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非开挖翻衬法管道修复工艺
作者:山东益丰 / 浏览:2161
新闻描述:综述了国内外管道不开挖修复技术的发展历史与现状,着重介绍了国内采用翻衬法管道内衬修复方法的原理、工序、技术特点及社会经济效益等,最后指明了该方法的应用领域及推广前景。
 

1技术产生的背景世界范围内的石油开采已有上百年的历史,我国的石油行业也从20世纪60年代初起步并过渡到了旺盛时期。从那时起管道行业也开始了发展,在我国仅石油石化业内的各类管道就达数十万公里,到目前使用时间超过10年的管道占60%左右,加上油田油气水具有的腐蚀特性和多数管道在高温高压下运行的特点,在役管道普遍进入了大修或更换期。传统的作法是采用外加防腐保护层和电化学法阴极保护,但管道外防腐层老化是一个自然属性,因光氧、热氧、电化学、细菌、植物根系及人为损伤等因素,都会导致防腐层本身或涂层与管道接触面的破坏;另外,管道经输送腐蚀介质后,腐蚀介质对管道内壁的侵蚀,导致管道腐蚀穿孔;也有一些尚未达到设计寿命的管道,由于施工质量低,管材选用不当或设计不到位等诸多的人为因素,使管道提前报废。所有这些原因都将造成管道泄漏或失效,不仅浪费了大量的资源,污染了生态环境,增大了生产成本又严重危害了管道四周的安全。近年来,非金属管道在技术和质量上虽然有了长足的进步,但还存在许多不确定因素,即使要大面积采用或替换金属管道,也将需要一笔巨大的投资和经历漫长的过程。在民用给排水方面,20世纪90年代以前埋设的金属管道,大部分未做内防腐,导致管道内壁结垢,个别腐烂穿孔,严重影响供水水质。全国各大中城市都在相继维修、改造和更换供排水管道,如北京、天津、大连等。他们的一般作法是:有条件开挖的地区,可敷设新管废除旧管,但投资较大;无条件开挖的地区,可采用管道不开挖修复技术。如何简化而又经济地维修地下管线,一直是管道工程界努力追求的目标。应运而生的不开挖翻衬法管道修复技术是目前世界上公认的最为简便和经济的方法,它简化了管道维修的各种限制和麻烦,为业主节省了宝贵的时间和费用,同时强化了原管道的功能。由于它不需要全面开挖,免除了噪音、尘土、污水等污染,以及交通受阻,破坏环境等的困扰,完全符合现代环保意识的要求。2国内外技术发展现状旧管道不开挖修复是指在用管道所处环境无法采用开挖更新、修理或开挖管段很不经济的情况,经综合经济分析而又不应废弃,或为了提高输送量、充分利用管材的腐蚀余量、延长使用寿命而采取的一种在线维修方式。经半个多世纪的开发实践,大体上已形成了三大类十多种工艺技术,即插入套管法(包括原形套管和折叠式套管)、涂层法、软管翻衬法等。(1)插入套管法。主要是将事先预制好的塑料原形管或折叠式套管,在现场焊接,牵引就位,固定在旧管线上的一种方法。(2)内涂层法。经过长期的实践改进和原材料工业的长足进步,已形成了如水泥砂浆衬里、树脂涂层方法等系列工艺技术。但也存在有待改进的工序,如表面处理技术、内补口技术和质量检测技术等。(3)软管翻衬法。在20世纪80年代初,英、美、日等国兴起新技术产业,而且以较快的速度形成系列化。随着高分子化学工业的发展,该方法采用了复合增强聚酯纤维和热固型树脂,利用水压或气压翻衬,固化方式为热水或自然冷却;衬里厚度为420mm,施工管径为203000mm,一次施工长度为900m,最大施工压力为172MPa,内衬层使用温度达95℃;可适用于下水道、饮用水管道、油气输送管道以及化学工业的部分工艺管道等,其继续使用寿命可达30年以上。软管翻衬是当前公认的适用范围广、施工简便、辅助设施少、社会效益好、应用较广泛的方法。具有我国独立知识产权和国际先进水平的翻衬法管道不开挖修复技术,是在借鉴国外工艺的基础上,结合我国埋地管道存在的管内多焊瘤、毛刺,旧管接口沉降错位,管壁厚度不均匀,管道内结污垢严重等常见问题,创造出的一整套适合国情的实用技术。这一技术的原理是利用现有的管道三通、阀门等地面开口,在不开挖地面的基础上,将具有防渗透耐蚀保护膜的复合纤维增强软管作为载体,浸渍环氧聚合物后,用水或气体作动力,将软管紧贴在旧管内,固化后在旧管内形成整体性强的光滑的管中管,达到对已遭腐蚀的管道进行修复,延长了管道的使用寿命的目的。采用这种新技术,不仅不用大面积开挖地面,不会影响交通,而且明显地提高了管道的承压、减阻、阻垢、耐蚀等性能,强化了原管道的整体功能,修复后管道寿命可达30年以上,有着不可低估的社会和经济效益,非凡是对环境保护也起到了积极作用。

3翻衬法管道内衬技术的指标及主要特点
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1翻衬法管道修复技术主要工序(见图1)图1翻衬法修复技术工序示意清管:采用机械工艺和水性清洗液,清除管内原油、结蜡结垢和除锈,达到管内壁60%见到金属为止。CCTV检查:采用CCTV管内摄录器检查清管和内衬层质量。固化:采用加热或常温固化措施,使软管成为表面光滑而又坚硬的紧密贴在管内壁的管中管。软管制作、基料配制及合成:采用具有知识产权的机电一体化翻衬机组实现高分子材料配比和软管输送速度自动化,保证软管厚度均匀且各项机械性能和技术指标达到设计要求。端口处理:采用套袖式连管,保证端口的可靠性又不致于对内衬材料造成伤害。试压连管:待完全固化后分段按管道施工规范进行试压,业主验收合格后连管和投产。
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2技术指标可修复管径501200mm;投资为新建钢质管的60%以下;压力06105MPa;粗糙度≤5μm;介质为油气水或酸碱等腐蚀介质;内衬厚度210mm;工作温度可达95℃;线膨胀系数(1517)×10-5mm/mm·K);使用寿命3050年;作业坑面积2m×15m;可提高输送压力3%5%;一次翻衬长度1000m左右;可提高输量10%;可选用无毒内衬材料满足食品级卫生要求;抗拉强度≥65MPa;抗弯强度≥90MPa;抗压强度≥110MPa;耐热性105130℃;击穿电压35kV/mm;抗冲击18磅大锤抡击3次,内衬层管体无损。
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3主要特点不开挖翻衬法管道内衬修复技术的主要特点有:(1)定点开挖且开挖量小,无污染,对周边环境影响小;(2)施工设备简单,周期短(塔里木轮南油田6km高压注水管线翻衬维修工程只用了20天);(3)施工不受季节影响;(4)适用各类材质和外形的管线;(5)可提高管线的整体性能。如铸铁管道或混凝土管线承插接口的严密性得到增强,原已遭腐蚀的管道得到了补强,延长了使用寿命,增强了承压、减阻、阻垢、耐蚀的能力等。

4翻衬法管道内衬技术的优点及社会经济效益同其它管中管内衬技术(插入套管法和涂层内衬法)相比(见表1),翻衬法管道内衬技术的优势有:作业坑小,造价低,施工周期短,对周边影响小,无污染;对管道变形和清管要求不高;内衬层薄;在管道错口处、弯头处也可施工;线膨胀系数接近钢质管道;可提高输量和输送压力、减缓结垢等。按美国NACE的相关质量检验标准,在施工过程中对内衬材料造成的划痕深度不能超过10%,而翻衬法施工工艺的内衬管在没有固化前,翻衬进管内,衬管与钢管之间没有相对滑移现象,所以不存在划伤问题;加上选用以环氧基聚合物为骨架材料、施工膜采用耐油性能良好的聚酯型聚氨酯膜等材料和简便的施工工艺,使翻衬法管道内衬技术均能满足油田和石化领域的要求。表1翻衬法管道修复技术与其他修复方法比较项目翻衬法修复技术传统换管技术塑料管穿插技术施工费用小于60100%(含拆迁费)70%左右施工时间小于5010070%左右施工范围定点开挖作业坑全线开挖定点开挖大作业坑施工设备施工器具较少重型机具较多大型机具施工材料可在施工当日进入现场占用现场时间长占用现场时间短使用寿命30年以上平均2030年以上对周边环境影响小大较大适用管径DN50以上,但DN300以上经济性更好各类管径DN500以下一次施工长度长较长较短适用管材钢筋混凝土管,铸铁管,螺旋焊接管和各类管材各类管材各类管材工程意外无易损坏其它交叉管道或四周电缆无环境污染无尘土、噪音、破坏植被等无环境污染少涉及多方面较少由此可见,对于主要道路、河流及对周边环境影响较大的改造路段,翻衬法管线不开挖修复技术最为简便。

5工程造价影响翻衬维修方法工程造价的因素有:管径和一次承建长度--综合费用增减系数计算;管道的工况和现状--决定厚度、结构和材质设计;施工季节--降温、升温的投入;水、电源和排放条件--动力及排放取费;合作形式及施工治理素质--分工及操作风险程度;断管数及所处环境--布点及相关工作量;是否有旁通管--开孔补孔工作量;要求清管程度--选用不同清垢技术;是否需要提供CCTV摄影资料。6技术创新点(1)创新点:①内衬软管与外管贴合紧密;②内衬管适应性强,施工方便,强度高;③机电一体化全套施工、加工设备。(2)专利技术(三项):①翻衬法复合软管成形装置;②修复地下管道的复合软管;③组装式翻衬法管道修复装置。7问题探讨(1)管道不开挖修复技术在我国已经有了一个良好的开端,得到了管道工程界和业主的认可,目前纷纷仿效的工程单位也日渐增多,需要规范化,建立相关的工程质量标准,使该项技术能得到有序的发展。(2)不开挖修复技术与众多实用技术一样,其工艺原理虽简单,但完成每个环节必须具有较深的专业知识。要认真做好各道工序,应强化专业化分工,分专业开发,提高机电一体化水平,排除人为因素对工程质量的影响。不开挖内衬法修复技术中对软管结构设计、基料配方调整、复合和翻衬的机电一体化装备等工艺实施条件,都具有较大的高科技含量。(3)加大宣传力度,充分做好技术可行性论证,让用户进一步了解该技术的先进性和经济性并从中受益,尤其是通过配方的调整,强化专业化装备的开发,以及提高治理水平,就可大大降低工程成本,使该项技术更具有普及性。(4)对油田油气水输送管道,管道维修一般都需要满足以下要求:内衬材料必须在高温(6080℃)、腐蚀输送介质条件下不溶胀、不溶蚀、不脱落;管径截面积变化不大(≤13%);热变形不大(线膨胀系数应接近钢材);能适应大口径螺旋焊缝管内多毛刺和焊瘤的情况;施工过程不能对内衬材料有划伤;应尽量减少业主因停产造成的损失等。(5)管道不开挖修复技术和任何技术一样,也存在个别局限性:因非金属内衬材料不可能耐130℃以上的高温,因此更高温度的输送介质和蒸汽清管、高频解堵、电火焊等作业在修复后的管道上将受到限制;另外,假如长输管线只有局部维修,在管道内部将形成小台阶,采用通球清管作业时也将受局限。当然,用户在没有以上使用环境和条件下,尽可以放心使用。8小结我国的旧管道所采用的不开挖修复技术,目前已进入了工程化、系列化、规模化的开创和进一步开拓阶段。其中翻衬法管道内衬修复技术是目前国际上施工较为方便和经济的方法,也是国内管道修复工程中应用较多的修复技术。该方法最小管径为50mm,最大管径为1200mm;经5年的工程实践,该工艺技术可以适用于多旁通管、多弯头,管内径尺寸变化大和管床塌陷管段错位等复杂的管段;该方法所需的作业坑很小,通常能容纳12人操作面即可;在确保管道整体严密性能方面,尤其适合铸铁或混凝土等管线管接口质量已经不能达标的情况下,更能发挥其优势;由于内衬后的管内径变化不大,内衬层的表面粗糙度约5μm,因此管内壁的摩阻系数也大幅度降低。故从综合经济效益和社会效益考虑,不管应用于管道新建工程或用在管道的维修,都是最佳选择。其最大特点是简化了维修的种种限制和现场维修工作量,不仅可节约投资和工期,同时强化原有管道功能,延长使用寿命。

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