U-HDPE内衬修复技术施工应用初探

一、前言

穿插PE管内衬修复技术是近几年来兴起的一种非全线开挖的旧管道修复方法,在全国推广应用以来取得了明显的经济效益和社会效益。该技术在国内的推广应用已有多年,但在郑州市东风路燃气管网修复中是首次应用,在河南燃气行业的应用也是第一次,在郑州市东风路u-hdpe内衬管道修复工程中,出现了一些问题,暴露出该技术工艺的缺点和不足,我们结合工程实际情况,针对端口连接方式和PE管的穿插工艺采取了相应的改进措施,有效地解决了出现的问题,为以后的推广应用奠定了基础。

二、端口连接方式的改进

目前,在应用穿插PE管内衬修复技术修复旧钢管时,断管处端口之间的连接常用的结构形式是法兰连接,而这种结构不能满足原钢管外加电流阴极保护系统良好的电连通性。在郑州市东风路燃气管道首次应用穿插PE管内衬修复技术中,需要保证原钢管外加电流阴极保护系统良好的电连通性,为此我们根据以往的施工经验对原有的端口连接方式进行了改进,采用了焊接式结构,达到了预期效果。

(一)法兰式连接结构及其优缺点

法兰式连接结构是应用钢质短节通过法兰形式将两端口连接,其结构示意图如图1:

图1 法兰式连接结构示意图

该结构的工艺过程是:在原钢管断开后,先在两断开的端口处焊上钢制管口法兰,将内衬PE管长出原钢管的部分利用专用的翻边设备进行翻边处理,翻边长度以不影响管口法兰穿螺栓为准;根据原钢管两端口的间距并考虑两个PE法兰的厚度准确截取钢质短节,并在钢质短节的两端焊上与原钢管管口法兰相匹配的钢制法兰,原钢管上的钢质法兰与钢质短节上的钢制法兰通过螺栓连接,PE法兰夹在两钢制法兰中间,形成复合法兰,PE法兰同时起密封作用。

该结构的主要优点是结构简单,便于现场制作,成本低。

但该连接方式存在着以下几个方面的问题:

1.由于管段间采用法兰连接,仅靠法兰的连接螺栓,电流通过的截面积小,原钢管的外加电流阴极保护系统电连通性差;

2.法兰连接部分的外防腐难度大;

3.利用法兰及密封垫密封,效果不理想,密封垫容易变形老化;

4.PE法兰是施工时将内衬PE管拉出一段翻边处理而成,经过冷热变化可能会使PE内衬管缩短或伸长,缩短时,可能会缩进原管道内,这引起的严重后果是,两个钢制法兰中间无密封,介质会大量泄漏,严重影响管道安全运行。

(二)焊接式连接结构的原理及其优缺点

在东风路燃气管道修复的施工中,为了克服法兰式连接结构的缺点,尤其是解决原有阴极保护系统的良好连通性问题,我们对原端口连接结构进行了改进,采用焊接方式。示意图如图2所示。

图2 焊接式端口连接示意图

具体的工艺流程如下:

1.原钢管断开后,先在原钢管的两个端口面上分别焊上已预制好的特制钢质法兰;

2.对原钢管进行清洗,达到清洗标准后,将内衬PE管穿入钢管内,将两段内衬PE管分别与两个钢塑过渡的PE管材端焊接在一起,形成内衬PE管热熔焊接口;

3.根据两钢塑过度间的距离截取一段长度适宜的钢管,并与钢塑过渡的钢管端焊接;

4.截取一段钢套管,长度为两个特制钢质法兰的间离,钢套管的内径比原钢管的外径大200L以上,将钢套管分两半切开;

5.先将钢套管的下半部分与特制钢质法兰焊接,再将钢套管的上半部分与特制钢质法兰焊接,之后,将钢套管的切割缝焊好;

6.在钢套管的上端开进料孔和排气孔,将水泥砂浆从进料孔注入,直至水泥砂浆从排气孔溢出,说明钢套管与内衬PE管之间已完全填满水泥砂浆,此时停止进料,进行振捣将套管的管腔充实;

7.待水泥砂浆完全固化后,将进料孔和排气孔封堵好,固化后的水泥砂浆有一定强度,可固定内衬PE管,同时也起到内衬PE管的骨架作用,可承受较大压力;

8.按相关规范要求,对端口连接部分进行特加强级防腐处理。

该结构的主要优点是:(1)修复后的钢管具有良好的电连通性,外加电流阴极保护效果好;(2)提高了端口连接部分的的强度,减少了外力对连接部分破坏的可能性,保障了管网安全运行;该结构的主要缺点是:(1)与法兰连接方式相比,成本费用相对较高;(2)该结构较复杂,施工难度较大。

(三)该结构应用后的实际效果

东风路内衬修复工程竣工后,经现场测试,修复工程首端的阴极保护电位是-1.7V(相对于铜/饱和硫酸铜参比电极),末端的阴极保护电位是-1.1V(相对于铜/饱和硫酸铜参比电极),修复前原管道末端的阴极保护电位是-1.2V(相对于铜/饱和硫酸铜参比电极),这说明利用该焊接式结构修复后的管道电连通性良好,与原阴极保护电位相比损失很小,达到了理想的效果。

改进后端口连接结构取得了以下的有益效果:(1)丰富了穿插内衬PE管修复技术断管处的端口连接结构形式;(2)可广泛应用于各种钢管做穿插内衬PE管修复时的端口连接,。

综上所述,焊接式结构要比法兰式结构的优越性大,特别是在原管道有外加电流阴极保护系统的情况下应用,有着无可比拟的优越性,有效地解决了穿插内衬修复技术应用中阴极保护的难题,这种端口连接方式必将在以后的推广应用中发挥更大作用。

三、PE管穿插施工工艺的改进

(一)施工过程中出现的问题及原因分析

2005年9月1 日晚,穿插第一段PE管,刚开始比较顺利,牵引机工作正常,压成“U”形的PE管行进速度也比较均匀。但当PE管进入原钢管约80米时突然断开,牵引头从钢管内弹出,经检查是牵引头处的PE管断裂。我们经过研究决定从末端将PE管拉出,但在回拉的过程中牵引头处的PE管又发生断裂,我们对牵引头加固后再次回拉时,牵引机的钢丝绳断裂,使工程处于十分艰难和被动局面。出现这种情况,我们首先怀疑是PE管材的质量不合格,于是我们委托河南省质量技术监督局对PE管材做了抗拉强度和断面拉伸率实验,同时也要求材料供应商山东胜邦集团公司也做了同样的实验,实验数据为:抗拉强度≥25Mpa;断裂伸长率:≥350%,都证明管材本身的质量没有问题,只能从施工工艺上查找原因。

经分析,PE管拉断的主要原因是内衬PE管在变“U”形后穿进原钢管前涨开,致使PE管与钢管贴合过紧,阻力非常大,PE管无法穿进钢管,也无法退出,强行穿插时局部拉力过大而发生断裂。

PE管提前涨开的原因有以下几个:1.捆绑变形后PE管的胶带质量较差;2.捆绑胶带的缠绕密度太小,捆绑力不够;3.在PE管变形后到穿插前对PE管的保护措施不当, PE管在进行过程中与地面摩擦,使捆绑胶带断开,PE管回涨。4.PE管由于原管道口滚轮的摩擦和在原钢管内的摩擦也会使胶带断裂,PE管涨开卡在原钢管中,使穿插无法进行。

(二)采取的改进措施

针对施工中出现的问题,我们采取了以下措施:1.改用抗拉强度较大的捆绑带,该胶带有多条纵向抗拉纤维,大大提高了抗拉强度;2.调节胶带缠绕机的转速和增加置放胶带的托轮数量,增加了胶带的缠绕密度,原来的胶带间隙为5 MM,改进后胶带间隙为1 MM,增加了捆绑力;3.增加了PE管在进入原钢管前的行进过程中托架车的数量,并将PE管与托架车捆绑,避免了PE管与地面的摩擦,保证PE管在进入钢管前不涨开;4.在端口的滚轮上缠一层食用油浸过的软布,以减少摩擦阻力,尽可能避免胶带在进入钢管后磨断。

(三)应用效果

采取了以上四点措施后,在以后的施工过程中缩径后的PE管保护效果非常好,在穿进待修复管道前, PE管“U”状态保持良好,捆绑PE管的胶带几乎没有断开的,PE管能很顺利地穿进原管道,进入原管道后的穿插阻力也很小。实践证明,我们所采取的措施取得了理想效果,提高了施工速度,保证了工程顺利完成。

经过我们对U―HDPE内衬修复技术工艺的改进,弥补了原有工艺的不足,为该技术在郑州燃气管网修复工程中进一步推广应用奠定了良好基础。