钢制管道是石油化工工业中的基石,在油气井钻探、油气输送、天然气储存、石化装置中广泛应用。很多管道已经服役多年开始老化,很常见的会由于腐蚀、机械损伤、人为破坏和自然灾害等原因出现缺陷。缺陷的存在严重影响了管道的性能和安全,需要及时修复。碳纤维复合材料修复技术作为一种简便、可靠、安全、高效的新型修复方式在管道修复中的应用日益广泛。本文通过有限元计算分析和实验对碳纤维修复缺陷管道技术进行相对具体的研究。对外壁带局部均匀减薄缺陷的管道进行有限元计算分析。研究了缺陷处的应力分布及变化,得出了缺陷环向边缘处等效应力最先达到屈服强度,整个缺陷处等效应力几乎同时达到抗拉强度。对比了缺陷出现在直管和弯管上的区别,其中直管和弯管规格相同且弯管壁厚按照规范进行了加厚处理,结果表明,缺陷出现在弯管上时,无论弯管曲率半径和缺陷位置如何变化,其强度总略高于带相同缺陷的直管,但差别不大。探究了缺陷轴向长度、缺陷环向长度、缺陷深度对管道强度的影响,得出缺陷深度为管道强度的最关键影响因素。对碳纤维修复后的缺陷管道进行有限元计算分析。根据缺陷管道强度分析结果设计典型算例,通过算例管道修复前后缺陷处应力随加载历程的变化得出荷载在衬底管道与碳纤维修复层之间的传递情况。探究了碳纤维修复层结构尺寸对修复效果的影响,结果表明,碳纤维修复长度在满足最低修复长度后继续增加对管道的强度并无提升;碳纤维修复厚度的增加能不断提升缺陷管道弹性变形阶段的强度和管道的极限强度,极限强度的提升上限受限于完整管道段;未达到极限内压时修复后管道破坏都因修复厚度不足碳纤维层率先发生断裂所导致。依据碳纤维修复效果研究,确定了以设计内压下修复后管道外部碳纤维层最大环向应变不超过材料许用应变为修复标准最为合适。设计加工6个带均匀减薄缺陷管道试件,并对其中三个对照组试件进行碳纤维修复,然后分别对试件进行压力循环实验和液压爆破实验。压力循环实验结果表明,相对深度不超过60%壁厚的均匀减薄缺陷对管道的疲劳性能并无影响。液压爆破试验结果表明,缺陷的存在大幅削弱了管道的极限承载能力;进行碳纤维修复后,管道的爆破内压得到显著的提升,缺陷处的塑性变形得到有效的约束,修复效果十分理想。