一种油气管道复合修复补强材料、制备方法及应用与流程

本发明涉及地面工程管道和场站完整性管理，具体为一种油气管道复合修复补强材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、随着油气行业的不断发展，已经建成了大量长输油气管道及油田现场分布广泛的集输管线，尽管在各种管道的建设前期都对管道表面进行了防腐涂层、包覆防腐材料等处理，但是随着管道运行时间延长，由于管道表面防腐技术的差异、施工因素、人为破坏、埋地管线的地质因素变化、材料疲劳，管道不可避免的会出现表面腐蚀、腐蚀坑、机械伤害等管道缺陷，如果不加以重视，进行定期巡检，及早排查修复，后期必将会出现穿孔泄露等失效事故。对于管道的建设维护，应遵循定期管道检测，根据检测数据，依据相关标准和规范进行评估，确定维修补强方式，这一科学的管理模式，才能确保管道运营的长期安全可靠。

2、对于管道的维修补强技术，目前使用的较多的管道修复工艺主要分为三大类:焊接类、夹具挤压和复合纤维。焊接类主要就是在缺陷位置补焊金属，从而恢复管道性能，但也存在现场动火，改变管道局部位置的金属性能。夹具类的修复方法针对维修强，泄露或者外腐蚀坑小于80％壁厚的缺陷可以进行临时性的修补，如果使用环氧套筒夹具可以对各种外腐蚀缺陷形式进行永久性的修复。利用复合纤维法对管道进行维修补强的技术，该修复补强技术主要是利用纤维材料在纤维方向的高强特性，与高强粘接树脂进行复合缠绕包覆在管道外，恢复管道的服役强度，该方法操作施工时可以在带压状态下不动火操作，纤维材料的弹性模量，抗拉强度较高，承受载荷能力较大，缠绕方式灵活，可对弯管、三通和大小头等不规则管件进行修复。目前与纤维材料复合的高强粘接树脂主要是环氧树脂胶粘剂，环氧树脂胶活性基团大，可以与多种物质之间建立起极强的粘接力，耐腐蚀，耐酸耐碱适应环境性强。

3、但是，尽管环氧树脂胶其粘接强度较大，由于其本身的特性，在未固化前是液体状态的单体分子或未交联的长链分子间的作用力为范德华力，分子间距离较大；聚合或交联后，结构单元之间处于共价键距离，因此导致了聚合物体积的收缩。体积收缩对聚合物来说是致命的缺陷，如造成聚合物老化加快、变形、综合性能下降等，尽管后期可通过增加增韧剂、添加填料等措施降低体积收缩率，但也不能从根本上解决这一问题，因此环氧树脂在与纤维材料复合缠绕修复管道时，也会遇到这一问题，也会导致出现复合纤维复合修复层出现体积收缩，降低其综合性能。

4、因此，亟需一种体积收缩率小的环氧树脂胶黏剂，以保证复合纤维修复层的综合性能，从而保证管道修复的可靠性。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的环氧树脂体积收缩导致的复合纤维修复层的综合性能下降的问题，本发明提供一种油气管道复合修复补强材料。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种油气管道复合修复补强材料，按质量比为100:(25～35)的a组分和b组分；

4、其中，a组分按质量百分比包括以下原料组分：30％～50％的e-44环氧树脂、5％～15％的c12-14脂肪缩水甘油醚、5％～15％的端羧基丁腈橡胶、2％～8％的丁腈-40、10％～20％的滑石粉、2％～8％的石英粉和10％～20％的n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯；且n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯的结构式为：

5、b组分按质量百分比包括以下原料组分：40％～60％的乙二胺、2％～8％的dmp-30和30％～58％的甲醇。

6、如上述油气管道复合修复补强材料的制备方法，包括以下步骤：

7、制备n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯；

8、利用n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯制备a组分；

9、制备b组分；

10、s4：利用a组分和b组分制备油气管道复合修复补强材料。

11、进一步地，制备n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯的具体操作为：

12、步骤一：利用2-丙炔氨基甲酸叔丁酯、dmf、氢化钠、3-溴丙烯和乙酸乙酯，制备2-丙烯基-2-丙炔基氨基甲酸叔丁酯；

13、步骤二：利用2-丙烯基-2-丙炔基氨基甲酸叔丁酯、dme、水和八羰基二钴，制备n-boc-六氢-5-氧代环戊[c]并吡咯；

14、步骤三：利用n-boc-六氢-5-氧代环戊[c]并吡咯、甲醇和硼氢化钠，制备5-羟基六氢环戊[c]吡咯-2(1h)-羧酸叔丁酯；

15、步骤四：利用5-羟基六氢环戊[c]吡咯-2(1h)-羧酸叔丁酯、dcm和hcl，制备5-羟基-3-氮杂双环[3.3.0]辛烷盐酸盐；

16、步骤五：利用5-羟基-3-氮杂双环[3.3.0]辛烷盐酸盐、n,n-二异丙基乙胺、dcm和甲基丙烯酰氯制备n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯。

17、优选地，步骤一中，2-丙炔氨基甲酸叔丁酯、dmf、氢化钠和3-溴丙烯的摩尔比为(11～15):(190～200):(11～17):(11～17)；dmf与乙酸乙酯的体积比为3:(3～5)。

18、优选地，步骤二中，2-丙烯基-2-丙炔基氨基甲酸叔丁酯、dme和八羰基二钴的摩尔比为(600～630):(7500～7850):(295～315)；dme与水的体积比为(3～5):1。

19、优选地，步骤三中，n-boc-六氢-5-氧代环戊[c]并吡咯和硼氢化钠的摩尔比为1:1。

20、优选地，步骤四中，5-羟基六氢环戊[c]吡咯-2(1h)-羧酸叔丁酯和dcm的摩尔比为121:(2300～2450)；hcl的浓度为4m，且dcm与hcl的体积比为1:1。

21、优选地，步骤五中，5-羟基-3-氮杂双环[3.3.0]辛烷盐酸盐、n,n-二异丙基乙胺、dcm和甲基丙烯酰氯的摩尔比为(8～12):(22～27):(370～410):(8～13)。

22、利用上述制备方法制备的油气管道复合修复补强材料，该补强材料的拉伸强度达42.8mpa，拉伸模量达5.2*103，断裂伸长率达3.67％，弯曲强度达90mpa，压缩强度达3.1*103mpa，线性收缩率达0.000127cm/cm，固化收缩率达0.14％。

23、如上述油气管道复合修复补强材料，在油气管道修复中的应用。

24、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

25、本发明一种油气管道复合修复补强材料，该材料包括a组分和b组分，a组分包括e-44环氧树脂、c12-14脂肪缩水甘油醚、端羧基丁腈橡胶、丁腈-40、滑石粉、石英粉和n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯，b组分包括乙二胺、dmp-30和甲醇，通过a组分和b组分的结合保证环氧树脂综合性能的同时，通过a组分中n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯的添加，利用n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯双环结构，参与环氧树脂聚合之后，能够支撑聚合链，使得整个环氧树脂体系收缩降明显降低，从而避免环氧树脂体积收缩导致的复合纤维修复层的综合性能下降的问题。

26、本发明还提供一种上述油气管道复合修复补强材料的制备方法，该方法通过制备n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯；利用n-甲基丙烯酰基-5-羟基六氢环戊[c]并吡咯制备a组分；制备b组分；利用a组分和b组分成功制备油气管道复合修复补强材料，方法简单易操作，适于产业化。

27、利用上述方法制备的油气管道复合修复补强材料拉伸强度达42.8mpa，拉伸模量达5.2*103，断裂伸长率达3.67％，弯曲强度达90mpa，压缩强度达3.1*103mpa，线性收缩率达0.000127cm/cm，固化收缩率达0.14％，具有非常好的综合机械性能以及极低的线性收缩率，可有效避免因环氧树脂的体积收缩导致的老化加快、变形及收缩性能下降的缺陷。

28、如上述油气管道复合修复补强材料在油气管道修复中的应用，利用上述油气管道复合修复补强材料与纤维布复合对油气管道进行修复补强，弹性模量，抗拉强度较高，承受载荷能力较大，缠绕方式灵活，可对弯管、三通和大小头等不规则管件进行修复，耐腐蚀，耐酸耐碱适应环境性强，综合性能俱佳。