U-HDPE內(nèi)襯修復技術施工應用初探

高淑萍

一、前言

穿插PE管內(nèi)襯修復技術是近幾年來興起的一種非全線開挖的舊管道修復方法,在全國推廣應用以來取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。該技術在國內(nèi)的推廣應用已有多年,但在鄭州市東風路燃氣管網(wǎng)修復中是首次應用,在河南燃氣行業(yè)的應用也是第一次,在鄭州市東風路U-HDPE內(nèi)襯管道修復工程中,出現(xiàn)了一些問題,暴露出該技術工藝的缺點和不足,我們結合工程實際情況,針對端口連接方式和PE管的穿插工藝采取了相應的改進措施,有效地解決了出現(xiàn)的問題,為以后的推廣應用奠定了基礎。

二、端口連接方式的改進

目前,在應用穿插PE管內(nèi)襯修復技術修復舊鋼管時,斷管處端口之間的連接常用的結構形式是法蘭連接,而這種結構不能滿足原鋼管外加電流陰極保護系統(tǒng)良好的電連通性。在鄭州市東風路燃氣管道首次應用穿插PE管內(nèi)襯修復技術中,需要保證原鋼管外加電流陰極保護系統(tǒng)良好的電連通性,為此我們根據(jù)以往的施工經(jīng)驗對原有的端口連接方式進行了改進,采用了焊接式結構,達到了預期效果。

(一)法蘭式連接結構及其優(yōu)缺點

法蘭式連接結構是應用鋼質(zhì)短節(jié)通過法蘭形式將兩端口連接,其結構示意圖如圖1:

圖1 法蘭式連接結構示意圖

該結構的工藝過程是:在原鋼管斷開后,先在兩斷開的端口處焊上鋼制管口法蘭,將內(nèi)襯PE管長出原鋼管的部分利用專用的翻邊設備進行翻邊處理,翻邊長度以不影響管口法蘭穿螺栓為準;根據(jù)原鋼管兩端口的間距并考慮兩個PE法蘭的厚度準確截取鋼質(zhì)短節(jié),并在鋼質(zhì)短節(jié)的兩端焊上與原鋼管管口法蘭相匹配的鋼制法蘭,原鋼管上的鋼質(zhì)法蘭與鋼質(zhì)短節(jié)上的鋼制法蘭通過螺栓連接,PE法蘭夾在兩鋼制法蘭中間,形成復合法蘭,PE法蘭同時起密封作用。

該結構的主要優(yōu)點是結構簡單,便于現(xiàn)場制作,成本低。

但該連接方式存在著以下幾個方面的問題:

1.由于管段間采用法蘭連接,僅靠法蘭的連接螺栓,電流通過的截面積小,原鋼管的外加電流陰極保護系統(tǒng)電連通性差;

2.法蘭連接部分的外防腐難度大;

3.利用法蘭及密封墊密封,效果不理想,密封墊容易變形老化;

4.PE法蘭是施工時將內(nèi)襯PE管拉出一段翻邊處理而成,經(jīng)過冷熱變化可能會使PE內(nèi)襯管縮短或伸長,縮短時,可能會縮進原管道內(nèi),這引起的嚴重后果是,兩個鋼制法蘭中間無密封,介質(zhì)會大量泄漏,嚴重影響管道安全運行。

(二)焊接式連接結構的原理及其優(yōu)缺點

在東風路燃氣管道修復的施工中,為了克服法蘭式連接結構的缺點,尤其是解決原有陰極保護系統(tǒng)的良好連通性問題,我們對原端口連接結構進行了改進,采用焊接方式。示意圖如圖2所示。

圖2 焊接式端口連接示意圖

具體的工藝流程如下:

1.原鋼管斷開后,先在原鋼管的兩個端口面上分別焊上已預制好的特制鋼質(zhì)法蘭;

2.對原鋼管進行清洗,達到清洗標準后,將內(nèi)襯PE管穿入鋼管內(nèi),將兩段內(nèi)襯PE管分別與兩個鋼塑過渡的PE管材端焊接在一起,形成內(nèi)襯PE管熱熔焊接口;

3.根據(jù)兩鋼塑過度間的距離截取一段長度適宜的鋼管,并與鋼塑過渡的鋼管端焊接;

4.截取一段鋼套管,長度為兩個特制鋼質(zhì)法蘭的間離,鋼套管的內(nèi)徑比原鋼管的外徑大200㎜以上,將鋼套管分兩半切開;

5.先將鋼套管的下半部分與特制鋼質(zhì)法蘭焊接,再將鋼套管的上半部分與特制鋼質(zhì)法蘭焊接,之后,將鋼套管的切割縫焊好;

6.在鋼套管的上端開進料孔和排氣孔,將水泥砂漿從進料孔注入,直至水泥砂漿從排氣孔溢出,說明鋼套管與內(nèi)襯PE管之間已完全填滿水泥砂漿,此時停止進料,進行振搗將套管的管腔充實;

7.待水泥砂漿完全固化后,將進料孔和排氣孔封堵好,固化后的水泥砂漿有一定強度,可固定內(nèi)襯PE管,同時也起到內(nèi)襯PE管的骨架作用,可承受較大壓力;

8.按相關規(guī)范要求,對端口連接部分進行特加強級防腐處理。

該結構的主要優(yōu)點是:(1)修復后的鋼管具有良好的電連通性,外加電流陰極保護效果好;(2)提高了端口連接部分的的強度,減少了外力對連接部分破壞的可能性,保障了管網(wǎng)安全運行;該結構的主要缺點是:(1)與法蘭連接方式相比,成本費用相對較高;(2)該結構較復雜,施工難度較大。

(三)該結構應用后的實際效果

東風路內(nèi)襯修復工程竣工后,經(jīng)現(xiàn)場測試,修復工程首端的陰極保護電位是-1.7V(相對于銅/飽和硫酸銅參比電極),末端的陰極保護電位是-1.1V(相對于銅/飽和硫酸銅參比電極),修復前原管道末端的陰極保護電位是-1.2V(相對于銅/飽和硫酸銅參比電極),這說明利用該焊接式結構修復后的管道電連通性良好,與原陰極保護電位相比損失很小,達到了理想的效果。

改進后端口連接結構取得了以下的有益效果:(1)豐富了穿插內(nèi)襯PE管修復技術斷管處的端口連接結構形式;(2)可廣泛應用于各種鋼管做穿插內(nèi)襯PE管修復時的端口連接,。

綜上所述,焊接式結構要比法蘭式結構的優(yōu)越性大,特別是在原管道有外加電流陰極保護系統(tǒng)的情況下應用,有著無可比擬的優(yōu)越性,有效地解決了穿插內(nèi)襯修復技術應用中陰極保護的難題,這種端口連接方式必將在以后的推廣應用中發(fā)揮更大作用。

三、PE管穿插施工工藝的改進

(一)施工過程中出現(xiàn)的問題及原因分析

2005年9月1 日晚,穿插第一段PE管,剛開始比較順利,牽引機工作正常,壓成“U”形的PE管行進速度也比較均勻。但當PE管進入原鋼管約80米時突然斷開,牽引頭從鋼管內(nèi)彈出,經(jīng)檢查是牽引頭處的PE管斷裂。我們經(jīng)過研究決定從末端將PE管拉出,但在回拉的過程中牽引頭處的PE管又發(fā)生斷裂,我們對牽引頭加固后再次回拉時,牽引機的鋼絲繩斷裂,使工程處于十分艱難和被動局面。出現(xiàn)這種情況,我們首先懷疑是PE管材的質(zhì)量不合格,于是我們委托河南省質(zhì)量技術監(jiān)督局對PE管材做了抗拉強度和斷面拉伸率實驗,同時也要求材料供應商山東勝邦集團公司也做了同樣的實驗,實驗數(shù)據(jù)為:抗拉強度≥25Mpa;斷裂伸長率:≥350%,都證明管材本身的質(zhì)量沒有問題,只能從施工工藝上查找原因。

經(jīng)分析,PE管拉斷的主要原因是內(nèi)襯PE管在變“U”形后穿進原鋼管前漲開,致使PE管與鋼管貼合過緊,阻力非常大,PE管無法穿進鋼管,也無法退出,強行穿插時局部拉力過大而發(fā)生斷裂。

PE管提前漲開的原因有以下幾個:1.捆綁變形后PE管的膠帶質(zhì)量較差;2.捆綁膠帶的纏繞密度太小,捆綁力不夠;3.在PE管變形后到穿插前對PE管的保護措施不當, PE管在進行過程中與地面摩擦,使捆綁膠帶斷開,PE管回漲。4.PE管由于原管道口滾輪的摩擦和在原鋼管內(nèi)的摩擦也會使膠帶斷裂,PE管漲開卡在原鋼管中,使穿插無法進行。

(二)采取的改進措施

針對施工中出現(xiàn)的問題,我們采取了以下措施:1.改用抗拉強度較大的捆綁帶,該膠帶有多條縱向抗拉纖維,大大提高了抗拉強度;2.調(diào)節(jié)膠帶纏繞機的轉(zhuǎn)速和增加置放膠帶的托輪數(shù)量,增加了膠帶的纏繞密度,原來的膠帶間隙為5 MM,改進后膠帶間隙為1 MM,增加了捆綁力;3.增加了PE管在進入原鋼管前的行進過程中托架車的數(shù)量,并將PE管與托架車捆綁,避免了PE管與地面的摩擦,保證PE管在進入鋼管前不漲開;4.在端口的滾輪上纏一層食用油浸過的軟布,以減少摩擦阻力,盡可能避免膠帶在進入鋼管后磨斷。

(三)應用效果

采取了以上四點措施后,在以后的施工過程中縮徑后的PE管保護效果非常好,在穿進待修復管道前, PE管“U”狀態(tài)保持良好,捆綁PE管的膠帶幾乎沒有斷開的,PE管能很順利地穿進原管道,進入原管道后的穿插阻力也很小。實踐證明,我們所采取的措施取得了理想效果,提高了施工速度,保證了工程順利完成。

經(jīng)過我們對U—HDPE內(nèi)襯修復技術工藝的改進,彌補了原有工藝的不足,為該技術在鄭州燃氣管網(wǎng)修復工程中進一步推廣應用奠定了良好基礎。