HDPE管穿插法修復(fù)舊管道技術(shù)

燕繼勇，王恩成，劉素平，路 林

(中國(guó)石油化工股份有限公司中原油田分公司，河南濮陽(yáng) 457171)

HDPE管穿插法修復(fù)舊管道技術(shù)

燕繼勇，王恩成，劉素平，路 林

(中國(guó)石油化工股份有限公司中原油田分公司，河南濮陽(yáng) 457171)

埋設(shè)于地下的集輸管網(wǎng)都面臨著后期的腐蝕，解決腐蝕修復(fù)問(wèn)題是集輸管后期生產(chǎn)管理的主要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)HDPE管穿插修復(fù)技術(shù)工藝原理、HDPE管承壓能力計(jì)算設(shè)計(jì)、管材原料、管材性能要求、管道短管、彎頭處的連接方法、密封結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行管理等的分析闡述，從而較詳實(shí)地介紹了一種管道修復(fù)方法。這種方法可避免對(duì)腐蝕嚴(yán)重的管線全線開(kāi)挖、徹底更換，因此成本相對(duì)較低，施工時(shí)間比較短，特別對(duì)于埋設(shè)于高大建筑物及重要交通干線下的管線腐蝕泄漏無(wú)法更換的問(wèn)題也得到很好解決。原來(lái)的金屬管道還作為承壓管道，而內(nèi)襯的HDPE具有非常好的防腐性能，總體上相當(dāng)于金屬與非金屬的復(fù)合管，綜合效果，特別是防腐蝕性能大大提高。

修復(fù) HDPE管 穿插 要求 設(shè)計(jì)

流體、氣體大多采用埋地管線進(jìn)行長(zhǎng)距離輸送。隨之時(shí)間的延長(zhǎng)，輸送管線勢(shì)必出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕、穿孔等問(wèn)題，需要進(jìn)行清洗、修復(fù)和更換。目前，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的管道多采用全線開(kāi)挖、徹底更換管線的方法，其成本高，耗時(shí)長(zhǎng)，而且對(duì)于埋設(shè)在高大建筑物及重要交通干線下的管線常常無(wú)法更換。HDPE管穿插法修復(fù)舊管道技術(shù)是在不能全線開(kāi)挖舊管線的情況下，僅在施工管線兩端開(kāi)挖兩個(gè)操作坑，即可一次穿插1 000 m的HDPE管，從而較好地解決了埋設(shè)于地下的各種水、氣、油管線的修復(fù)問(wèn)題。

圖1 HDPE管穿插修復(fù)示意Fig.1 The sketch of useing HDPE pipes to repair old pipelines

1 工藝原理

HDPE管穿插修復(fù)技術(shù)是把外徑等于或略小于待修復(fù)管道內(nèi)徑的高密度聚乙烯內(nèi)襯管，通過(guò)專(zhuān)用U型壓制設(shè)備，將內(nèi)襯管變?yōu)閁型，并將內(nèi)襯管的橫截面縮小30%以上，通過(guò)纏繞定型、牽引拉入、外力恢復(fù)等過(guò)程使襯管緊緊的與管道內(nèi)壁結(jié)合在一起，從而形成對(duì)舊管道的內(nèi)襯修復(fù)，最大限度地避免了對(duì)原有管道直徑的縮小，避免了大管換小管，使得在原有管線輸送能力不降低的情況下得以更新。HDPE管穿插修復(fù)示意見(jiàn)圖1。

2 HDPE管設(shè)計(jì)

2.1 管徑與HDPE管厚度設(shè)計(jì)

襯管外徑與原管內(nèi)徑相同或略大于，以能緊密黏合為準(zhǔn)。根據(jù)原鋼管的內(nèi)徑和管線狀況設(shè)計(jì)襯管尺寸，內(nèi)襯管外徑的確定一般在斷管實(shí)際測(cè)量后確認(rèn)。管材物理機(jī)械性能應(yīng)滿(mǎn)足下列要求:

式中:P——公稱(chēng)壓力，MPa;

［δ］——設(shè)計(jì)應(yīng)力，MPa;

SDR——標(biāo)準(zhǔn)尺寸比;

De——管材公稱(chēng)外徑，mm;

e——管材公稱(chēng)規(guī)定壁厚，mm。

表1 公稱(chēng)直徑與壁厚的對(duì)應(yīng)關(guān)系Table 1 The corresponding table of relation nominal diameter and wall thickness

上表中公稱(chēng)直徑與壁厚的對(duì)應(yīng)關(guān)系是按PE裸管計(jì)算的，按常規(guī)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足使用壓力情況下直埋PE管的壁厚，則襯入鋼管中的PE管只需直埋PE管壁厚的1/2到1/4即可滿(mǎn)足耐壓耐腐蝕的要求。當(dāng)將HDPE管穿入鑄鐵管內(nèi)形成緊貼的復(fù)合式“管中管"時(shí)，PE管為密封耐腐蝕層，而外部鑄鐵管為承壓管，其耐壓等級(jí)較原管道提高一個(gè)等級(jí)。

2.2 聚乙烯管材承壓能力計(jì)算的方程

式中:P——HDPE管道允許使用壓力，MPa;

δ——設(shè)計(jì)使用應(yīng)力，MPa;

D——PE 管外徑，mm;

e——PE 管壁厚，mm;

SDR——標(biāo)準(zhǔn)尺寸比。

其中:［δ］= ［MRS］/C

MRS——連續(xù)施加再改聚乙烯樹(shù)脂管管壁上5 a時(shí)引起管材破壞時(shí)所計(jì)算的在管壁上的環(huán)向張應(yīng)力。不同等級(jí)的聚乙烯管材料具有不同的［MRS］。PE100的材料的［MRS］為10。

C——為安全系數(shù)，介質(zhì)為水時(shí)取1.25。

因PE管自身有一定的承壓能力，形成復(fù)合式“管中管"后，其耐壓等級(jí)較原管道提高一個(gè)等級(jí)。

2.3 水力計(jì)算

按海登—威廉公式進(jìn)行計(jì)算:

穿插襯裝后，盡管管徑有所縮小，水力坡降仍小于原舊鋼管道。說(shuō)明內(nèi)襯修復(fù)后管道輸送能力與原管道相比有所提高。

2.4 短管和彎頭處的連接及密封

2.4.1 U管恢復(fù)和端頭處理

及時(shí)把變型后的HDPE管勻速拉入待內(nèi)襯管道內(nèi)，并密封“U”型 HDPE管兩端，打氣壓1～2 kg/cm2并保壓10～30 min，使“U”型 HDPE管恢復(fù)原狀。

兩端割去多余的 HDPE管，預(yù)留適當(dāng)?shù)腍DPE管長(zhǎng)度，與短接上的帶法蘭的內(nèi)襯PE管連接。

2.4.2 內(nèi)外防腐處理

短節(jié)預(yù)制和連接:測(cè)量?jī)?nèi)襯管之間的距離，現(xiàn)場(chǎng)制作連接短節(jié)。短節(jié)預(yù)制處理前，一邊安裝好耐壓標(biāo)準(zhǔn)法蘭，一邊焊接好連接套筒并焊接同等耐壓等級(jí)的承壓盤(pán)，之后將焊接好PE法蘭的HDPE穿插進(jìn)去，將短節(jié)按設(shè)計(jì)連接好，并將三個(gè)套筒用高強(qiáng)度防腐聚合物膠泥填充，確保套筒連接處耐壓強(qiáng)度和套筒之間的防腐等級(jí)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

外防腐:短節(jié)完成連接后，進(jìn)行外部防腐，包括套筒與鋼制管道。外防腐采用環(huán)氧煤瀝青加強(qiáng)級(jí)防腐蝕方案。施工時(shí)先把待防腐蝕處管壁清污、除銹，達(dá)到人工除銹2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)露出管道本體，然后將玻璃絲布在加有固化劑的環(huán)氧煤涂料中浸漬后纏繞于管體外部進(jìn)行外防腐蝕，為防止出現(xiàn)起泡，分多次纏繞，固化后的防腐蝕層厚度達(dá)2 mm以上。

2.4.3 彎頭制作

將漲力處彎頭及其它彎頭割開(kāi)，檢查彎頭腐蝕情況和壁厚:

(1)如果大部分彎頭腐蝕嚴(yán)重，滿(mǎn)足不了使用功能，應(yīng)全部更換彎頭并進(jìn)行PE內(nèi)襯處理;

(2)如果彎頭腐蝕不太嚴(yán)重，能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用功能，應(yīng)對(duì)彎頭進(jìn)行噴砂除銹，然后進(jìn)行PE內(nèi)襯處理或室內(nèi)制作玻璃鋼內(nèi)襯彎頭，玻璃鋼內(nèi)襯防腐蝕承壓等級(jí)等同PE內(nèi)襯。

圖2 內(nèi)襯PE后管道與鋼構(gòu)件插接連接Fig.2 The sketch map of how to connect PE pipe with steel components

2.5 基本性能要求

原料性能要求見(jiàn)表2。

表2 原料性能要求Table 2 The performance requirements of raw materials

管材性能要求應(yīng)符合表3要求。

3 投用后管道使用管理問(wèn)題

(1)管線修復(fù)投產(chǎn)后的管理。因修復(fù)后的管道承壓主要依據(jù)原管道的承壓能力，在原管道未受到塤壞的情況下，按照管道的正常維護(hù)進(jìn)行即可，不需要特殊的維護(hù)管理。

(2)管道修復(fù)后遭遇外力破壞造成個(gè)別部位變形或損壞。管道修復(fù)后如遭遇外力破壞，原管道破壞后承壓能力有一定的下降，為了保證管道的正常運(yùn)行，采取在破損處截?cái)?，進(jìn)行鋼制短節(jié)連接。

表3 管材性能要求Table 3 The performance requirements of steel tubes

(3)管線的負(fù)壓?jiǎn)栴}。根據(jù)HDPE的裸管承壓能力和HDPE各種使用參數(shù)以及外管對(duì)其的定型因素，當(dāng)管線處于一般負(fù)壓時(shí)，PE管不會(huì)出現(xiàn)收縮變形。

Technology of Repairing Old Pipelines by Insertion of HDPE Pipe

Yan Jiyong，Wang Encheng，Liu Suping，Lu Lin
(SINOPEC Zhongyuan Oil Field Company，Puyang，Henan 457171)

As the buried transmission pipelines have faced problems of later－stage corrosion，the repair of corroded pipelines has become a major issue in later－ stage pipeline operation management.A pipeline repair method is described in detail by the analysis of process principles of HDPE pipe insertion repairing method，calculation of bearing pressure of HDPE pipes，material of pipes，performance of pipe materials，connection of stub ends and elbows，seal construction and operation management，etc.This application of this method can avoid the excavation and replacement of corroded pipelines，and is low in cost and short in construction time.It is especially applicable for the corroded pipelines under the high buildings，structures and trunk roads and railways，and provides a good solution to the repair of leaking corroded pipeline.In addition，the original pipeline still in place works as pressure－sustaining pipeline and the inserted inner HDPE pipe has an excellent corrosion－resistance performance.The pipeline inserted with HDPE pipe，which is just like a composite pipe of steel and non － steel，has greatly improved the corrosion －resistance performance of pipelines.

repair，HDPE pipe，insertion，requirement，design

TB324

A

1007－015X(2012)01－0030－03

2011－10－ 09;修改稿收到日期:2011－12－19。

燕繼勇(1971)，工程師，2004年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在中國(guó)石油化工股份有限公司中原油田分公司采油一廠 從事防腐、集輸管理工作。E-mail:yjy55789@sohu.com。

(編輯 王菁輝)