U型折叠内衬法在燃气管道修复更新中的应用_杨波.pdf

上海煤气上海煤气 2023 年第 1 期 5 5 U 型折叠内衬法在燃气管道修复更新中的应用 上海联创燃气技术发展有限公司 杨 波 摘要：介绍了 U 型折叠内衬法施工流程，并对 U 型折叠内衬法、直埋 PE 管工艺和 PE 管穿插法等 3种施工工艺在经济效益和社会效益方面进行分析比较。结合燃气管道修复改造工程实例，分析施工中产生的问题并给出了解决措施。最后对该施工技术的应用前景进行了探讨。关键词：燃气管道 修复更新 折叠内衬法 U 型折叠内衬法是一种施工前先在工厂或工地将 PE 管材通过加热折叠改变其几何形状成“U”形，然后将其牵引至旧管中，通过加压、升温，使其膨胀到原形尺寸，从而形成旧管内衬结构的管线修复方法1。该工艺在国外城镇燃气管道施工中运用比较广泛，技术相对成熟，也是目前上海市城镇燃气管道修复中常用的方法之一。1 U 型折叠内衬法施工流程 U 型折叠内衬法施工工艺包括施工准备、工作坑开挖等步骤，其主要流程如图 1 所示。图 1 U 型折叠内衬法工艺流程(1)施工准备。施工准备期间的主要工作包括勘察施工现场、制定施工方案、施工人员培训交底、材料设备物资进场、检验等。(2)工作坑开挖。工作坑的位置和大小主要考虑以下因素：设备性能、现场条件及一次施工长度；现场管道走向发生变化处、在役管道附件(三通、阀门等)管道连接处；周边环境(如交通状况)等。(3)管道清洗与内窥检测。通过高压水射流清洗、化学清洗等方式对旧管内部进行清洗，在清洗时注意保护周边的环境，以防止环境污染。清管结束后，按规定做检测、评估，合格后进行穿管作业。(4)配套支架的安装。牵引作业前，在工作坑两端分别安装摩擦阻力小、表面光滑的导向、防撞设备，如图 2 所示。牵引入口处旧管道端口安装带有限位滚轴的导向支架，可保证折叠管经牵引绳平滑牵引至旧管道内，同时也减少折叠管和旧管内壁的摩擦。接收作业坑旧管端口安装带有限位滚轴的防撞支架，以防止折叠管和旧管端口的摩擦。(a)导向支架(b)防撞支架 图 2 配套支架示意(5)折叠管的牵引。在确保牵引设备(如卷扬机、钢丝绳)合格完好的状态下进行折叠管的牵引拖拉。折叠管被牵引至旧管道的最大牵引力 F 根据式(1)计算确认2：(1)式中：F最大允许拖拉力，N；D1折叠管外径，mm；D0折叠管内径，mm；管材屈服拉伸强度，N/mm；PE80 时=17 N/mm；PE100 时 =21 N/mm。 6 6 2023 年第 1 期 上海煤气上海煤气 牵引时，在折叠管外壁安装保护环并涂抹润滑剂以减少磨损，确保管壁划痕低于壁厚的 10%。尤其在水平和高低同时借转时，需严格控制借转角度。折叠管的牵引速度宜控制在 58 m/min，并在作业坑两端至少预留 1.5 m，便于后续端头处理。(6)胀管复原。首先切断牵引折叠管的牵引头(伸出旧管道部分至少 80 mm)，防止折叠管的回缩，并在折叠管两端端口焊接密封盲板；然后连接好蒸汽、压缩空气管路，并安装温度、压力传感器。胀管复原过程分 3 个阶段进行：折叠管内通入蒸汽，蒸汽温度控制在 112126 之间，然后加压至 100 kPa，当管外周温度达到(855)后，增加蒸汽压力至180 kPa；维持该蒸汽压力一定时间，直到折叠管完全膨胀复原；折叠管复原后，先将管内温度冷却到 38 以下，然后再慢慢加压至约 228 kPa，待其自然冷却稳压 24 h 后，拆除两端的密封盲板。(7)端头处理与管线连接。在折叠管的端口安装内衬不锈钢涨圈，利用撑管器将端口整圆，使端口符合连接的标准。在折叠管与钢制管道、钢制管件相连时，应采用钢塑转换接头，并按照工程实际情况，制定相应的镶接方案。(8)管内检测。通过内窥仪器检查内衬折叠管的复原质量、修复效果，确认是否合格。(9)管道功能性试验。在旧管道修复更新后，应按规定进行吹扫、强度和严密性压力试验。(10)工作坑回填。经试验合格并验收后，进行工作坑的回填、行车路面的恢复等收尾工作。2 工程实例分析 2.1 工程概况 上海市建国西路燃气管道改造工程西起宛平路，东至嘉善路，施工长度约为 1.7 km。管道设计压力 0.4 MPa(中压 A)，属 GB1 级压力管道，要求改造后维持原管道运行压力不变，且输送量不得低于原管道流通能力的 80%。初步设定 PE 管穿插施工或直埋 PE 管施工方案。该工程位于市中心繁华区域，交通流量大，商业中心和居民区众多，只允许夜间施工。经现场踏勘及多方论证，发现若使用 PE 管穿插施工，改造后管道输送量不能满足设计要求；利用直埋开挖法施工则不能满足工期要求。因此，最终决定采用 U型折叠内衬法应用于该工程施工。该工程主要包括原 DN500 管内穿 DN300 折叠管 1 650 m，埋设高频直缝电阻焊钢管 D325 mm 8 mm、长 30 m，D219 mm 8 mm、长 10 m，共设置牵引工作坑(5.5 m2.0 m)23 个，接收作业坑(3.0 m 2.0 m)25 个，折叠管材质为 PE100、SDR17，工作坑内 PE 短管材质为 PE100、SDR11。在新冠疫情特殊时期，项目部充分利用 U 型折叠内衬法工艺优势，按期完成燃气管道改造工程隐患排除任务，顺利交付使用，获得业主方的感谢和肯定。2.2 施工中存在的问题及解决措施 (1)旧管道内煤焦油清洗。施工前，通过高清CCTV 检测，确定管道的弯曲量(水平和垂直方向)、管道附件的准确位置及内部现状。因该工程旧管道运行人工煤气时日久远，不仅管内存在较多异物，管底还存留厚厚的煤焦油，单一管道清洗方法无法取得良好清扫效果，故综合采用了机械清洗+化学清洗+高压水射流清洗方式进行管道清洗。首先用钢丝绳一端绑住刮擦刷子，另一端穿进需清理的管道，连接卷扬机在管内来回拉几次，把硬物拉松，再通入同口径的钢丝球清理管内尖锐突缘异物；然后用化学除垢剂清洗旧管内壁污垢及管底煤焦油；最后通过高压水冲洗清除旧管内剩余杂物。管道清理之后及时做好污水、污物的收集处理，并采用CCTV 检测方式对管道内壁复检。经检验，清洗效果良好。(2)新旧管端连接。折叠管与钢制阀门以及分段作业的两段折叠管连接时有专用的定制管件，但其价格昂贵。公司根据施工现状进行了自主设计和改进，决定采用套筒加 PE 短管的连接方式，如图 3所示。DN300 折叠管的外径为 325 mm，国内通用DN300 PE 管的外径为 310 mm，两者外径不同，而且作业受限无法直接进行热熔连接。为此，公司特地委托国内厂商开发生产了专用异径套筒。采用此专用异径套筒后，电熔连接施工简便，大大降低了成本。 上海煤气上海煤气 2023 年第 1 期 7 7 图 3 套筒加 PE 短管的连接方式(3)焊接接口质量控制。在对 PE 管材进行热熔焊接时，针对部分焊口处出现卷边不对称、焊缝表面有气泡、凹陷、麻点和错边量过大等现象，通过复查、纠正焊机设备参数设置，确保与管材特性匹配；严格执行焊接参数施焊、规范使用热熔夹具及滚轮支架等措施，解决了焊接中存在的质量问题。为避免造成 PE 管电熔连接出现“假焊”“虚焊”或“脱焊”问题，在焊接时，使用与管材兼容的电熔套筒管件，插入电熔管件的管材长度充足；并严格执行焊接作业操作手册，规范拼装电熔套筒管件，均匀刮除氧化层作业，保障了焊接质量。(4)特殊情况的措施。在对在役管道进行管道修复过程中，也遇到了一些特殊情况：如在役管道上方存在无法避免的建、构筑物；在役管道存在最大弯曲角度大于 22.5 的转弯或接头；在役管道存在曲率半径小于 5 倍内衬管外径的 45 弯头；在役管道存在曲率半径小于8倍内衬管外径的90 弯头等。这些都会使折叠管产生不利变形，无法顺利通过在役管道。采用的措施是断管或改道，同时对旧管道断管处或新管改道位置，采取外加钢制套管或砖砌保护沟并填筑中粗砂加盖板方式进行保护。2.3 有待进一步解决的问题 (1)密封盲板。折叠管复原后，对于两端焊接的密封盲板与折叠管的焊接尚没有规范的焊接工艺评定，缺少焊接作业参数标准。目前仅依靠施工经验进行判定，因此其焊接质量无法真正受控，安全无法得到有效保障。面对折叠管焊接作业质量方面可能存在的潜在问题，在施工作业时不仅要加强施工作业人员的理论知识和技能培训，严格遵守施工企业质量手册、程序文件、作业指导书，做好技术交底，而且还要做好聚乙烯管焊接工程资料的编制、收集、整理等管理工作，以准确、真实、全面地反映焊接过程，作为后续维护的重要参考依据。除此之外，鼓励企业技术创新、引入第三方质检机构等方式，也可以作为加强焊接质量的有力措施。(2)折叠管与旧管道间环形空间。应用 U 型折叠内衬法修复管道时，折叠管与旧管道之间不可避免仍然会存在环形间隙。该工程旧内径为 488 mm，折叠管外径为 325 mm，环形间隙单边为 81.5 mm，穿管作业后，经观察、检测和讨论，认为该环形间隙较小，可不做填充处理。但是，在其他类似工程应用中，若新旧管道间存在环形空间过大时，则需进行填充处理。目前对新旧管道间环形空间的解决措施主要有柔性透气填料封堵、泡沫混凝土、水泥砂浆灌注等。在实际应用中，短距离管道的修复采用上述措施时，效果显著；而在长距离管道修复时，尤其是修复管道的中部位置，密实封堵效果不佳。(3)主材价格较为昂贵。目前上海地区利用 U型折叠内衬法进行燃气管道修复施工的折叠管主材主要来自于荷兰 WAVIN 公司。该公司是欧洲最大的 PE 管材制造商，已具有 50 多年的悠久历史。相比较国内 PE 折叠管生产商，该公司技术先进，质量控制体系完善，管材质量品质高。但因该管材为纯进口产品，造成主材价格昂贵，也制约了该技术的应用和推广。在未来，如果主材能够进行国产化或者有替代品，将能极大地促进该工艺的应用和推广。3 U 型折叠内衬法的效益分析 3.1 施工工艺比较 结合燃气管道修复改造工程实际，对 U 型折叠内衬法、直埋 PE 管工艺和 PE 管穿插法等 3 种施工工艺在经济效益和社会效益方面进行分析比较，如 8 8 2023 年第 1 期 上海煤气上海煤气 表 1 所示。与传统直埋 PE 管工艺相比较，利用 U型折叠内衬法施工的显著优势是一次管段长度可达直埋 PE 管管段长度的 10 倍，将大量减少管材的焊接次数及焊缝数量。同时，大约每 100 m 一个接口，也缩短了施工周期，降低了工程造价成本及运营期间的维修成本。表 1 3 种施工工艺的比较 比较指标 U 型折叠内衬法工艺 直埋 PE 管工艺 PE 管穿插法工艺 管段长度 100 m/圈(DN500)10 m/根 10 m/根 每千米掘路面积/m2 273 3 000 350 工作坑面积 5.5 m 2.0 m 全断面 12 m 2 m 掘路时间 短 长 中 空气污染 粉尘少，污染程度低 粉尘多，污染大 设备多，粉尘多，污染大 管线配合 利用旧管道，无需搬迁 配合搬迁多 利用旧管道，无需搬迁 对绿化带影响 极少 多 较多 接口间距/m 100 10 10 管道埋设处理 旧管保护 黄沙填埋保护 专用滑轮抱箍保护 其次，U 型折叠内衬法在施工中只需要对牵引端及接收端两端的工作坑进行土方开挖，工作量仅为传统直埋开挖方式的 11.8%，降低了因土方挖掘、运输与处理、路面占用等对交通、居民生活、商业活动带来的社会影响及环境污染，提高了工程的整体进度，节约了工期成本。按以往工程综合统计，每千米管道修复可节约工期 20%。此外，对比管道输送流量，利用 U 型折叠内衬法或直埋 PE 管工艺能够满足设计流通能力要求，而 PE 管穿插法降低了介质的流通能力。3.2 U 型折叠内衬法的优劣势 U 型折叠内衬法在燃气管道修复工程的实际应用中具有其独特的优势和适应性。在技术适应性方面：(1)折叠管的断面收缩率可达 35%40%，易于穿插作业；(2)管道整体连续无接缝，一次修复的施工距离较长；(3)适用于大曲率弯管的修复，可穿过弯曲度达 22 拐弯管道；(4)原有管道过流断面的损耗较小，降低了流体的损失，保证了管内介质的输送能力。在经济适应性方面：(1)工期短、造价低；(2)占地范围较小、