頭，擰緊絲堵。堵漏作業(yè)完成。填塞焊管箍堵漏法具有不停氣、不降壓等優(yōu)點(diǎn)，與夾具堵漏法相比較更省時(shí)、省力、省費(fèi)用。一般用于孔洞較大的堵漏。其缺點(diǎn)是由于采用絲扣連接，長(zhǎng)時(shí)間使用易出現(xiàn)絲扣連接處密封材料老化、龜裂、塑性變形及回彈力下降，致使其與絲扣之間密合不嚴(yán)再度發(fā)生泄漏。

2.5 引流、壓蓋堵漏法

引流、壓蓋堵漏法的原理是根據(jù)孔洞的大小打上木楔(方法與填塞打水楔方法相同)，然后將壓蓋套于木模外使壓蓋與管道貼緊。將引流管與壓蓋接好，將泄漏的燃?xì)庖鲎鳂I(yè)坑，進(jìn)行壓蓋與管道焊接，待焊接完成后，卸下引流管，鋸掉木楔出頭，擰緊絲堵。引流、壓蓋堵漏法適用于壓力較高、孔洞較大的泄漏，該方法具有操作簡(jiǎn)便、省時(shí)、省力等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是成本較高，同樣具有絲扣連接所固有的缺陷。

2.6 鋼帶焊接堵漏法

鋼帶焊接堵漏法的操作原理是：首先在泄漏點(diǎn)處備上木楔，然后將HT-19W 密封膠迅速墊于泄漏點(diǎn)，將預(yù)先備好的鋼板放置泄露處后，將事先備好的鋼帶包在管道上，鋼帶的兩端從不同方向穿在緊圈中，內(nèi)面一端鋼帶應(yīng)事先在鉗臺(tái)上彎折成L型，并使緊圈上的緊固螺釘放在鋼帶以外，以不滑脫、不妨礙焊接為準(zhǔn)。外面的一端鋼帶穿在扎帶工具上，首先將鋼帶放置在夾刃槽中，然后把鋼帶放置在夾持槽中，扳動(dòng)夾持手柄加緊鋼帶。用手或工具自然壓緊鋼帶的另一端，迅速轉(zhuǎn)動(dòng)扎緊手柄，使夾持機(jī)構(gòu)隨螺桿上升，從而拉緊鋼帶。當(dāng)鋼帶拉緊到一定程度，然后迅速轉(zhuǎn)動(dòng)扎緊手柄，將緊圈上的緊固螺釘擰緊。其目的就是利用擠壓力制止泄漏后進(jìn)行鋼板與管道焊接作業(yè)，從根本上制止管道的泄漏。采用鋼帶焊接堵漏法，方法簡(jiǎn)單，適用于壁薄、腐蝕嚴(yán)重的工況條件。但該方法搶修作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，成本較高。

2.7 纖維復(fù)合材料維修技術(shù)

纖維復(fù)合材料類型維修技術(shù)的主要思路是利用纖維材料在纖維方向的高強(qiáng)度特性，利用粘結(jié)樹(shù)脂在服役管道外邊包覆一個(gè)復(fù)合材料修復(fù)管道層，來(lái)恢復(fù)含缺陷管道的服役強(qiáng)度。其優(yōu)點(diǎn)是不在服役管道上進(jìn)行焊接，避免了焊穿和發(fā)生氫脆、冷脆的風(fēng)險(xiǎn)性。這類方法進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的費(fèi)用在焊接修復(fù)方法和夾具修復(fù)方法之間，其綜合性能價(jià)格比在三種類型之間是最好的。這種修復(fù)方法適用于各種體積型腐蝕缺陷修補(bǔ)，不適合于裂紋型缺陷。

比較這七種修復(fù)材料技術(shù)，可以看出比較適合油料輸送狀態(tài)下管線滲漏的快速修復(fù)的要求是冷焊技術(shù)。冷焊修復(fù)技術(shù)修復(fù)時(shí)間短，對(duì)待修復(fù)表面的清潔度要求不高，不需要完全地清理油污。

3.油料輸送狀態(tài)下管線快速修復(fù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)油料輸送狀態(tài)下管線滲漏的問(wèn)題雖然已經(jīng)提出和發(fā)展了一些快速修補(bǔ)材料和技術(shù)，但目前對(duì)這方面的研究還不夠深入和系統(tǒng)化，主要體現(xiàn)在：（1）修補(bǔ)時(shí)間有待進(jìn)一步縮短，因?yàn)樵趹?zhàn)時(shí)油料輸送狀態(tài)下管線滲漏的修復(fù)是以秒來(lái)計(jì)算的，這就需要研制出固化時(shí)間更短、修復(fù)時(shí)間更短的快速修復(fù)方法；（2）從前面分析可知，冷焊技術(shù)對(duì)油料輸送狀態(tài)下管線滲漏的快速修補(bǔ)更為有利，但其適用條件和工藝方法還有待進(jìn)一步的優(yōu)化，以更好地達(dá)到快速修復(fù)的目的。

1.鄭賢斌，在役老齡管線修復(fù)技術(shù)問(wèn)題探討，工業(yè)安全與環(huán)保，2007年第33卷第5期

2.姚在桐、溫洪鋇編著，帶壓堵漏技術(shù)問(wèn)答，北京：中國(guó)石化出版社，2002

3.林梅等，儲(chǔ)油狀態(tài)下油罐滲漏冷焊技術(shù)快速修補(bǔ)的研究進(jìn)展，石油庫(kù)與加油站，2007年第3期

4.林梅等，美特鐵在油料儲(chǔ)存狀態(tài)下油罐滲漏戰(zhàn)場(chǎng)搶修的應(yīng)用研究，石油庫(kù)與加油站，2010年第6期