埋地钢质管道内衬修复技术

埋地钢质管道内衬修复技术埋地钢质管道内衬修复技术 我国油气田大部分油气管道已运行 20 多年 每年用于旧管 道维修 更新的费用约占新建管道工程建设投资的 10 20 还有不少管道投产 2 3 年即腐蚀穿孔 泄漏事故 时有发生 污染环境 造成生产事故 一旦难以修补时 往往 再建一条新管道而将原有的旧管道废弃 严重危害油气田正常 生产秩序 经济损失巨大 除石油工业外 全国 344 座城市供水管道 总长度约 58 000 km 1994 年统计资料 全年供水量近 140 亿吨 漏失量占 7 57 为此每年多耗电 3 3 亿度以上 且浪费大量的水资 源 城市煤气 天然气 管道也存在类似问题 全国有煤气设施的 城市约 150 座 北京 天津等九市的煤气管道近 10 000km 煤 气管道运行一定时间后需要清堵 维修等作业 当上述管道腐蚀穿孔时往往采取打卡子 补焊或换管段等 维修措施 但造成内腐蚀的因素还存在 时隔不久会再次腐蚀 穿孔 旧管道修复技术采用不开挖或少开挖 在不影响路面交 通的情况下将原有废旧管道进行修复 使其重新投入使用 因 此旧管道修复技术十分适用于城市煤气 供水 供热管网及石 油工业 污水处理厂等旧管道的更新 埋地旧钢质管道内衬修复技术在国外已开发应用了近半个 世纪 进入 20 年纪 80 年代以来已成为系列技术 专业化施工 成功地修复了 dn50 1000 mm 的几千公里的废旧管道 例如 应用该技术对英国航空公司的地下输油管道 3 6 km 一次性修 复 对比利时西北部的一家大工厂 300mm 5 8 km 输送硫 酸管道的成功修复 对荷兰南部的 femmcuxen 公司 3 km 长的 地下水管道 1000mm 的水泥地下管道的开裂及局部破碎的修 复 对香港市中心的地下水管 380 260 不同的管径两条供 应海水冷却系统的管道及污水管道总计约有几十公里进行了内 衬修复并投入使用 已运行了 5 年 未见泄漏现象 无数的实 例证明 这种修复技术 无疑对我国管道技术的发展产生深远 影响 其经济效益评估见表 6 22 表 6 22 经济效益评估的比较 项目旧管修复技术旧管换新管 施工费 用 50 65 100 施工时 间 短长 施工范 定点开挖作业孔全线开挖 围 施工设 备 依照工艺流程先后调 度 合大型设备长期在现场 重建寿 命 至少 30 年平均 20 年 环境影 响 无污染 尘土 噪声 泥土等污染 严重 交通状 况 不影响中断或受阻 1 内衬修复工艺技术 目前国内旧管道修复技术的开发研 究已经从实验室的研究转向了工程应用开发 形成了较完整配 套的技术结构 从材料到施工技术 专用设备均能满足工程应 用 旧管道内衬修复技术有以下几种工艺 内穿插法 料管采用塑料管或纤维增强管 与旧管道内 壁不完全贴合 承压靠内插管及环状充填料的传递 由于管径 有所缩小 输送能力略有降低 但从管壁摩阻减小考虑 将会 有利于提高输送能力 适用于低压输送的煤气及天然气管道的 修复 内衬塑料管法 将塑料管紧密贴合 或称微隙内衬 于旧管 道内壁面 形成内衬道 钢塑复合管 该法一次内衬施工可达 1 km 左右 可用于高压输送管道 纤维增强的涂料整体内涂法 旧管内壁进行清理 然后 用纤维增强的高固体分涂料进行整体内涂 形成管中管 一次 施工可达 1 20km 适用于高压 高温的输送管道 软管反翻内衬法 采用具有防渗透保护膜的无纺毡管 经树脂浸渍后 将软管翻衬紧贴在旧管上 热固化后在旧管内 形成一条紧固 光滑的新管 可适用于各种类型和形状的管道 及钢管道 输送介质可为 70 的油 气 水等 塑料薄膜衬缆衬里法 用热塑性塑料薄膜或夹有金属箔 的复合膜制成的衬管 外壁涂以压敏胶沿轴向经折叠 压缩 粘合成实芯绳索状的衬缆芯 外面包覆着可以沿纵向撕裂的衬 缆皮 衬缆可以制成任意长度 类似电缆和光缆那样缠绕在缆 盘上 存贮运输都很方便 衬里时可以像拉一条长长的缆绳一 样拉入旧管道 通过造成衬缆内外的压力差 胀开衬缆皮复原 环形衬管 以其外壁上的压敏胶带黏结在管道内壁上形成内衬 层 适用于城市管网的煤气和上 下水中小口径的管网修复 衬缆衬里法是目前最快速 最简便 费用最少的一种衬里 方法 2 旧管道内衬修复技术的特点 旧管道修复技术可适用于 油 气 水及其他化学介质管道 该技术特点如下 对于埋地旧管道不需全面开挖即可进行整体内衬修复 施工时 通常只需每隔一定间距开挖一操作坑 分段进行修复 然后连管复原即可完成修复工作 不影响交通及环境 修复作业快 在现场施工 并网试用及质量检查等现场 作业 以 1 2km 管道为例一般可在 3 4 周内完成全部现场作 业 成本低 旧管道修复 再生利用的投资相当于新建一条 管道总投资的 50 65 根据不同的修复方法及使用工况 旧管道修复后 可望 继续使用 10 30 年 3 非开挖穿插高密度聚乙烯管在线管道修复 用高密度聚 乙烯 hdpe 塑料管修复腐蚀严重或泄漏的旧管道 内衬 hdpe 复 合管 可达到恢复管道功能 延长管道使用寿命的目的 高密度聚乙烯塑料具有较好的化学稳定性 摩擦阻力系数 小 耐磨抗冲 耐压 耐老化 适用温度较宽 内衬 hdpe 复 合管能提高在线旧管道的承压能力 耐腐蚀性能和输送能力 修复成本仅为新建管道综合费用 50 左右 成功地用来修复直 径 75 900 mm 3 36 in 多种管道 如天然气管道 输油管道 注水管道 排污管道 煤气管道 自来水管道等 可用于市政 油田 电力 化工等行业的管道防腐与修复 原理与方法 高密度聚乙烯塑料管 缩径穿插自动复原 贴合和无法兰特殊接头技术 成功的解决于供热 燃气 石油 管道及在线旧管道的非开挖修复问题 使用改性热塑料 hdpe 管 它具有变形后能自动恢复原始 物理形状 选用的内衬 hdpe 管的外径略大于修复主管道的内 径 穿插时通过滚轮缩径机 从缩径机出来的 hdpe 管的直径 将缩小 10 左右 小于待修主管道内径 在牵引力和速度下容 易拉入主管道 聚乙烯管外径与主管道内径紧密结合在一起 工作原理示意如图 6 35 所示 技术特点 异径 hdpe 管穿插法修复在线旧管道技术具有 以下特点 a hdpe 管材化学稳定性非常好 一般酸碱都不会腐蚀 不会滋生细菌 微生物或结垢生锈 管材本身无毒 b 优异的耐磨性能 德国用分别含有 7 和 14 石英砂的 水 流速为 7 m s 对 hdpe 管及钢管进行耐磨试验 结果表明 hdpe 管的耐磨性为钢管的 4 倍 c hdpe 管的摩擦阻力系数非常小 达到相同的输送流量 hdpe 管的内径只需新不锈钢管的 96 球墨铸铁管的 93 使用 10 20 年球墨铸铁管的 87 8 水泥管的 90 7 d 内衬 hdpe 管的管具有较高的承压能力 壁厚为 7 mm 的旧钢管 多处穿孔直径为 12 mm 内衬 hdpe 管后 承压能达到 3 mpa e 管道整体性能好 质量可靠 它充分发挥了各层材料的 特点 hdpe 管是一种改性热塑性材料 具有良好的物理化学特 性 特别是具有突出的耐磨性 使用寿命长达 50 年 使主体管 道的抗压 耐压 抗冲性能大有提高 f 旧管道修复成本为管道成本 50 寿命可达 50 年 g 修复速度快 一次性修复距离长 穿插 hdpe 管速度可 达 15 20 m min 一次穿插 1 2km h 全线焊接 无法兰 使用特殊接头技术 可以实现全线 焊接 无法兰 i 使用范围广 适用于 75 1200 mm 的铸铁管 水泥管 钢管等各种材质管道 应用实用 大港油田 沧州化肥厂天然气管道 529 全长 90 km 运行 26 年 腐蚀相当严重 用 hdpe 管穿插修复旧管 道 创造了大口径管道一次穿插 1 35km 的最长记录 4 管道穿插和翻衬技术应用在污水管道改造 齐鲁石化公 司乙烯改建工程 10 生产 生活污水管道 管径分别为 d400mm d500 mm d600 mm d650 mm d700 mm dll00 mm 管材全部采用钢筋混凝土排水管 全长共 6384 m 井原 为砖砌排水检查井 共 154 座 现管道腐蚀严重 致使管道漏 水 污染地下水源 所以必须对 l0 旧管道进行防腐 管道穿插技术 用高密度聚乙烯 hdpe 管插入金属或砼管 道后形成了一种新的管道结构 使 hdpe 管的护腐性能和原管 道的力学性能合二为一 从而大大提高了管道的整体性 使用 寿命可以延长 40 50 年 这种施工方法在美国 德国 英国 瑞典等国家均已被采用 在我国尚处于开发试用阶段 a 在穿插过程中 hdpe 管遇到的擦伤是确定 hdpe 管口径 的主要因素 金属管道内壁的毛刺 焊瘤以及管道的弯曲都会 对 hdpe 管表面形成损坏 hdpe 管口径越大 穿插越困难 表 面损伤也越大 据国外实践经验及资料介绍 hdpe 管的最大截 面可占钢管内径的 85 对于砼管道可以适当放大 美国科罗 拉多 publce 公司把口径 457mm 的 hdpe 管插入口径为 508mm 的铸铁管中 国外资料指出这是当前世界上间隙最小的穿插更 新工程 b 管径下限选择 主要是考虑冰冻影响 地下水会通过腐 蚀孔洞 钢管切割端进入 hdpe 管与钢管之间的环形空间 在 地下水位较高的北方地区 如果管径选用偏小 结冻膨胀后对 hdpe 管的向内 向外的径向压力有时会把 hdpe 管完全挤扁 因此设计时应进行认真核算 对于埋设在冰冻线以下的管道 可以不受此下限的限制 管径的确定 见表 6 23 表 6 23 管道穿插时管径确定 钢筋混凝土管径 mm 穿插的 hdpe 管径 mm 管长 mm d400de355 13 671181 d500de450 17 41140 d600de560 21 61230 d650de560 21 6920 d700de630 24 31199 c 流量计算 采用 hdpe 管进行穿插后不会造成流量的减少 这可通过下面分析来确认 排水管的流量按照曼宁公式进行计 算 q l n w r2 3 i1 2 6 14 式中 q 流量 m3 s n 粗糙系数 w 水流断面 m2 r 水力半径 m i 水力坡降 钢筋混凝土管粗糙系数 n 0 014 hdpe 管的粗糙系数 n o 009 当管径减小一级后通过公式计算可知 其流通能力 并不减少 若用在非满流重力管道中 则更能满足要求 d hdpe 管材特性 山东胜利股份有限公司塑胶分公司生产 de20 630 mm 承受压力 0 4 mpa 0 6mpa 1 0 mpa 的 hbpe 管 其性能与国外的同类产品相同 它质量轻 密度为 o 959 g cm3 约为钢管的 1 8 具有良好的挠性 不用加 热的情况下 可以管径 20 倍的弯曲半径装设 应用于管道穿插 中 具有良好的韧性 不会脆裂 具有挠性可弯曲且耐冲 在 60 60 的温度范围内不会因外力撞击而变形 耐腐蚀性好 耐化学介质 土壤腐蚀 可输送化学介质 不会产生降解作用 输汽油 酒精 苯 四氯化碳 原油 炼 油等碳氢化合物液体浓度达 5 这些物质会渗入管中 造成 环向应力降低 但对管子本质并无明显影响 hdpe 管内壁光滑及其本身的性能所致 其内壁不易结垢 特别适宜于输送易结垢的介质 阻力小 流量增加 hdpe 管可采用热熔或电熔焊接 形成了一个管道整体 爆 破实验表明 管道连接处非常牢固 hdpe 管特别适宜于输送腐蚀介质 并解决了管道接口及管 道本身由于腐蚀而造成的腐蚀介质渗漏问题 从而保护了环境 具有良好的社会效益 e 施工要求 利用高压水射流清洗方法 对管道中的污物 淤泥及结垢清除干净 挖掘操作坑 在插入及穿出端分别挖掘操作坑 利用热熔焊接法