碳纤维在海底管道补强防腐中的应用优势

海底管道被誉为是海上油气田开发的生命线，是海洋油气资源开发最有效和最安全的运输手段。但是由于管道服役环境恶劣，本身可能具有的缺陷，加之长期不间断的服役过程，以及许多不确定因素的存在，管道的腐蚀、缺陷和损伤不可避免，这些缺陷的存在严重威胁着管道的安全运行，如不及时处理和修复，便可能造成重大的损失和事故。

目前，对于管道的修复补强一般采用更换管道、焊接、夹具和复合材料等修复方法。碳纤维复合材料补强技术，是复合材料修复技术的一种，碳纤维使用粘结树脂包覆在管道外形成补强层，分担管道承受的载荷，降低管壁的应力应变，从而恢复或提高管道的承压能力，是目前最有应用前景的修复补强技术。

碳纤维复合片材修复钢质管道结构是20世纪90年代发展起来的一种结构修复补强技术，该项技术在国际上深受重视，已广泛用于化工厂、民用建筑、桥梁等特种结构，成为钢质管道结构修复补强的发展趋势。与传统的金属材料修复方法相比，该修复技术具有五个明显的优点，一是拉伸强度和强度模量高，抗蠕变性能优异；二是可设计性强，能够根据使用要求和受力状况进行材料的铺层设计；三是具有多种成型工艺，可对大面积或者结构较为复杂的管子以及弯管、三通、大小头等不规则管件修复补强；四是施工简便快捷，补强修复时间短，成本低；五是免焊不动火、可带压修复、风险小等优点。

在过去的10年内，碳纤维复合材料修复技术在管道严重腐蚀、机械损伤、裂纹及泄漏等缺陷管道的修复中得到越来越多的应用，国内学者开展了大量的研究。碳纤维复合材料补强修复系统由碳纤维布，粘浸胶，底漆和专用修补剂四个部分组成。他们作为一个整体共同作用在管道上。采用碳纤维复合材料修复系统在进行缺陷修复时，首先利用填平树脂对缺陷进行填平处理，然后在管道外缠绕碳纤维与环氧粘结剂所组成的碳纤维复合材料，在管道外形成复合材料修补层。填平树脂固化后具有优异的抗压强度。碳纤维复合材料固化后具有极高的抗拉强度和弹性模量。它将通过填平树脂限制缺陷处的径向膨胀变形，降低缺陷处的拉伸应力与应变，并且限制管道缺陷处的应力集中，从而达到对管道的补强修复，恢复管道的正常承压能力，降低了管道的风险。

碳纤维复合材料修复系统利用其专用修补剂对缺陷进行填平处理，专用修补剂固化后具有大于100MPa的优异的抗压强度。专用修补剂和环氧底漆起到沿径向传递管壁压力的作用。在管道外缠绕碳纤维与环氧树脂，树脂固化后生成碳纤维复合材料，碳纤维复合材料固化后具有较高的抗拉强度，它能够通过专用修补剂和自身与管道的粘接力传递压力，分担管道内压并限制管道膨胀变形，降低缺陷处的拉伸应力与应变，实现对管道缺陷的补强修复。

碳纤维复合材料补强修复技术是一种安全可靠的管道补强修复技术，可以达到对管道腐蚀、机械损伤等常见缺陷进行修复补强。随着对碳纤维复合材料研究的不断深入，碳纤维复合材料的应用领域将会不断扩展。