[发明专利]一种强化碳纤维布复合层的构造方法以及应用该方法的管道止裂器

说明书

一种可活动强化碳纤维布复合层的构造方法以及应用该方法的管道止裂器。主要目的在于提供一种可对管道上各向裂纹均有较强的柔性止裂作用的管道止裂器。其特征在于：将至少四层具有相同形状的强化碳纤维布相铺叠，通过粘结剂浸渍后固化成强化碳纤维布复合层；所述每层强化碳纤维布的抗拉方向之间按照由上至下的顺序交替存在夹角，所述夹角范围在15^o～60^o之间；所述各角度强化碳纤维布由至少两张主纤维方向一致的强化碳纤维布叠加在一起构成；在强化碳纤维布复合层的中段留有一条没有粘结剂浸渍的非固化带。利用本方法构造的止裂器能够有效阻止管道各类裂纹的扩展，实现管线延性断裂的柔性止裂。

技术领域

本发明涉及油气输送管道断裂控制领域，主要是涉及一种用于阻止高钢级管线钢管道延性裂纹长程扩展的装置以及制造方法。

背景技术

天然气作为我国最重要能源资源之一，也是一种易燃、易爆的危险介质，主要依托管道进行长距离运输。为降低管线工程的建设投资，节省用钢量，各国的输气管线都倾向于使用大口径、高强度的高钢级管道。目前，高强度管线钢在我国也运用广泛，如西气东输二线己全面采用Ｘ80管线钢，Ｘ90和Ｘ100也处于研制中。

高钢级管线钢具有更好的抗拉强度，但由于其屈强比较高，且多采用薄壁设计，所以对止裂韧性有很高的要求。研究表明，Ｘ100、X120等超高强度管线钢在实际工程环境下，条件往往超出了延性止裂的上限，管道时常处于发生开裂的边缘，输气管道一旦开裂,管内高压气体并不能立刻排空,而是由断裂点向两侧各产生一个减压波并向两远端传播。由于气体减压波速低于裂纹扩展速度,裂纹尖端就会持续的保持高应力状态,裂纹也会持续的高速扩展,容易导致输气管道延性裂纹的长程扩展问题,输气管道通常呈延性断裂特征。而延性断裂很难依靠自身初性达到止裂。当管线钢自身的韧性不能保证阻止延性裂纹扩展时，需采用一些外部机械装置,即止裂器(Crack Arrestor)来预防、阻止管道的延性裂纹长距离扩展。

当前存在的止裂器有不同的形态,根据在输气管道上的安装方法不同可以分为两类:整体止裂器和非整体止裂器。整体止裂器通常由不同于主管道力学性能和几何尺寸的厚壁或高韧性管段或管环组成,成为管道的一部分。非整体止裂器主要分为钢套筒止裂器和纤维复合材料缠绕带止裂器。

在已建成管线上安装整体止裂器需要对管线进行切割和重新焊接，耗费时间及经济成本高。

钢套筒止裂器虽被认为是非整体止裂器，但是其自重大、强度相比于复合材料较小、且由于其结构特性的限制，只能对轴向裂纹有较好的止裂作用。由于钢套筒的硬度比较大，因此在安装过程中也容易造成管道的二次损伤。

现存的复合材料止裂器虽然具有自重轻，强度大等优点，但是由于其仅是采用单向碳纤维布多层缠绕的结构，因此只对轴向裂纹有足够的限制而不能较好的控制其他方向的裂纹，且由于其制作安装都必须在现场进行，对施工环境和安装人员具有很高的要求。安装过程繁琐，不能批量化生产。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种采用新型碳纤维构造结构的管道止裂器以及制造该种止裂器的方法，该种止裂器能够有效阻止管道各类裂纹的扩展，实现管线延性断裂的柔性止裂。

本发明的技术方案是：

首先给出用于制作该种止裂器的强化碳纤维布复合层的构造方法，该方法为：将至少四层具有相同形状的强化碳纤维布相铺叠，通过粘结剂浸渍后固化成强化碳纤维布复合层；所述每层强化碳纤维布的抗拉方向之间按照由上至下的顺序交替存在夹角，所述夹角范围在15^o～60^o之间；所述各角度强化碳纤维布由至少两张主纤维方向一致的强化碳纤维布叠加在一起构成。另外，为了实现强化碳纤维布复合层的活动，需要在所述强化碳纤维布复合层的中段留有一条没有粘结剂浸渍的非固化带；构成所述每层强化碳纤维布的每张碳纤维布的抗拉强度需要大于或者等于3000MPa，抗拉模量需要大于或者等于200GPa。