隨著復合材料維修經驗的增長，對它們優點和缺點的了解也越來越多。使用它們來延長包含裂紋狀缺陷的管道的使用壽命越來越引起人們的興趣。諸如由應力腐蝕機制引起并由制造引起的那些缺陷引起了人們的興趣。

老式管道的環縫和縫焊處的缺陷也很重要，因為修復這些缺陷可以推遲甚至消除更換的需要，并可以節省大量成本，同時又不影響操作安全性。

　　
常規與復合

　　傳統的維修方法（例如，焊接鋼套的安裝）并不總是很容易安裝，尤其是在幾何形狀獨特且不圓的地方。通常，無需進行任何熱加工即可安裝復合材料維修設備，此外，濕式鋪層系統可應用于各種幾何形狀，而不會造成明顯的延誤。

 

　　在2019年對直徑為8到22英寸的管道進行了一項研究，研究了低頻電阻焊（LF-ERW）管道縫焊中的平面缺陷。在現代管道上完成了壓力循環疲勞測試，該管道具有使用放電加工（EDM）槽口模擬的缺陷，以及從服務中刪除的老式LF-ERW樣品。

　　復合修復的應用顯著增加了測得的測試樣品失效的循環次數。結果中發現有大量散布，但總體趨勢符合以下期望：減小大應力和缺口內的應變范圍均會延長生產線的疲勞壽命。

　　總的來說，使用碳纖維增強材料的較硬的修復系統可以大程度地延長疲勞壽命，盡管使用非常高剛度的纖維的系統并不總是能達到預期的效果。結論是，正確使用碳纖維增強修補系統可以延長裂紋線的疲勞壽命。

　　結果還表明，每個維修系統都應完成資格測試程序，以確認其達到了預期的性能。單獨的工作審查了SES計劃的結果，以預測測得的性能。

　　應變計安裝在維修下方和維修位置

　　進一步確定，安裝復合材料修補劑將永遠不會完全阻止裂紋的增長，并且使用壽命的延長取決于以下因素：

　　安裝時管路中的壓力和溫度

　　循環壓力和循環熱負荷

　　安裝的修理的詳細信息（厚度和機械性能）

　　原始管道的屬性。

　　在了解了鋼管與維修之間的相互作用以及由此導致的裂紋擴展率變化已達到建模和測試緊密吻合的階段之后，它為在維修中的管道上安裝維修的概念提供了支持。

　　案例分析

　　在18英寸天然氣管線的例行重涂工作期間，在管線地面以上部分的野外彎曲的外表面上發現了大量沿周向取向的裂紋狀缺陷集落。

　　受影響的區域在折彎頂點周圍延伸了約1.4米，在管道圓周周圍延伸了460 mm。長的單個特征是30毫米長。距離近的環縫焊縫至少890毫米。

　　已完成評估以確定管線的剩余壽命，并采取必要的建議措施以使管道安全運行。特征的形態和方向（不規則的表面輪廓和相對較寬的開口）是韌性撕裂的特征。

　　調查得出的結論是，這些缺陷很可能是在施工期間造成的。缺陷的數量眾多且接近，這意味著無法測量每個缺陷的深度。

　　考慮到這些特征可能自建造以來就已經存在，因此建議它們在調試時都將在管線初的水壓試驗中幸存下來。在此基礎上，進行了斷裂力學評估，以確定剛在試運行中進行靜水壓力試驗后仍能幸存的缺陷在正常的管道運行條件下是否有可能增長。分析還通過從英國氣象局獲得的歷史溫度曲線考慮了環境條件。

　　由于用于分析的輸入參數的不確定性，因此無法排除那些在水壓試驗中幸存下來的缺陷可能會增長的可能性。因此，決定對管道進行維修。

　　已經考慮過剪掉并更換，并考慮了鋼殼維修的選擇，但實施起來很困難。由于除了安裝鋼殼的重量和實用性之外，不希望隔離生產線或安裝旁路以利于切斷，因此這不是一個理想的選擇。復合維修被認為易于安裝，但是需要額外的工程支持以證明其合理性。

　　復合材料的選擇

　　提出的復合材料修補系統是一種常溫固化的碳纖維增強修補系統，符合ISO 24817和ASME PCC-2第40條的要求。該系統在環向和軸向均具有強度，這被認為很重要給出彎曲處裂紋的方向。

　　基于將鋼絲中的應力降低至目標水平，選擇初始修復厚度；建議的厚度為10.8毫米（0.425英寸）（相當于十層修復材料）。修復工作是在兩端的缺陷區域外至少延伸100 mm。指定了一個額外的修復長度，以適應雙軸應變儀，該應變儀用于測量由于修復而導致的管線中應變的降低。

　　應變儀配置為測量主應變作為保守輸出。如可以在可看出圖1中，將它們成對安裝，但隨著位于所述修理和其他外面下一個表上的管軸向偏移。

　　通過比較每對應變儀，可以隔離維修效果，并可以量化疲勞壽命。安裝修補程序時，將管道中的壓力降低到2bar，以大程度地從管道傳遞到修補程序的負載。

 

　　維修評估

　　記錄了350天的數據。與管道內壓的記錄頻率一致，每小時記錄一次應變儀數據和空氣溫度。值得注意的是，管道負荷在秋季和冬季月份重，在夏季可以忽略不計，而在春季和夏季月份溫度峰值每天都在變化。

　　每個應變儀的應變歷史用于預測疲勞損傷的累積。每對應變儀的比較提供了復合修復在限制缺陷區域方面所提供的好處的指示。

　　如圖顯示了成對的應變儀＃14（在維修之下）和＃8（遠程）配對的應變隨時間變化的典型比較圖。有趣的是應變范圍；在開始的一周中突出顯示了這一點，可以清楚地看到給定日期內的應變范圍在修復下方比在遠程范圍內要小，因此可以確認復合修復有效地減少了所承受的載荷通過管道。

　　應變范圍的減小可用于重新評估裂紋狀特征的預期疲勞壽命，并且兩次分析之間的比較將量化修復帶來的好處。

　　在350天的時間內收集的應變儀數據通過雨水循環計數算法以2 N / mm2的增量進行饋送，以提供可用于斷裂力學分析的載荷譜。通過乘以鋼絲的楊氏模量，可以將大主應變轉換為等效應力。使用每對應變儀的數據進行成對分析。

 

　　先，將來自維修外部的應變儀的載荷譜應用于大裂縫尺寸，該大裂縫尺寸被認為已經通過了相當于53年的水壓測試（該管線在維修之前已經投入使用的時間）。這使得可以在安裝復合材料修理時估算大可能的裂縫尺寸。

　　接下來，計算了在設計壓力下將該缺陷擴展到失效的關鍵深度所需的年數。這被認為是管道的剩余壽命，無需維修。

　　評估的第二部分使用維修下方記錄的負荷譜重新運行，以給出維修后管道的剩余壽命。以這種方式，復合材料的益處可以通過壽命的延長來表達。

　　結果表明，修理后的剩余壽命預計為276年，而修理前的剩余壽命為106年。這是每對成對應變儀預測的小壽命延長。

　　修復帶來的額外好處是，類似裂紋的特征不再是“表面破裂”，而是成為“嵌入特征”，從而保護它們免受潛在的環境問題的影響。剩余壽命評估中未考慮該額外好處，后者僅考慮了表面破損缺陷。

　　測得的負載數據用于確定可能的剩余安全運行壽命。維修使人們進一步確信，如果將來沒有壓力上升的趨勢，這些功能將不再對管道的長期完整性構成威脅。根據已完成的評估和已安裝的維修，現在預期這些功能將與該線路的其余部分一起在其預期壽命的剩余時間內繼續使用。

　　DNV項目和相關研究已確定，在全面測試中，使用復合材料修復的管道中裂紋狀缺陷的疲勞壽命可與適當的斷裂力學分析很好地吻合。

　　但是，必須對管線進行適當的評估，并進行適當的維修，以確保有效緩解由裂紋狀特征引起的對管道安全的威脅。經過適當設計的結構監測可用于收集評估有無維修的管道的預期壽命所必需的數據。

　　后，當管道中的內部壓力盡可能低時，應安裝針對裂紋狀缺陷的復合修理，修理的好處（疲勞壽命的延長）會隨著安裝壓力的降低而增加。