[發明專利]一種強化碳纖維布復合層的構造方法以及應用該方法的管道止裂器

有效

• 申請號: 201710553459.8
• 申請日: 2017-07-08
• 公開（公告）號: CN107310167B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 彭惠芬;趙寧;宋玉杰;王程;王鵬;商瑋
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: B29C70/10
• 分類號: B29C70/10;B29C70/34;B29C70/54;F16L57/02
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 李建華

一種可活動強化碳纖維布復合層的構造方法以及應用該方法的管道止裂器。主要目的在于提供一種可對管道上各向裂紋均有較強的柔性止裂作用的管道止裂器。其特征在于：將至少四層具有相同形狀的強化碳纖維布相鋪疊，通過粘結劑浸漬后固化成強化碳纖維布復合層；所述每層強化碳纖維布的抗拉方向之間按照由上至下的順序交替存在夾角，所述夾角范圍在15^o～60^o之間；所述各角度強化碳纖維布由至少兩張主纖維方向一致的強化碳纖維布疊加在一起構成；在強化碳纖維布復合層的中段留有一條沒有粘結劑浸漬的非固化帶。利用本方法構造的止裂器能夠有效阻止管道各類裂紋的擴展，實現管線延性斷裂的柔性止裂。

技術領域

本發明涉及油氣輸送管道斷裂控制領域，主要是涉及一種用于阻止高鋼級管線鋼管道延性裂紋長程擴展的裝置以及制造方法。

背景技術

天然氣作為我國最重要能源資源之一，也是一種易燃、易爆的危險介質，主要依托管道進行長距離運輸。為降低管線工程的建設投資，節省用鋼量，各國的輸氣管線都傾向于使用大口徑、高強度的高鋼級管道。目前，高強度管線鋼在我國也運用廣泛，如西氣東輸二線己全面采用Ｘ80管線鋼，Ｘ90和Ｘ100也處于研制中。

高鋼級管線鋼具有更好的抗拉強度，但由于其屈強比較高，且多采用薄壁設計，所以對止裂韌性有很高的要求。研究表明，Ｘ100、X120等超高強度管線鋼在實際工程環境下，條件往往超出了延性止裂的上限，管道時常處于發生開裂的邊緣，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。而延性斷裂很難依靠自身初性達到止裂。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(Crack Arrestor)來預防、阻止管道的延性裂紋長距離擴展。

當前存在的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。

在已建成管線上安裝整體止裂器需要對管線進行切割和重新焊接，耗費時間及經濟成本高。

鋼套筒止裂器雖被認為是非整體止裂器，但是其自重大、強度相比于復合材料較小、且由于其結構特性的限制，只能對軸向裂紋有較好的止裂作用。由于鋼套筒的硬度比較大，因此在安裝過程中也容易造成管道的二次損傷。

現存的復合材料止裂器雖然具有自重輕，強度大等優點，但是由于其僅是采用單向碳纖維布多層纏繞的結構，因此只對軸向裂紋有足夠的限制而不能較好的控制其他方向的裂紋，且由于其制作安裝都必須在現場進行，對施工環境和安裝人員具有很高的要求。安裝過程繁瑣，不能批量化生產。

發明內容

為了解決背景技術中所提到的技術問題，本發明提供了一種采用新型碳纖維構造結構的管道止裂器以及制造該種止裂器的方法，該種止裂器能夠有效阻止管道各類裂紋的擴展，實現管線延性斷裂的柔性止裂。

本發明的技術方案是：

首先給出用于制作該種止裂器的強化碳纖維布復合層的構造方法，該方法為：將至少四層具有相同形狀的強化碳纖維布相鋪疊，通過粘結劑浸漬后固化成強化碳纖維布復合層；所述每層強化碳纖維布的抗拉方向之間按照由上至下的順序交替存在夾角，所述夾角范圍在15^o～60^o之間；所述各角度強化碳纖維布由至少兩張主纖維方向一致的強化碳纖維布疊加在一起構成。另外，為了實現強化碳纖維布復合層的活動，需要在所述強化碳纖維布復合層的中段留有一條沒有粘結劑浸漬的非固化帶；構成所述每層強化碳纖維布的每張碳纖維布的抗拉強度需要大于或者等于3000MPa，抗拉模量需要大于或者等于200GPa。