旧管道修复技术及其应用

旧管道修复技术及其应用*马文香唐燕杰陶其育王世兰郭华摘要介绍了旧管道三种内修复方法（塑料管穿插法、软管翻转法、管内涂布法）的施工工艺、特点、适用范围，对比了三种方法的优缺点及其应用的经济效益和社会效益。关键词管道输送旧管道内部修复中图分类号TU996.6+2TU996.8TECHNOLOGY FOR REPAIRING OLD PIPE AND ITS APPLICATIONMa WenxiangTang YanjieTao QiyuWang Shilan(Tianjin Public Utilities Research Institute, Tianjin 300100,China)Guo Hua(Tianjin City Gas Company,Tianjin 300073,China)ABSTRACTThe technology，characteristics and application limits of three methods (Plastic pipe intercrossing method, hose, reversed method and pipe internal coating method) for internal repairing pipe are introduced in this paper. Each advantage and disadvantage of three methods, as mentioned above, were compared, economy benefit and social benefit are also stated.KEY WORDSpipeline transport, old pipe，internal repairing1引言管道输送具有节能、方便、对环境无污染等优点，管道输送网络（包括供水管网、燃气管网、供热管网等）在城市和工业建设中有着重要的的作用。输送管网大多埋于地下，时刻面临着内外介质的腐蚀，随着使用时间的延长，腐蚀不断加剧，造成管道破损，引发巨大的经济损失。另外，在燃气管网和供水管网中都存在着不同程度的漏损，造成输送能力的下降，影响用户的正常使用，还会对环境和居民安全构成威胁。国内对因腐蚀而发生穿孔泄漏的管道主要采用打补丁、打卡子、以新换旧等方法解决。这样处理一方面内腐蚀的因素依然存在，不能根本解决问题；另一方面，采用传统方式动用大量机械设备，挖沟占地，对城市公用管网进行维修或更换，既不现实又耗时费钱。因此，研究既经济又有效的旧管道修复技术极为重要。旧管道修复技术在国外已经发展了近五十年，发达国家已采用不开挖或少开挖，在不影响路面交通的情况下，对原有旧管道进行修复，其系列化配套技术日臻完善。可分为三大类：一是管内涂布法；二是塑料管穿插法；三是软管翻转法。2施工工艺2.1管内涂布法管内涂布法一般采用聚合物、水泥砂浆及原浆涂料等材料，又掺入各种化学材料，使衬里满足多种介质的防腐要求。该法价格低廉、抗腐蚀性强、工艺简单，但对管道内壁的清洁度要求高，如果内表面清洗达不到施工要求，会造成衬里脱落；另外管内涂布衬里多数较薄，自耐压能力有限，可采用复合结构部分提高衬里的自承压能力。2.2塑料管穿插法塑料管穿插法是近几年发展起来的旧管道修复技术，塑料管插入金属管形成一种新的管道结构，使塑料的防腐性能和金属材料的机械性能合二为一，管道整体性能大大提高，可延长旧管道使用寿命4050年，已经发展到不停输、不缩径塑料管穿插。适合输气系统的塑料管材质以中密度聚乙烯（MDPE）管材为最佳，它即保持了高密度聚乙烯（HDPE）管材的刚性和强度，又具较好的柔性和蠕变性，工作压力一般为400kPa。塑料管具有良好的耐化学和耐老化性能，工作寿命至少为50年。塑料管的直径一般只需金属管的5090%，因为煤气管道内衬塑料管后可降低动力消耗15.2%，提高输气量10%，由于摩阻减少而引起的流量增加足以弥补因管径减小而造成的流量损失。国外塑料管制作水平比较高，能生产具有特殊功能的塑料管，即穿插前塑料管缩径变形，穿插后热胀复原紧贴管壁，达到不缩径修复旧管道。2.2.1管道停气穿插工艺这种工艺是在金属管道停气的情况下插入塑料管，其优点是施工比较安全，缺点是用户正常用气受到影响。施工程序如下。(1) 在旧管道两端及每个支管的连头处挖掘操作坑，利用原有的施工图纸挖出管线上的阀门、弯头、变径接头等影响塑料管穿插的配件。操作坑的深度低于管道50cm，宽度L=d。其中：L操作坑宽度；d管道埋地深度；塑料管口径。(2) 金属管道停气后，利用压缩空气把管道内的燃气吹扫干净。(3) 切割金属管道，长度至少1.5m，再切除管线上的弯头、大小头，卸掉阀门等阻碍塑料管通过的管件，在各连接处、插入端及穿出端的操作坑中进行干线切割，以上切割为气焊或冷切割，切割端应平整，以防穿插时损坏塑料管。(4) 清理管道内部，对待修管道系统的现状进行彻底检查，查明将要被除去的内部沉积物的类型，选用最适宜的技术手段进行清除，例如活塞刮、刮除机、喷沙、高压喷水等，高压水喷射技术效果较好。(5) 从金属管道中拉过一根4m长的塑料管，测试旧管道内壁对塑料管造成的损伤程度，表面划伤深度要小于塑料管壁厚的10%。(6) 在管线一端左上方安装一台机械绞车，再在管线另一端右上方安装一套塑料管的预热装置和熔接器。(7) 将左上方机械绞车的缆绳沿管段前端辊轮、管段、管段后端辊轮、加热器一一通过，与塑料管前端的钢锥尖相连，目的是把预热塑料管拉出，并插入管段内(如图1所示)。图1组装示意图(8) 启动机械绞车，通过缆绳将塑料管缓慢拉入加热器，塑料管在加热器中经受高温压缩成为缩径管，缩径管通过缆绳随压随拉，待塑料管压缩完一根后，紧接着又熔接上另一根，缩径管从右管段插入，从左管段穿出(如图2所示)。图2聚乙烯衬里穿插图(9) 缩径管两端伸出管段后，割掉钢锥尖，再将每个缩径管头安装上封闭塞，用一根输气管将一个封闭塞与压缩机相连，通过压缩机将空气充入缩径管内，压力在0.20.6MPa，经过24小时，缩径管与金属管内壁紧密接触(如图3所示)。图3缩径管膨胀装置较长的燃气管道应分成几段进行穿插，因为如果超过塑料管的拉伸屈服点，容易发生破坏，每段长度一般控制在300750m之内，可用电熔焊接法将各段连接到一起。封闭端头进行打压试验。2.2.2管道不停气穿插工艺管道不停气穿插工艺特点是更新施工时不影响正常输气，但现场存放的泡沫材料有中毒的危险，因此必须严格执行施工程序，采取防范措施。(1) 操作坑：在管段的两端挖掘操作坑，尺寸同前，但每个坑的宽度应增加50100cm。(2) 旁通管：在插入端和穿出端安装旁通管（塑料管穿插方向与供气方向相反），安装位置如图4所示，在不停气穿插施工期间，气体从金属管与塑料管之间的环形空间通过，其流量计算公式为：式中：P1、P2进、出口绝对压力，kPa；L管段长度,m；Q气体流量，m3/h; R系数,R=8.26510-3。根据计算出的流量选择对应的旁通管规格。(3) 阻流气包：在图4所示的A、B、C、D处钻孔安装阻流气包，阻断气流，钻孔尺寸如表1。图4旁通管阻流气包和插管配件的位置示意图表1钻孔尺寸钢管尺寸（mm）钻子尺寸（IN）603/48811/411411/21683232(4) 切割：打开旁通阀，使气体通过旁通管流过，在插入坑和穿出坑中切割金属管道，切割长度同前，清除管道内壁，在切割端安装插管配件、和盲板(如图4所示)。(5) 插入：塑料管每5m做一标记，用钢帽封头，推入插管配件，直到阻流气包C附近(如图5所示)，去除阻流气包C用钢塞封堵该处钻孔，塑料管继续向前推，一直推过阻流气包B，进入插管配件(如图6所示)。图5塑料管插到阻流气包C附近图6塑料管管即将穿出钢管(6) 穿出：从注油嘴注入黄油之后，打开插管配件的压盖，使塑料管穿出，直至临时盲板处，摘掉钢帽与管道连接。(7) 注入发泡剂：在阻流气包B、C处注入聚氨酯发泡材料，直至泡沫块在环形空间中占据0.20.3m的长度,去除插管配件和,向钢管端头注入发泡材料, 保证气体不会泄漏(如图7所示)。图7塑料管穿插后去掉插管配件并设置密封(8) 试压：使用氮气对塑料管进行试压。由于塑料管对非氧化性酸、碱和盐溶液具有良好的耐蚀性，且无毒、无污染，对燃气中的CO2稳定，因此适用于污水管、饮用水管、成品油及天然气等大部分旧管道的修复。但塑料管穿插法需要大量高精尖设备，其中有些还在研究中，另外，它对施工工人的素质要求较高，需要掌握电熔接、热熔接等技术。2.3软管翻转法软管翻转法是将一种用纺织材料做成的高强度薄衬管插入须修复的管道，用压力将其反翻内衬在金属管的内壁上，热固化后形成“管中管”。这个衬管技术与“翻手套指头”近似，其主要特点是不缩径，适合多种材质、形状的管道，较其它内修复技术工艺先进，适应性强，安全可靠，管道使用寿命可延长50年。我国研究成了复合结构内衬法修复工艺，1993年用于油田DN250旧管道的修复，1995年用于DN600过河供水旧管道的修复，取得良好效果。这种衬管由两部分组成，一部分是起支撑作用的环状织物，一部分是起保护作用的聚合物涂层，涂层紧紧粘合在织物上，厚度小于3.5mm。其具体施工工艺如下：(1) 挖操作坑，切割旧管道，进行管道清理，方法尺寸同前。(2) 内衬管的准备：将内衬管在翻转压力装置里用环氧树脂浸渍（适合管道内输送流体的材料）。(3) 翻转内衬施工：将翻转压力装置放置在插入坑前，翻转压力容器所施加的压力把衬管的里面翻到外面，使原来在外面的涂层随着翻转过程的进行，逐步翻到里面，直到树脂浸透的织物与管壁接触，如图8所示。图8翻转内衬施工示意图(4) 树脂的固化：当衬管向前移动到穿出端时，衬管停止移动，在该管道中插入数根与一台冷凝器相连的抽气管，然后在翻转压力容器中加入蒸汽，蒸汽所带来的高温可加速树脂的固化过程，固化时间取决于下列因素：处理的长度、管径、土地条件、所用蒸汽锅炉的功率以及压气机的流速，一般为24h。(5) 端头处理：树脂固化后，在管道两端切断衬管，各放置一个留置套环，并以快速凝固法加上涂层，与原管道法兰连接，不须用加热焊接方法。(6) 验收测试：包括目测检查（或摄像机辅助观察）和耐压试验。翻转内衬管具有很高的耐内部压力和承受地面各种运动等优点，选用不同的树脂和涂层，可满足不同输送介质对防腐的要求，因此可以应用于污水管、饮用水管、煤气管、化学品集输管、原油集输管等所有管道的修复，而且软管翻转法施工设备较简单，是比较理想的旧管道修复技术。上述三种方法均属于内修复范畴，其比较见表2。表2三种方法比较比较项目塑料管穿插法软管翻转法管内涂布法适用管线大部全部金属一次施工长度100750m（缩）350600mm1Km适用管径500mm以下751 000mm630mm以下通过90弯头不能能能与原管壁粘合不粘合不粘合粘合支管、泄漏点封闭处理不需要不需要需要变径1020%或不变不变不变对清管要求不严格不严格严格需要用能设备多少少3结语旧管道修复技术的实施，增加了管道的使用寿命。据报道，塑料管安装费用低于钢管安装费用50%，而穿插法又比埋地法节约费用3040%。软管翻转法的工艺造价是新铺设一条相同钢管道的4856%，另外该工艺不开挖、占地少、无污染，比挖沟换管工艺又节省了大量支付环保、占地赔偿等费用，而且该工艺可对难施工