不锈钢内衬修复技术及其应用研究_李瑞典.pdf

第 卷第 期 河 南 城 建 学 院 学 报 年 月 收稿日期：作者简介：李瑞典（），男，河南滑县人，助理工程师。文章编号：（）：不锈钢内衬修复技术及其应用研究李瑞典（濮阳市华龙区住房和城乡建设局，河南 濮阳）摘 要：管道修复改造工程中广泛应用不锈钢内衬修复技术，能够很好地解决城镇地下管道非开挖修复改造难题。对该技术工艺和现场应用经验进行认真总结研究，将会促进不锈钢内衬修复技术的进一步创新发展，开拓更广大的应用市场。关键词：不锈钢内衬修复；非开挖；城镇地下管道中图分类号：开放科学（资源服务）标识码（）：文献标识码：（，）：，：；我国城镇地下管道网错综复杂，材质、管径、埋设深度不一，地下、地上环境各异，年久失修的老旧管道蚀破跑冒滴漏严重，挖取老旧管道换埋新管道，难度大、工程大、投资大，而不锈钢内衬修复旧管道技术是一种非开挖地下管道修复技术，近年来发展迅速，工艺日渐成熟，不仅很好地完成了老旧管道修复，而且能够提升管道的强度、使用寿命、输送能力等，工程量小、投资少，同时，施工时对周围环境和交通影响小。因此，经济效益和社会效益良好。不锈钢内衬修复旧管道技术介绍 技术原理不锈钢内衬修复旧管道技术是在待修复管道两端开挖作业坑，用专用设备把薄不锈钢制成符合尺寸要求的管坯，再用专用小车将管坯输送到待衬管道内，在管道内用机械胀管器把不锈钢管坯撑圆并紧贴在旧管道内壁上，采用氩弧焊焊接不锈钢管坯的纵缝和环缝形成整体不锈钢内衬层管，管道端口采用厚不锈钢过渡板将薄不锈钢内衬管与原管道连接为一体成为复合管道，从而达到对原旧管道修复改造升级的目的。具体见图、图。图 修复前的管道内壁 图 不锈钢内衬修复后的管道内壁 技术特点（）耐腐蚀，耐高温，寿命长，无污染，承压高，摩阻小，损失小。选用 奥氏体不锈钢，综合性能好，可耐多种介质腐蚀，其在 硫酸溶液中的腐蚀速率仅为 ；在天然水中很少发生缝隙腐蚀；在空气、水或其他含氧介质中几乎能立即形成一层铬氧化物薄膜，从而使其具有耐蚀性。基于内衬不锈钢材质的特性，修复后的管道可耐高温，使用寿命很长（即使在周期性震动的情况下，实地腐蚀试验数据表明，薄不锈钢的使用寿命可达 以上）且寿命周期内几乎不需要维护，无污染。不锈钢内衬层具有耐腐蚀、寿命长、承压高、内壁光滑、不易结垢等优点，管道内衬修复后能起到堵漏、提压、防腐、降阻的作用，能有效恢复和保持供水管网的供水能力和运行安全。（）地面工人少，施工机具少，施工占地面积小。不锈钢内衬法具有施工周期短、临时占地面积小、安全可靠、适用于大口径管道修复等显著特点。因为主要焊接工作在管道内完成，所以地面上只需少量的工人配合做好管内焊接材料供应、安全保障等工作即可，主要施工机具包括发电机、氩弧焊机、卷板机、运管小车、轴流风机、电缆等。（）工作坑开挖数量少，施工作业对周围环境和交通影响小。相对于其他修复技术，在管道弯头、三通、阀门、检查井等位置可以做到少开挖或者不开挖。对于大管径的不锈钢内衬可以采取内部焊接成型的工艺方法进行施工作业。当然，在减少工作坑的同时，必须注意加强通风等防护措施和检查，以确保施工安全。由于工作坑开挖数量少、施工作业占地面积小，环保、安全，对周围环境和交通影响小。工艺流程图 不锈钢内衬修复技术施工工艺流程图 适用范围（）适用于 以上口径各种材质圆形管道内衬修复；（）适用于含弯头、变径、三通管道的内衬修复；（）修复管道输送流体温度范围广，输送压力范围为 ；（）不适合内部有水的管道修复；（）不适合输送强酸强碱和氯离子含量较高流体管道的修复。河南城建学院学报 年 月 不锈钢内衬修复旧管道技术设计我国城镇地下管道网错综复杂，需要修复改造的管道有的埋设在人行道下，有的埋设在行车道下甚至地铁线路上，周围交通繁杂，难以开挖施工作业；管道埋设深度不一；管道材质、口径各式各样。需要遵照既最大限度减少对交通和周围环境的影响，又确保管道修复改造质量的原则，对标的项目做细致考察，严谨科学地进行不锈钢内衬修复技术设计。例如，濮阳某管道工程技术公司参与的郑州市“一环十横十纵”道路综合改造工程给水管网改造项目，涉及的供水管道主要埋设在人行道下，部分埋设在行车道下，航海路部分管道埋设在地铁线路上，作业面大都处在繁华城区；管道平均埋深 ，材质以钢筋混凝土管为主，有少量灰口铸铁管；涉及管道口径不一，遵照最大限度减少改造施工对周围环境的影响、又确保改造质量的原则进行不锈钢内衬修复技术设计。修复工艺设计（）不锈钢内衬材料种类选择根据城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程 第 条规定确定不锈钢内衬修复材料材质，具体见表。表 不锈钢内衬材料适用条件及用途牌号适用条件用途（型）氯离子含量 饮用净水、生活饮用冷水、热水等管道（型）耐腐蚀要求高于 型场合的管道（型）氯离子含量 耐腐蚀要求高于 型场合的管道（型）海水或高氯介质 （）不锈钢内衬管外径设计不锈钢内衬法是将不锈钢板撑圆紧贴在原管道内壁上并电焊固定再焊接形成内衬层的，不锈钢内衬层外径与原管道内径相等。（）不锈钢内衬管壁厚设计根据原管道残余结构强度、内衬修复后运行要求确定结构性修复或半结构性修复，确定不锈钢内衬管所需承受的运行压力，从而进行不锈钢内衬管壁厚设计。不锈钢内衬法通常用于管道半结构性内衬修复，主要承受内压和外部地下水外压。不锈钢内衬管道承受内压的最小壁厚应按照城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程（）计算。设计公式为：（）式中：设计内水压的分项系数，；管道设计压力（），应按管道工作压力的 倍计算；内衬管道计算直径（）；抗力折减系数，不锈钢材料可取 ；内衬材料的长期抗拉强度（），不锈钢取 。由公式（）计算出不锈钢内衬管壁厚，具体见表。表 不锈钢内衬设计壁厚表管道口径规格内衬壁厚 管道口径规格内衬壁厚 第 卷第 期 李瑞典：不锈钢内衬修复技术及其应用研究 （）不锈钢内衬分段设计内衬分段应结合工作坑的位置确定，工作坑设计中内衬分段长度不宜大于 ，在做好通风等防护措施情况下，及以上口径管道不锈钢内衬分段长度可延长至 以上。（）工作坑设计在管道起点、终点、三通、弯头、阀门、钢管段等部位开挖工作坑，工作坑位置可根据周围环境条件、协调工作难易程度灵活调整，尽可能利用现有阀门井室、现有道路等设施，从而减少开挖。工作坑尺寸为 ，主要用于不锈钢下板，人员、设备进出和通风；单个工作坑施工区临时占地面积控制在 以内。具体大小根据管道埋深及周围道路交通等环境情况确定。（）防负压设计为防止在停产闭启阀门操作或者流体量变动时产生真空负压将不锈钢内衬层吸瘪的现象发生，管道修复设计时应设计安装复合式高速进排气阀来解决该问题，以便在关闭阀门、停输泄流等操作时外界空气能迅速进入管道内部，平衡管道内外压力避免负压吸瘪不锈钢内衬层，复合式高速进排气阀口径有、和 ，利用现有阀门井、施工工作坑等部位安装，平均安装间距约为。不锈钢裸管承压计算不锈钢内衬管独立承压能力计算公式为：（）式中：不锈钢内衬管独立承压压力（）；由公式（）计算出不锈钢内衬管最大独立承受压力，见表。表 不锈钢内衬管最小壁厚与独立承压能力计算表管道口径 内衬管最小要求壁厚 不同壁厚不锈钢内衬管及对应独立承压能力 不锈钢内衬修复主要质量控制措施 不锈钢材料选择不锈钢内衬修复所用不锈钢板材应符合现行国家标准不锈钢冷轧钢板和钢带（）有关规定，并符合生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准（）；不锈钢板材化学成分和力学性能应符合承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带（）的有关规定。所用焊材应与不锈钢板材相匹配，见表。表 不锈钢板力学性能指标表规定塑性延伸强度 规定塑性延伸强度 抗拉强度 断后伸长率 硬度值不小于不大于 管道预处理在应用不锈钢内衬修复技术进行管道修复前需进行管道预处理。应清除掉管道内部绝大部分结垢 河南城建学院学报 年 月层，清洗后的管道内部要达到基本无垢、无杂物、无结瘤、无毛刺，必须除去棱角等影响内衬修复质量的物体存在。对于牢固粘贴于管内壁的硬质垢层结瘤要多次清洗，直至将其尖锐棱角磨去，达到表面基本平整。对于管道缺陷和裂缝，则用封堵剂或快干水泥填平抹光，最终使旧管道内壁清洁光滑，利于内衬管与旧管紧密贴合。不锈钢板撑板用胀管器和人工撑结合把不锈钢管坯预撑圆并紧贴在原管道内壁上；检查、测量、调整所撑不锈钢板与上一张已经固定好的不锈钢板的轴向搭接长度和轴向焊缝错开距离，相邻不锈钢板轴向搭接长度控制在 ，管胚纵向焊缝错开的间距大于 ，宜在 点、点钟位置交错焊接。在弯头处采用多环焊缝（虾米腰弯头），根据原管道的曲度紧贴原管道内壁。严禁出现十字缝；管内搭接顺序宜为流体流向。不锈钢调整就位后撑圆紧贴在原管道内壁上，使用氩弧焊接技术将所撑好的不锈钢板点焊固定在上一张已固定好的不锈钢板上，每隔 点焊一处。不锈钢板焊接（）采用氩弧焊接技术将点焊固定的不锈钢板焊接成整体。不锈钢焊接作业及验收标准应符合现行国家标准现场设备、工业管道焊接工程施工规范（）和现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范（）的有关规定；（）焊接应采用搭接焊，管道内腔焊缝应保持保满、美观。（）原有管道端部，应对不锈钢内衬管道与原有管道内壁之间进行满焊密封处理。（）焊接前必须对焊缝两侧（）不锈钢板及焊丝表面进行清理，如有污物用清洁水进行清洁，并去除金属表面的氧化膜、湿气、水、污垢、油脂等杂物，并且按照确定的焊接工艺参数进行焊接操作，以保证焊接接头的质量。（）不锈钢内衬管道焊缝外观整齐、无气孔、无未焊透、无裂纹、无焊瘤、无过烧。原管道经不锈钢内衬修复后，达到原管道设计承受内压的强度，不得出现渗漏和变形。不锈钢内衬修复后常见问题与运行维护注意事项 不锈钢修复后常见问题不锈钢内衬修复技术工艺是采用的薄壁不锈钢板贴敷法修复，由于内衬层为薄壁不锈钢板，其承受外压（真空负压）能力较低，容易造成不锈钢内衬层变形、塌陷、破损。常见情况有：（）管道停输，低点泄水时，产生虹吸效应，无进排气、进排气阀失效或进气受阻，造成局部高点（起伏段局部高点，下沉段前后高点管段部分）无法进气或者进气速度小于泄水速度造成高点真空负压，将不锈钢内衬层抽瘪。（）关闭阀门操作速度过快造成阀门下游管道内水锤真空负压，将不锈钢内衬层抽瘪。（）管道停输后，管内处于空管，管外地下水进入管道夹层，在浮力作用下造成不锈钢内衬层底部隆起。（）管道投产时，进水速度过快，排气不及，在水流湍动和水锤冲击下，造成不锈钢内衬层变形、泄露。（）管道遭受外力破坏（挖掘机开挖、水平定向钻施工、打桩机打桩、地基沉降等）损坏原管道和不锈钢内衬层。不锈钢内衬修复后运行注意事项（）尽可能减少不必要的管道停输投产操作，保持管道流量和压力稳定。（）务必确保已安装进排气阀处于有效工作状态。不得随意拆除已安装的进排气阀或者改变已安装的进排气阀规格型号；被拆除、盗取、损坏的进排气阀应及时安装更换新的同径进排气阀；进排气阀应选用复合式高速进排气阀，进排气阀上口进排气口要选择与底阀同径。（）需要泄水时，应确保外界空气能通过进排气阀顺畅进入管道内，且进气量与泄水量保持一致尤 第 卷第 期 李瑞典：不锈钢内衬修复技术及其应用研究为重要。（）在管网停运期间，要尽量保持管内一定压力（不低于 为宜），避免管道处于空管状态。总结与展望不锈钢内衬修复技术以其技术工艺的综合优势，产生了良好经济效益和社会效益，被广泛应用于城镇地下多种用途管道的腐蚀破损修复改造中。但是，我国的不锈钢内衬修复技术与国外相比，起步较晚，仍存在技术标准体系不完善和施工设备、机具有待进一步改进等问题。随着我国科技进步和对其技术工艺创新研究的深入，随着城镇化建设的发展，不锈钢内衬修复技术在我国的市场前景必将更加广阔。参考文献 江敏锋 不锈钢内衬修复大口径原水管道实例 四川建材，（）：顾纪清 不锈钢应用手册 北京：化学工业出版社，王成全，葛延超，徐效华 钢制大口径输水管道不锈钢内衬修复工程实践 非开挖技术，（）：铁铸，王成全，张平涛 不锈钢内衬技术在江阴市供水管网改造中的应用 非开挖技术，（）：中华人民共和国住房和城乡建设部 城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程：北京：中国建筑工业出版社，中华人民共和国住房