管道穿插HDPE技术原理

1、一、管道穿插HDPE技术原理高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，以后简称HDPE ）塑料管具有极好的化学稳定性、超低的摩擦阻力系数、优异的耐磨性能和良好的抗冲击性能以及适应温度范围较宽、 承压能力好、耐老化等突出的优点，因此在管道工业界越来越得到广大使用者的高度重视。对腐蚀严重或泄露的旧铁管和钢管，内衬HDPE构成结构性复合管，可达到恢复管线功能、延长使用寿命的目的。性能优异的HDPE管能大幅度地提高在线旧管道的承压能力、耐腐蚀性能和输送能力，而修复成本仅为新建管线综合费用的50%左右。因此，内衬 HDPE管修复在线旧管道，具有明显的经济效益和社会效益。尤其是在城

2、市不可开挖地段对不能以新汰旧的管线进行重建的情况下，效益更为显著。为此，柯林瑞尔公司从 1994年开始，借助石油大学技术力量雄厚、实验设备先进的优势， 对穿插HDPE管修复在线旧管道技术进行了研究，开发出异径HDPE管缩径穿插自动复原贴合技术和无法兰特殊接头连接技术，取得十二项国家发明专利和实用新型专利，开创了管道防腐或修复技术的又一新领域。该技术为国内首创，可成功地解决供水、燃气、石油管道的防腐及在线旧管道的非开挖修复问题。、原理与方法L异径HDPE管谿径穿插自动貼合技术*瞬竟郵i异径HDPE管缩径穿插自动贴合技术的原理如图1所示。该技术设计使用改性热塑性 HDPE管，它具有变形后能自动恢复

3、原始物理形状的特性。选 用的内衬HDPE管的外径比待修复主管道的内径略大一些。穿插时，让连接好的HDPE管首先通过专门设计的滚轮缩径机。从缩径机出来的HDPE管的直径将缩小10%左右，小于待修复主管道的内径。直径比主管道内径小的HDPE管，在一定的牵引力和一定的速度下很容易拉入主管道。 拉力撤消以后，聚乙烯管慢慢恢复到原来的直径，数小时后内管与外管紧紧结合在一起。实验表明，HDPE管从缩径机出来时，直径稍微有些增大，而后在一定的拉伸力作用下， 直径便稳定在所设计的数值，直到拉力被撤消。在整个穿插过程中直径的变化规律如图2所示。图2穿菇过程中HOPE管直径的娈化心对于一定的收缩比，所需的拉伸力与

4、HDPE管的屈服强度和横截面积成正比关系:式中：一拉伸力，千牛；系数，取值与 HDPE管的直径和收缩比有关；HDPE的屈服强度，千牛/厘米2;HDPE管的横截面积，厘米 2。在穿插过程中，为确保HDPE管不被拉断，最大拉伸力不能超过材料屈服强度的二分之一。据此由公式可以计算出对应于一定直径和收缩比的HDPE管的最大允许壁厚。2 无法兰特殊接头连接技术和高温压制复合法兰接口技术各穿插段管道的连接采用已取得专利的特殊接头连接，可实现全线无法兰连接。另外可根据用户需要设计使用在管端高温压制聚乙烯与钢法兰紧密结合的复合法兰的连接方法，如图3所示。图3复合法兰连接方法首先，将多余的HDPE管按预定的长度

5、切下， 聚乙烯隔热加固垫安装在伸出的HDPE管上,再加一个限流金属环。然后，用专门设计的复合法兰高温压制装置，将伸出的HDPE管加热到压缩成型所需的温度，压缩HDPE管形成聚乙烯与钢法兰紧密结合的复合法兰，用以连接相邻的两段管道。这种管道连接方法通过衬管与主管法兰端面拟合，可在衬管与主管之间和两管段之间形成有效的密封，具有很高的承压能力。3 主要设备(1) 缩径机：用于暂时缩小 HDPE管的直径。设计的缩径机由液压马达驱动的多级滚压轮构成，靠滚轮滚压缩径。本设计具有能耗低、无级变速、速度自动耦合、操作简单方便、运行 可靠等特点。HDPE管通过缩径机后，直径可缩小10%。(2) 牵引装置设计的牵

6、引装置由绞车、导向滑轮、钢丝绳和牵引头等组成。绞车为柴油机驱动，能自动显示和记录牵引力、牵引速度和长度，最大可提供400千牛的牵引力。(3) 热熔焊机 采用热熔焊技术连接 HDPE管。为了形成连续长度(每根约 12米长的HDP E管需要仔细地进行熔融对接， 并对每一道焊缝进行探伤检查， 外部焊道应光滑无裂缝。实 验表明，熔融焊接的强度高于管体本身的强度。(4) 特殊接头制作装置采用具有记忆和防腐性能的特殊材料，由专有机具制作可焊接的特殊接头(5) 复合法兰高温压制装置 该装置由加热系统、 液压系统和固定系统组成。 可将聚乙烯衬管 加热到一定温度后压紧在主管法兰端面上， 构成紧密结合的复合法兰，

7、 在相邻两管段之间实 现有效连接。(6) 管内自动摄像探测系统该系统可在管内跨越障碍物爬行3KM以上，并通过遥控系统对管内的状况进行三维摄像，可准确地探测出管内结垢、锈层及接口、铸馏等情况，这对铸铁管和水泥管的修复尤为重要。(7) 管线物理清洗设备 从美国进口的高压水射流清洗设备及长输管线PIG物理清洗除馏系统，可有效地清除管内污垢、锈层、铸馏及焊馏，为穿插成功提供必要的保证。三、施工工艺施工前，设计和工程技术人员首先应沿着旧管线铺设路径进行现场勘察，对管线的历史、目前的状况及周围环境等做详细的调研，确定合适的开挖地点和切断位置，作好工程设计和施工计划，然后按设计和计划进行施工。异径HDPE管

8、穿插法修复在线旧管道的施工工艺方法如下：1旧管线改造和处理首先，按设计的长度开挖断开旧管道，并在管段的两端焊接法兰盘或特殊接头。开挖断开长度根据选用的HDPE管的直径、壁厚、屈服强度和现场环境条件来确定。推荐的管段长度 一般不超过1500 m。若管段过长，HDPE管可能会承受较大的拉应力，以至于超过其屈服 强度而受到损伤。其次，对管道进行清洗，彻底清除管道内的杂物、管壁上的结垢、锈层及 其它附着物。推荐采用 PIG物理清洗工艺，清洗速度快、质量好，并能起到通径的作用。2 HDPE管焊接和检查在现场将单根HDPE管连接成一定长度的管段，连起来的HDPE衬管段比待修复的主管段至少要长30m。焊接完

9、后，要切除 HDPE管在热熔焊接时所产生的焊瘤，使其表面光滑平 整以保证穿插顺利和紧密贴合。整体接好后，HDPE管进行探伤和试压检查，确保衬管连接3 .试样HDPE管段试穿插正式穿插前，先用一段试样HDPE管段进行试穿插，主要目的是： (1)检查待修复主管的通径；(2)确定摩擦阻力的大小；(3 )检查试样衬管的表面损伤情况，了解待修主管的 内表面状况。若试穿插遇阻或者表面损伤严重，须对待修主管做进一步的处理。4 缩径穿插HDPE衬管将牵引头固定在 HDPE衬管的首端，接好牵引缆绳。同步启动缩径机和牵引绞车，按照规 定的速度均匀牵引 HDPE衬管通过缩径机缩径后进入待修主管道的一端，从另一端拉出

10、设 计的长度。在穿插过程中，操作者要严格监控HDPE衬管段的应力大小，防止超过其拉伸屈服极限。5 制作特殊接头和压制复合法兰穿插结束后，立即用接头制作装置或复合法兰高温压制成型装置在管段两端压制复合法兰。这一工序要在HDPE衬管尚未完全复原贴合之前完成。这样， HDPE管完全复原后所产生 的拉伸力可使聚乙烯法兰盘与主管法兰更加紧密地贴合在一起。当相邻的两段旧管道内衬完毕后，用特殊接头或法兰连接在一起。6 .弯头及三通对于管线中的弯头和三通一般需进行改造，预制和原管线相匹配的防腐弯头及三通；而对于大于135的弯头，无需进行改造，可直接进行穿插。7 .收尾工作试压，回填，试运行，验收合格后结束。四

11、、技术特点与经济效益异径HDPE管穿插法修复在线旧管道技术具有以下特点：(1)、HDPE管材化学稳定性极好，一般的酸、碱等因素都不会使其腐蚀或损坏，也不会滋 生细菌、微生物或结垢生锈，管材本身无毒。、优异的耐磨性能：德国用分别含有7 %和14 %石英沙的水(流速为 7m/s )对HDPE管及钢管进行了磨损实验，结果表明，HDPE管的耐磨性为钢管的 4倍。、HDPE管的摩擦阻力系数极小，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93.6 %，使用1020年球墨铸铁管的87.8 %，水泥管的90.7 %。、衬有HDPE管的管系具有较高的承压能力：壁厚为 7mm的旧钢

12、管(多处穿孔，最大 穿孔直径为12mm )内衬HDPE管后，承压能力达到 3MPa。(5)、管道整体性能好，质量可靠经穿插HDPE管修复后的管道，充分发挥了各层材料的特点。HDPE管是一种改性热可塑性材料，这种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、抗冲击性能等大为提高，为延长原管线的使用寿命提供了可 靠的保障。、成本低，寿命长用该技术进行旧管道修复，可以大幅度降低综合成本，提高原管线的使用寿命，正常情况下， 可节约管道成本 50%，延长管道寿命可长达 50年。(7) 、修复速度快，一次性修复距离长穿插HDPE管速度可达15-20m/mi

13、n，一次可穿插1-2km。对于生产管线特别具有优越性， 在准备充分的条件下，可以大大缩短停产时间，并且大幅度降低开挖工作量，及因开挖所造 成的赔偿费用。(8) 、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，亦可按用户要求订做。(9) 、非开挖原位修复，可避免对市内交通、建筑物和特殊地区的影响。(10) 、使用范围广本技术适用于 0 75mm- 1200mm的铸铁管、水泥管、钢管等各种材质管线。可广泛地应用 于天然排污管道、市政气，煤气，输油管道，注水管道、高压管道、工程管道以及各类工业 管线、海底管线的仿腐和修复。五、结束语异径HDPE管穿插法修复在线旧管道技术为国内首创，为腐蚀和磨蚀严重的钢铁管的防腐和修复提供了一种经济有效的手段。该技术可成功地用来修复直径在3到36英寸(即75毫米至于900毫米)的多种的管道(如天燃气管道、输油管道、注水管道、排污管道、煤气管道、自来水管道等)，可应用于市政、油田、电力、化工等行业的管道防腐与再建。六、主要工程实例1、张家口市宣化区供水公司1Km 400mm 自来水铸铁管线穿插聚乙烯管修复工程。2、 张家口市宣化区供水公司 2.5Km 500mm自来水水泥管线穿插聚乙烯管修