[實用新型]一種碳纖維復合材料止裂器

有效

• 申請號: 201521089624.1
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN205298944U
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 池強;李鶴;馬衛鋒;胡美娟;張繼明;楊坤;張偉衛;黃呈帥;王鵬;齊麗華
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所
• 主分類號: F16L55/16
• 分類號: F16L55/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 岳培華

技術領域

本實用新型屬于油氣輸送管道斷裂控制領域，涉及一種主要用于阻止高級別管線鋼管道延 性裂紋的長程擴展的止裂器，具體涉及一種碳纖維復合材料止裂器。

背景技術

天然氣是一種清潔能源，也是一種易燃、易爆的危險介質，通常采用管道運輸，管道運輸 具有運輸量大、連續、迅速、經濟、安全可靠的特點。管道在長期服役過程中，由于受到地層 壓力、腐蝕、疲勞、外部機械損傷等作用，造成管道開裂、泄漏等事故發生。高壓天然氣管道 一旦長程開裂將造成災巨大難和損失，因此必須保證管道的安全性。未來10至20年，我國對 潔凈能源天然氣的需求將繼續保持強勁增長勢頭，為了提高管道運輸的經濟性，天然氣管道的 發展趨勢是高鋼級、高壓、大口徑、大壁厚、大輸量，以提高輸送效率，降低建設成本，滿足 日益增長的市場需求。我國天然氣管道用管線鋼管近年來發展非常快，X70級別鋼管在西氣東 輸一線成功應用，西氣東輸二線管道工程大規模采用X80級別的鋼管。目前我國正在積極研 發X90、X100等高級別管線鋼的工程應用問題。

天然氣輸送管道鋼級、管徑、設計系數的提高以及高壓、富氣輸送工藝的采用，大大提高 了運營效益，同時給管道安全也提出了更高的要求。輸氣管道一旦開裂，管內高壓氣體并不能 立刻排空，而是由斷裂點向兩側各產生一個減壓波并向兩遠端傳播。由于氣體減壓波速低于裂 紋擴展速度，裂紋尖端就會持續的保持高應力狀態，裂紋也會持續的高速擴展，容易導致輸氣 管道延性裂紋的長程擴展問題，輸氣管道通常呈延性斷裂特征。管材的止裂韌性是材料抵抗延 性裂紋擴展能力的度量，然而對于高級別管線鋼(X90及以上)，現有的全尺寸氣體爆破試驗 結果表明，其難以依靠自身韌性進行止裂，這已經成為嚴重威脅管線安全并制約高級別管線鋼 應用的瓶頸問題。

當管線鋼自身的韌性不能保證阻止延性裂紋擴展時，需采用一些外部機械裝置，即止裂器 (CrackArrestor)來預防、阻止管道的延性裂紋長距離擴展。止裂器有不同的形態，根據在輸 氣管道上的安裝方法不同可以分為兩類：整體止裂器和非整體止裂器。整體止裂器通常由不同 于主管道力學性能和幾何尺寸的厚壁或高韌性管段或管環組成，成為管道的一部分。非整體止 裂器主要分為鋼套筒止裂器和纖維復合材料纏繞帶止裂器，鋼套筒止裂器又分為緊套筒、松套 筒或灌漿套筒止裂器。

在已有的管線上安裝整體止裂器需要對管線進行切割和重新焊接，耗費時間且成本高。此 外，生產高韌性厚壁鋼管存在工藝技術困難，需考慮不同級別和壁厚的鋼管的匹配和焊接可行 性問題。

鋼套筒止裂器雖被認為是非整體止裂器，但其安裝容易程度不如纖維復合材料纏繞帶止裂 器，尤其是安裝在已有的管線上，鋼套筒止裂器需要對管線進行切割和重新焊接。

整體止裂器和鋼套筒止裂器常用于新建管線，通常在管線鋪設前安裝止裂器。對于已建管 線和新建管線，可選用纖維復合材料止裂器，自重輕，安裝比較簡單，不需對管線進行切割和 重新焊接，節省時間，安裝過程中輸氣服務不中斷，耐化學腐蝕。

此外，止裂器應促進裂紋柔性止裂，突然止裂會導致裂紋在進入時產生環切(ringoff)現 象，鋼管沿環向開裂，從而使鋼管被沖出溝槽，對管線和周圍環境造成嚴重后果。

要實現裂紋柔性止裂可通過避免斷裂阻力的突然增加，如局部壁厚的突然增加或者對裂口 兩側的約束作用突然增加。可通過改變止裂器兩端口的形狀，使止裂器的厚度逐漸增加，對裂 紋提供逐漸增加的約束作用。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種碳纖維復合材料止裂器，該碳纖維復合材料止裂器能夠有 效阻止高級別管線鋼管道延性裂紋的長程擴展，能夠實現延性斷裂的柔性止裂。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案為：

一種碳纖維復合材料止裂器，該碳纖維復合材料止裂器由碳纖維止裂器主體和包裹在碳纖 維止裂器主體外表面的冷纏帶構成，其中碳纖維止裂器主體由若干層滲透有碳纖維布膠粘劑的 碳纖維布逐層纏繞并固化成型后得到，碳纖維止裂器主體的形狀為圓筒形，其兩端設有坡口， 且其內徑與管材的外徑相匹配。

所述的碳纖維復合材料止裂器的長度為1～1.5m。

所述的碳纖維復合材料止裂器的厚度為管材壁厚的1～1.5倍。

所述的碳纖維復合材料止裂器兩端的坡口的角度為20～45°。