U-HDPE內襯修復技術施工應用初探

高淑萍

一、前言

穿插PE管內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濟效益和社會效益。該技術在國內的推廣應用已有多年,但在鄭州市東風路燃氣管網修復中是首次應用,在河南燃氣行業的應用也是第一次,在鄭州市東風路U-HDPE內襯管道修復工程中,出現了一些問題,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管內襯修復技術中,需要保證原鋼管外加電流陰極保護系統良好的電連通性,為此我們根據以往的施工經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缺點

法蘭式連接結構是應用鋼質短節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短節,并在鋼質短節的兩端焊上與原鋼管管口法蘭相匹配的鋼制法蘭,原鋼管上的鋼質法蘭與鋼質短節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。

該結構的主要優點是結構簡單,便于現場制作,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法蘭是施工時將內襯PE管拉出一段翻邊處理而成,經過冷熱變化可能會使PE內襯管縮短或伸長,縮短時,可能會縮進原管道內,這引起的嚴重后果是,兩個鋼制法蘭中間無密封,介質會大量泄漏,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法蘭;

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

3.根據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法蘭的間離,鋼套管的內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法蘭焊接,再將鋼套管的上半部分與特制鋼質法蘭焊接,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,可固定內襯PE管,同時也起到內襯PE管的骨架作用,可承受較大壓力;

8.按相關規范要求,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

東風路內襯修復工程竣工后,經現場測試,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越性大,特別是在原管道有外加電流陰極保護系統的情況下應用,有著無可比擬的優越性,有效地解決了穿插內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,牽引頭從鋼管內彈出,經檢查是牽引頭處的PE管斷裂。我們經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。出現這種情況,我們首先懷疑是PE管材的質量不合格,于是我們委托河南省質量技術監督局對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,實驗數據為:抗拉強度≥25Mpa;斷裂伸長率:≥350%,都證明管材本身的質量沒有問題,只能從施工工藝上查找原因。

經分析,PE管拉斷的主要原因是內襯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.調節膠帶纏繞機的轉速和增加置放膠帶的托輪數量,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。

經過我們對U—HDPE內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修復工程中進一步推廣應用奠定了良好基礎。