U-Boot-Pipelines gelten als Lebensader der Offshore-Öl- und Gasfeldentwicklung und dienen als effektivstes und sicherstes Transportmittel für Meeresöl- und -gasressourcen. Aufgrund der rauen Betriebsumgebung von Pipelines sind jedoch inhärente Mängel, ein langfristig unterbrechungsfreier Betrieb und das Vorhandensein vieler Unsicherheiten, Korrosion, Defekte und Schäden an Pipelines unvermeidlich. Das Vorhandensein dieser Mängel stellt eine ernsthafte Bedrohung für den sicheren Betrieb von Pipelines dar. Wenn nicht umgehend Maßnahmen ergriffen und repariert werden, kann es zu erheblichen Verlusten und Unfällen kommen.
Derzeit umfasst die Reparatur und Verstärkung von Rohrleitungen im Allgemeinen Methoden wie Rohraustausch, Schweißen, Klemmen und Verbundwerkstoffe. Bei der Kohlefaser-Verbundverstärkungstechnologie, einer Art Reparaturtechnologie für Verbundwerkstoffe, werden mit Harz gebundene Kohlefasern verwendet, um eine Verstärkungsschicht auf der Rohrleitung zu bilden, die von der Rohrleitung getragene Last zu verteilen und so die Belastung und Beanspruchung der Rohrleitungswand zu reduzieren Wiederherstellung oder Verbesserung der Drucktragfähigkeit der Rohrleitung. Es ist derzeit die vielversprechendste Reparatur- und Verstärkungstechnologie.
Die Reparatur von Stahlrohrleitungskonstruktionen mit Kohlefaserverbundblechen ist eine Strukturreparatur- und Verstärkungstechnologie, die in den 1990er Jahren aufkam und international einen hohen Stellenwert genießt. Es wird häufig in Chemieanlagen, Zivilgebäuden, Brücken und anderen Spezialkonstruktionen eingesetzt und ist zu einem Trend in der Entwicklung der Reparatur und Verstärkung von Stahlrohrleitungsstrukturen geworden. Im Vergleich zu herkömmlichen Metallreparaturmethoden bietet diese Reparaturtechnologie fünf entscheidende Vorteile: hohe Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul, ausgezeichnete Kriechfestigkeit; starke Designfähigkeit, die eine Materialschichtgestaltung entsprechend den Nutzungsanforderungen und Belastungsbedingungen ermöglicht; verschiedene Formverfahren zur Reparatur und Verstärkung großer Flächen oder komplexer Strukturen wie gebogene Rohre, T-Stücke, Reduzierstücke usw.; einfache und schnelle Konstruktion, kurze Reparatur- und Verstärkungszeit, niedrige Kosten; und Vorteile wie kein Schweißen oder Heißarbeiten, drucktragende Reparatur und geringes Risiko.
Im letzten Jahrzehnt wurde die Reparaturtechnologie aus Kohlefaserverbundwerkstoffen zunehmend bei der Reparatur von stark korrodierten, mechanisch beschädigten, gerissenen und undichten Rohren eingesetzt. Inländische Wissenschaftler haben auf diesem Gebiet umfangreiche Forschungen durchgeführt. Das Verstärkungs- und Reparatursystem für Kohlefaserverbundwerkstoffe besteht aus Kohlefasergewebe, Imprägnierkleber, Grundierung und speziellem Reparaturmittel, die alle an der Rohrleitung zusammenarbeiten. Bei der Verwendung des Kohlefaser-Verbundwerkstoff-Reparatursystems zur Defektreparatur wird der Defekt zunächst mit Füllharz gefüllt und anschließend mit Epoxidkleber umwickelt, wodurch eine Verbundwerkstoff-Reparaturschicht auf der Außenseite der Rohrleitung entsteht. Das Füllharz härtet zu hervorragender Druckfestigkeit aus. Nach dem Aushärten weist der Kohlefaserverbundwerkstoff eine sehr hohe Zugfestigkeit und einen sehr hohen Elastizitätsmodul auf. Es schränkt die Verformung durch radiale Ausdehnung am Defekt ein, reduziert die Zugspannung und Dehnung am Defekt, begrenzt die Spannungskonzentration am Defekt, sorgt für eine Verstärkung und Reparatur der Rohrleitung, stellt die normale Drucktragfähigkeit wieder her und verringert das Rohrleitungsrisiko.
Das Reparatursystem für Kohlefaserverbundwerkstoffe verwendet spezielle Reparaturmittel zum Füllen und Reparieren von Defekten, wobei das Reparaturmittel zu einer hervorragenden Druckfestigkeit von über 100 MPa aushärtet. Das spezielle Reparaturmittel und die Epoxidgrundierung sorgen für die Druckübertragung entlang der radialen Richtung der Rohrwand. Durch das Umwickeln der Außenseite der Rohrleitung mit Kohlenstofffasern und Epoxidharz härtet das Harz zu einem Kohlenstofffaser-Verbundmaterial aus, das nach dem Aushärten eine hohe Zugfestigkeit aufweist. Durch das spezielle Reparaturmittel und die Haftung zwischen sich selbst und der Rohrleitung kann es Druck übertragen, den Innendruck der Rohrleitung teilen, die Verformung der Rohrausdehnung begrenzen, Zugspannungen und Dehnungen an Defekten reduzieren und eine Verstärkung und Reparatur von Rohrleitungsdefekten erreichen.
Die Verstärkungs- und Reparaturtechnologie aus Kohlefaserverbundwerkstoffen ist eine sichere und zuverlässige Pipeline-Verstärkungs- und Reparaturtechnologie, mit der häufige Defekte wie Korrosion und mechanische Schäden in Pipelines behoben werden können. Mit der laufenden Forschung zu Kohlefaser-Verbundwerkstoffen wird sich der Anwendungsbereich von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen weiter erweitern.