CN117212600A - 玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，具体包括明管修复和埋管直管修复；对于明管修复，采用玻璃钢套管安装在压力钢管待修复部的外侧；对于埋管直管修复，采用玻璃钢衬管安装在压力钢管待修复部的内部；压力钢管和玻璃钢套管、玻璃钢衬管的间隙均采用真空辅助注射成型工艺填充刚韧环氧树脂密封胶。本发明利用玻璃钢质环氧管道代替传统的钢质环氧管道，并应用到水电工程压力钢管修复技术中，重量更轻便于安装，不易腐蚀，内衬玻璃钢管还可以提高过流能力；本发明还在玻璃钢管和压力钢管之间填充有更适应水电工程的刚韧环氧树脂密封胶，使其对于高速水流或紊流造成的管道振动，能达到有效吸能减振的效果。
Description
技术领域
本发明属于水利水电工程技术领域，具体涉及一种玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术。
背景技术
水利水电工程的主要建设目标就是汇集输送大量水资源，或者将水能转变为其它能源；输水建筑中压力钢管负责工程运行中水的引导输送，随着国家社会经济的快速发展，水电工程中大管径、高水头、长距离的压力钢管应用越来越广泛，压力钢管的质量检测和修复是水电工程运行中重要的工作内容；压力钢管内压多为中低压且以低压为主，其内部的流速高，有些压力钢管设计流速超过10m/s；因此，压力钢管长期承受高速水流的冲蚀和水流杂质的腐蚀，运行中往往会出现局部破坏，如果不及时维修，将引发严重的漏水事故；此外，高速水流或紊流还会引起压力钢管振动，使得压力钢管局部破坏区域加速恶化。
目前水电工程中，机组关停后进行管道破坏处切割焊接修补仍是主要修复技术，操作较为复杂；而在油气输送领域钢环氧套筒修复技术应用较为广泛，但是水电工程环境潮湿，采用钢管进行修复易被腐蚀，且钢管重量较重现场人工搬运不便。另外其使用的密封材料多为强度较高的偏脆性环氧树脂，其断裂伸长率约在5％，对于水电工程高速水流或紊流造成的管道振动，脆性材料并不适用，断裂伸长率更高的高强度环氧树脂延展性更好，对于动态载荷下的应力集中和冲击载荷下的瞬间应变等工况，具有更高的抗裂性能。因此，现有修复用钢质环氧套管或衬管并不适用于水电工程压力钢管的环境工况。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，目的在于通过使用玻璃钢套管用以修复明管，通过使用玻璃钢衬管用以修复埋管直管，并采用刚韧环氧树脂密封胶作为修复压力钢管的新型密封材料，解决现有水电工程压力钢管因高速水流造成冲蚀、腐蚀、漏水和振动破坏的问题。
本发明玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，具体包括明管修复和埋管直管修复；对于明管修复，在运行期或停运期时工作，将玻璃钢套管安装在压力钢管待修复部的外侧，玻璃钢套管两端与压力钢管之间的间隙采用环氧胶泥密封以营造易于注射密封胶的空腔；玻璃钢套管的下侧设有注胶孔，上侧设有排气孔，玻璃钢套管和压力钢管的间隙填充刚韧环氧树脂密封胶；对于埋管直管修复，只能在停止运行期时工作，将玻璃钢衬管安装在压力钢管待修复部的内部，玻璃钢衬管两端与压力钢管之间的间隙采用环氧胶泥密封以营造易于注射密封胶的空腔；压力钢管一侧开设注胶孔，另一侧开设排气孔，玻璃钢衬管和压力钢管的间隙填充刚韧环氧树脂密封胶。
所述玻璃钢套管为可拆卸的两个半圆玻璃钢套管，采用密封条将两个半圆玻璃钢套管紧密贴合，并通过螺栓锁紧压实；
所述玻璃钢套管的内径大于压力钢管外径20mm-30mm；
所述玻璃钢衬管的外径小于压力钢管内径20mm；
所述玻璃钢套管和玻璃钢衬管为重量轻、内部光滑、过流能力好、耐腐蚀、能够吸能减振的玻璃钢材质；具体的，玻璃钢管重量轻，只有压力钢管重量的1/5-1/4，便于人工搬运安装；玻璃钢材质抗腐蚀、消能减振、抗疲劳性能高于钢材；玻璃钢管内部绝对粗糙度低，能明显减少沿程压力损失，在相同流量的情况下可以选用较小的管径，玻璃钢衬管管径比原破坏钢管直径小，因而玻璃钢衬管的过流能力更好，大大减轻了在管径不同过流段的紊流，也相应减轻了该段破坏程度；
所述填充的具体方式为真空辅助注射成型工艺，可以减小固化物气泡，提高填充物固化质量；真空辅助是指采用真空泵从排气孔将玻璃钢管和压力钢管的间隙抽成真空，注射成型工艺利用注射泵将一定粘度的刚韧环氧树脂密封胶注入间隙；
所述刚韧环氧树脂密封胶是由环氧树脂浆液和其他组分常温固化制成，强度高韧性好，能够更好地消能减振；按质量份数计，刚韧环氧树脂密封胶的组分及组分配比包括100份环氧树脂浆液、10-15份用作活性稀释剂的AGE或BGE、2-4份用作偶联剂的KH550或KH560、2-4份用作消泡剂的磷酸三丁酯、0-5份用以填料并避免收缩的硅酸盐425水泥、30-50份固化剂；本发明所制得的刚韧环氧树脂密封胶的抗压强度大于70MPa，断裂伸长率大于20％，钢-钢拉伸剪切强度大于10MPa；
优选的，所述环氧树脂浆液是PU改质型环氧树脂NPER-133和环氧树脂NPEL-128的混合物，二者质量份数比为NPER-133：NPEL-128＝100-120：100；
优选的，所述固化剂是T31和聚酰胺651的混合物，二者质量份数比为T31：聚酰胺651＝20-25：10-20。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明利用抗空蚀、抗腐蚀、消能减振、绝对粗糙度低的玻璃钢管代替传统的压力钢管，应用到水电工程压力钢管破坏修复技术中，玻璃钢管的重量较轻，便于搬运施工，且更适合在潮湿环境和振动工况下运行；玻璃钢衬管内壁光滑、过流能力好，大大减轻了在管径不同过流段的紊流，有利于安全运行。
2、本发明针对水电工程压力钢管的破坏特征，断裂伸长率更高的高强度环氧树脂延展性更好，对于动态载荷下的应力集中和冲击载荷下的瞬间应变等工况，具有更高的抗裂性能。在玻璃钢管和压力钢管之间填充有刚韧环氧树脂密封胶，其抗压强度大于70MPa，断裂伸长率大于20％，钢-钢拉伸剪切强度大于10MPa；对于水电工程高速水流或紊流造成的管道振动，刚韧环氧树脂密封胶的消能减振效果好。
附图说明
图1为本发明应用玻璃钢套管修复明管的示意图；
图2为本发明应用玻璃钢衬管修复埋管直管的示意图；
图中：1-压力钢管，2-刚韧环氧树脂密封胶，3-玻璃钢套管，4-密封条，5-玻璃钢衬管。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的内容，下面将结合具体实施例和附图来进一步阐述本发明。以下实施例以本发明的技术为基础，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本发明玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术包括明管修复和埋管直管修复；对于明管修复，采用内径大于压力钢管外径20mm-30mm的玻璃钢套管修复，且在运行期或停运期时工作，请参阅图1，将可拆卸的两个半圆玻璃钢套管安装在压力钢管待修复部的外侧，并在两个半圆玻璃钢套管的连接处压入密封条，通过螺栓锁紧压实；玻璃钢套管两端与压力钢管之间的间隙采用环氧胶泥密封以营造易于注射密封胶的空腔；玻璃钢套管的下侧设有注胶孔，上侧设有排气孔，采用真空辅助注射成型工艺将玻璃钢套管和压力钢管的间隙填充刚韧环氧树脂密封胶；对于埋管直管修复，采用外径小于压力钢管内径20mm的玻璃钢衬管修复，且只能在停止运行期时工作，请参阅图2，将玻璃钢衬管安装在压力钢管待修复部的内部，玻璃钢衬管两端与压力钢管之间的间隙采用环氧胶泥密封以营造易于注射密封胶的空腔；压力钢管一侧开设注胶孔，另一侧开设排气孔，采用真空辅助注射成型工艺将玻璃钢衬管和压力钢管的间隙填充刚韧环氧树脂密封胶。
所述玻璃钢套管和玻璃钢衬管(玻璃钢套管和玻璃钢衬管合称为玻璃钢管)为重量轻、内部光滑、过流能力好、耐腐蚀、能够吸能减振的玻璃钢材质；所述真空辅助注射成型工艺是采用真空泵从排气孔将玻璃钢管和压力钢管的间隙抽成真空，并利用注射泵将一定粘度的刚韧环氧树脂密封胶注入间隙，真空辅助注射成型工艺可以减小固化物气泡，提高填充物固化质量。
所述刚韧环氧树脂密封胶是由环氧树脂浆液和其他组分常温固化制成，强度高韧性好，能够更好地消能减振；按质量份数计，刚韧环氧树脂密封胶的组分及组分配比包括100份环氧树脂浆液、10-15份用作活性稀释剂的AGE或BGE、2-4份用作偶联剂的KH550或KH560、2-4份用作消泡剂的磷酸三丁酯、0-5份用以填料并避免收缩的硅酸盐425水泥、30-50份用作固化剂的T31和聚酰胺651的混合物；所述环氧树脂浆液是PU改质型环氧树脂NPER-133和环氧树脂NPEL-128的混合物，二者质量份数比为NPER-133：NPEL-128＝100-120：100；所述固化剂中质量份数比为T31：聚酰胺651＝20-25：10-20；本发明所制得的刚韧环氧树脂密封胶的抗压强度大于70MPa，断裂伸长率大于20％，钢-钢拉伸剪切强度大于10MPa。
玻璃钢管的压力等级等于水电工程压力钢管的压力等级，水电工程压力钢管的等级多为中低压等级标准钢管，其中压力等级1.6MPa或2.5MPa应用较多；修复用非标的玻璃钢管的尺寸根据压力钢管的实际参数设计订制。
实施例1
水电站引水压力钢管的规格为：压力等级1.6MPa、外径325mm、壁厚8mm，压力钢管明管处局部破坏，需修复的明管直管长度为500mm；
采用玻璃钢刚韧环氧套管修复，订制两个半圆玻璃钢套管，玻璃钢套管的规格为：压力等级1.6MPa、内径349mm、长度500mm；具体修复过程如下：
(1)将两个半圆玻璃钢套管沿上下方向合围固定在待修复的压力钢管外侧，在两个半圆玻璃钢套管连接处的缝隙中压入密封条，并经螺栓锁紧压实，玻璃钢套管的两端端口间隙采用环氧胶泥密封；
(2)下方的玻璃钢套管布设注胶孔，上方的玻璃钢套管布设排气孔；环氧树脂浆液和其他组分混合并制得刚韧环氧树脂密封胶，真空泵接排气孔，启动抽真空，注射泵吸入口接物料仓，出口接注胶孔，将刚韧环氧树脂密封胶填充进玻璃钢套管和压力钢管的间隙，注射成型；
本实施例1中所述刚韧环氧树脂密封胶的组分及配比为：55份PU改质型环氧树脂NPER-133、45份环氧树脂NPEL-128、15份BGE、20份T31、20份聚酰胺651、2份KH560、3份磷酸三丁酯、3份普通硅酸盐425水泥。测得本实施例1所使用的刚韧环氧树脂密封胶的抗压强度为72MPa、断裂伸长率为24％、钢-钢拉伸剪切强度为12MPa。
实施例2
水电站引水压力钢管的规格为：压力等级2.5MPa、外径400mm、壁厚10mm，压力钢管明管处局部破坏，需修复的明管弯管长度为1000mm；
采用玻璃钢刚韧环氧套管修复，订制两个半圆玻璃钢套管，玻璃钢套管的规格为：压力等级2.5MPa、内径424mm、长度1000mm；具体修复过程如下：
(1)将两个半圆玻璃钢套管沿上下方向合围固定在待修复的压力钢管外侧，在两个半圆玻璃钢套管连接处的缝隙中压入密封条，并经螺栓锁紧压实，玻璃钢套管的两端端口间隙通过环氧胶泥密封；
(2)下方的玻璃钢套管布设注胶孔，上方的玻璃钢套管布设排气孔；环氧树脂浆液和其他组分混合并制得刚韧环氧树脂密封胶，真空泵接排气孔，启动抽真空，注射泵吸入口接物料仓，出口接注胶孔，将刚韧环氧树脂密封胶填充进玻璃钢套管和压力钢管的间隙，注射成型；
本实施例2中所述刚韧环氧树脂密封胶的组分及配比为：50份PU改质型环氧树脂NPER-133、50份环氧树脂NPEL-128、10份BGE、5份AGE、20份T31、20份聚酰胺651、2份KH560、3份磷酸三丁酯、2份普通硅酸盐425水泥。测得本实施例2所使用的刚韧环氧树脂密封胶的抗压强度为83MPa、断裂伸长率为21％、钢-钢拉伸剪切强度为11MPa。
实施例3
水电站引水压力钢管的规格为：压力等级1.6MPa、外径480mm、壁厚10mm，压力钢管埋管直管处局部破坏，需修复的埋管直管长度为1000mm；
采用玻璃钢刚韧环氧衬管修复，玻璃钢衬管的规格为：压力等级1.6MPa、外径440mm、长度1000mm；具体修复过程如下：
(1)将玻璃钢衬管置于待修复的压力钢管内部，玻璃钢衬管的两端端口间隙用环氧胶泥密封；
(2)待修复的压力钢管下侧布设注胶孔、上侧布设排气孔；环氧树脂浆液和其他组分混合并制得刚韧环氧树脂密封胶，真空泵接排气孔，启动抽真空，注射泵吸入口接物料仓，出口接注胶孔，将刚韧环氧树脂密封胶填充进玻璃钢衬管和压力钢管的间隙，注射成型；
本实施例3中所述刚韧环氧树脂密封胶的组分及配比为：55份PU改质型环氧树脂NPER-133、45份环氧树脂NPEL-128、15份BGE、20份T31、20份聚酰胺651、2份KH560、3份磷酸三丁酯、3份普通硅酸盐425水泥。测得本实施例3所使用的刚韧环氧树脂密封胶的抗压强度为72MPa、断裂伸长率为24％、钢-钢拉伸剪切强度为12MPa。
实施例4
水电站引水压力钢管的规格为：压力等级2.5MPa、外径400mm、壁厚10mm，压力钢管埋管直管处局部破坏，需修复的埋管直管长度为1000mm；
采用玻璃钢刚韧环氧衬管修复，玻璃钢衬管的规格为：压力等级2.5MPa、外径380mm、长度1000mm；具体修复过程如下：
(1)将玻璃钢衬管置于待修复的压力钢管内部，玻璃钢衬管的两端端口间隙用环氧胶泥密封；
(2)待修复的压力钢管下侧布设注胶孔、上侧布设排气孔；环氧树脂浆液和其他组分混合并制得刚韧环氧树脂密封胶，真空泵接排气孔，启动抽真空，注射泵吸入口接物料仓，出口接注胶孔，将刚韧环氧树脂密封胶填充进玻璃钢衬管和压力钢管的间隙，注射成型；
本实施例4中所述刚韧环氧树脂密封胶的组分及配比为：50份PU改质型环氧树脂NPER-133、50份环氧树脂NPEL-128、15份AGE、20份T31、20份聚酰胺651、2份KH560、3份磷酸三丁酯、2份普通硅酸盐425水泥。测得本实施例4所使用的刚韧环氧树脂密封胶的抗压强度为79MPa、断裂伸长率为22％、钢-钢拉伸剪切强度为12MPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明可以根据以上制备方法具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，具体包括明管修复和埋管直管修复；其特征在于，对于明管修复，在运行期或停运期时工作，采用玻璃钢套管安装在压力钢管待修复部的外侧，玻璃钢套管的下侧设有注胶孔，上侧设有排气孔；对于埋管直管修复，在停运期时工作，采用玻璃钢衬管安装在压力钢管待修复部的内部，压力钢管的一侧开设注胶孔、另一侧开设排气孔；玻璃钢套两端与压力钢管之间的间隙、玻璃钢衬管两端与压力钢管之间的间隙均采用环氧胶泥密封，压力钢管与玻璃钢套管、玻璃钢衬管的间隙均填充刚韧环氧树脂密封胶。
2.如权利要求1所述的玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，其特征在于，所述玻璃钢套管为可拆卸的两个半圆玻璃钢套管，通过密封条将两个半圆玻璃钢套管紧密贴合，并通过螺栓锁紧压实。
3.如权利要求1所述的玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，其特征在于，所述玻璃钢套管的内径大于压力钢管外径20mm-30mm。
4.如权利要求1所述的玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，其特征在于，所述玻璃钢衬管的外径小于压力钢管内径20mm。
5.如权利要求1所述的玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，其特征在于，所述填充的具体方式为真空辅助注射成型工艺，采用真空泵从排气孔将压力钢管和玻璃钢套管、玻璃钢衬管的间隙均抽成真空，最后利用注射泵将刚韧环氧树脂密封胶注入间隙。
6.如权利要求1所述的玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，其特征在于，所述刚韧环氧树脂密封胶的组分及各组分的质量份数为：100份环氧树脂浆液、10-15份用作活性稀释剂的AGE或BGE、2-4份用作偶联剂的KH550或KH560、2-4份用作消泡剂的磷酸三丁酯、0-5份硅酸盐425水泥、30-50份固化剂。
7.如权利要求6所述的玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，其特征在于，所述环氧树脂浆液为PU改质型环氧树脂NPER-133和环氧树脂NPEL-128的混合物，且质量份数比为NPER-133：NPEL-128＝100-120：100。
8.如权利要求6所述的玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术，其特征在于，所述固化剂为T31和聚酰胺651的混合物，且质量份数比为T31：聚酰胺651＝20-25：10-20。
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| CN202311215816.1A Pending CN117212600A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 玻璃钢刚韧环氧套管或衬管的水电工程压力钢管修复技术 |
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| CN (1) | CN117212600A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117927772A (zh) * | 2024-03-22 | 2024-04-26 | 天津国投津能发电有限公司 | 低温多效海水淡化装置换热管束检漏与封堵方法及其*** |
-
2023
- 2023-09-20 CN CN202311215816.1A patent/CN117212600A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117927772A (zh) * | 2024-03-22 | 2024-04-26 | 天津国投津能发电有限公司 | 低温多效海水淡化装置换热管束检漏与封堵方法及其*** |
| CN117927772B (zh) * | 2024-03-22 | 2024-05-28 | 天津国投津能发电有限公司 | 低温多效海水淡化装置换热管束检漏与封堵方法及其*** |
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