[發(fā)明專利]一種基于納米鎳鐵合金箔的穿越活動(dòng)斷層區(qū)管道增強(qiáng)圈

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610038448.1
• 申請(qǐng)日: 2016-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN105715909A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳嚴(yán)飛;婁方宇;張宏;李勐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)（北京）
• 主分類號(hào): F16L57/02
• 分類號(hào): F16L57/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種管道增強(qiáng)圈，具體是一種基于納米鎳鐵合金箔的穿越活動(dòng)斷層區(qū)管道增強(qiáng)圈。

背景技術(shù)

石油與天然氣作為重要的化石燃料，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國(guó)家能源安全具有重要意義，其在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占了非常大的比例。伴隨著國(guó)家工業(yè)的快速發(fā)展，石油天然氣資源的需求量與日俱增，開發(fā)我國(guó)現(xiàn)有油氣藏、從國(guó)外進(jìn)口石油天然氣的必要性不言而喻。管道運(yùn)輸具有運(yùn)輸量大、占地少、安全可靠、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理、連續(xù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是石油天然氣運(yùn)輸方式的理想選擇。然而在管道路由選擇及建設(shè)過程中，常無法避免穿越活動(dòng)斷層區(qū)。斷層是由于地殼運(yùn)動(dòng)中強(qiáng)大的壓力和拉力超過了巖層本身強(qiáng)度，對(duì)巖石產(chǎn)生了破壞作用，使巖層或巖體順破裂面發(fā)生明顯位移產(chǎn)生的構(gòu)造。活動(dòng)斷層是指自晚第四紀(jì)以來有活動(dòng)的斷層，特點(diǎn)是現(xiàn)今仍在活動(dòng)或近代地質(zhì)時(shí)期曾有過活動(dòng)、將來還可能重新活動(dòng)。

管道穿越活動(dòng)斷層區(qū)，會(huì)對(duì)管道安全產(chǎn)生不利影響：地殼運(yùn)動(dòng)使巖層及土壤發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，對(duì)管道施加外力作用，增加管道所受外載荷，管道可能因受到過大土壤作用力而喪失其原有穩(wěn)定狀態(tài)，部分區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中或發(fā)生過大彎曲變形，誘發(fā)泄漏等嚴(yán)重事故。為了減小管道所受來自土壤的作用力，避免過大載荷施加于管道，增強(qiáng)管道抵抗強(qiáng)度破壞和彎曲變形的能力，使管道能夠安全穿越活動(dòng)斷層區(qū)，本發(fā)明提出一種基于納米鎳鐵合金箔的穿越活動(dòng)斷層區(qū)管道增強(qiáng)圈。

增強(qiáng)圈作用的原理為：增強(qiáng)圈安裝于管道上，與管道結(jié)合為一個(gè)整體，二者共同受力，通過載荷的傳遞作用，部分載荷由增強(qiáng)圈承受，減小管道所受載荷，避免管道發(fā)生強(qiáng)度破壞或過大彎曲變形。

納米鎳鐵合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能：納米鎳鐵合金強(qiáng)度高，為鋼的1.8-2倍；硬度大，約為鋼的2倍；彈性模量與鋼相近，與鋼具有較好的協(xié)同性。此外，納米鎳鐵合金還具有良好的抗腐蝕性能。鑒于納米鎳鐵合金優(yōu)異的力學(xué)性能及良好的抗腐蝕性，選擇納米鎳鐵合金箔作為管道增強(qiáng)圈的主要材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)穿越斷層區(qū)管道可能承受過大外載荷、發(fā)生強(qiáng)度破壞及彎曲變形的問題，本發(fā)明的目的是提供一種強(qiáng)度高、韌性好、硬度大、與管道協(xié)同受力、可使管道安全穿越活動(dòng)斷層區(qū)的管道增強(qiáng)圈。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種基于納米鎳鐵合金箔的穿越活動(dòng)斷層區(qū)管道增強(qiáng)圈由兩種材料層構(gòu)成，一種材料層為聚氨酯膠粘劑層，起到粘結(jié)納米鎳鐵合金箔的作用；另一種材料層為納米鎳鐵合金箔層，起到加固、增強(qiáng)管道的作用，為該管道增強(qiáng)圈的主要部分。兩種材料層交替分布，納米鎳鐵合金箔層總厚度應(yīng)達(dá)到6-10毫米。亦可繼續(xù)增加納米鎳鐵合金箔層總厚度，以滿足所需強(qiáng)度要求。

由于管道本身具有防腐層，為除去管道表面的毛刺、機(jī)械雜質(zhì)等，并使管道表面具有一定粗糙度，提高聚氨酯膠粘劑的粘結(jié)效果，對(duì)管道表面進(jìn)行噴砂處理。將聚氨酯膠粘劑均勻螺旋涂抹于處理過的管道表面，并將納米鎳鐵合金箔螺旋纏繞于聚氨酯膠粘劑層上。加熱固化聚氨酯膠粘劑，實(shí)現(xiàn)納米鎳鐵合金箔的粘結(jié)。重復(fù)上述操作，使多層納米鎳鐵合金箔粘結(jié)于管道上。本發(fā)明所使用的納米鎳鐵合金箔具有強(qiáng)度高、韌性好、質(zhì)量輕、與管道協(xié)同效果好的特點(diǎn)，綜合聚氨酯膠粘劑抗剪強(qiáng)度高、抗沖擊性能好、柔韌性高的特點(diǎn)，摒棄傳統(tǒng)管道加固件需要焊接連接、容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的弊端，制作出一種基于納米鎳鐵合金箔的穿越活動(dòng)斷層區(qū)管道增強(qiáng)圈，為本發(fā)明最核心的部分。

本發(fā)明綜合了納米鎳鐵合金箔及聚氨酯膠粘劑的優(yōu)勢(shì)，具有以下特點(diǎn)：

1.強(qiáng)度高，硬度大。納米鎳鐵合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能，強(qiáng)度為鋼的1.8-2倍，硬度約為鋼的2倍，納米鎳鐵合金箔纏繞、固定在管道上后與管道結(jié)合為一個(gè)整體，有效分擔(dān)管道所受載荷，減小沖擊對(duì)管道表面的損傷，提高管道強(qiáng)度。

2.協(xié)同性能好。納米鎳鐵合金箔與鋼材的協(xié)同性能優(yōu)異，其彈性模量與鋼材相近，載荷傳遞能力強(qiáng)，承受外載荷時(shí)二者形變量差異小，避免納米鎳鐵合金箔從管道表面剝離。

3.粘結(jié)可靠、牢固。聚氨酯膠粘劑具有抗剪強(qiáng)度高、抗沖擊性能好、柔韌性高的特點(diǎn)，能有效提高納米鎳鐵合金箔粘結(jié)的牢固程度。

4.制造工藝簡(jiǎn)單，施工方便。一種基于納米鎳鐵合金箔的穿越活動(dòng)斷層區(qū)管道增強(qiáng)圈只使用納米鎳鐵合金箔及聚氨酯粘接劑，制造工藝簡(jiǎn)單，施工方便。

5.具有良好的抗腐蝕性能。納米鎳鐵合金箔成分中含鎳，抗腐蝕性良好，可有效減緩管道腐蝕。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用在穿越活動(dòng)斷層區(qū)管道的正視投影示意圖。

圖2是圖1中所示的A-A截面示意圖。

具體實(shí)施方式