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異徑HDPE管穿插法修復(fù)在線舊管道
一、前言
高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,以后簡稱HDPE)塑料管具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性、超低的摩擦阻力系數(shù)、優(yōu)異的耐磨性能和良好的抗沖擊性能以及適應(yīng)溫度范圍較寬、承壓能力好、耐老化等突出的優(yōu)點(diǎn)，因此在管道工業(yè)界越來越得到廣大使用者的高度重視。
對腐蝕嚴(yán)重或泄露的舊鐵管和鋼管，內(nèi)襯HDPE構(gòu)成結(jié)構(gòu)性復(fù)合管，可達(dá)到恢復(fù)管線功能、延長使用壽命的目的。性能優(yōu)異的HDPE管能大幅度地提高在線舊管道的承壓能力、耐腐蝕性能和輸送能力，而其成本僅為鋼管的40%左右。因此，內(nèi)襯HDPE管來修復(fù)在線舊管道，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。尤其是在城市不可開挖地段對不能以新汰舊的管線進(jìn)行重建的情況下，效益更為顯著。
為此，我公司與石油大學(xué)、青島化工設(shè)計(jì)院、青島市煤氣公司有關(guān)研究人員，對穿插HDPE管修復(fù)在線舊管道技術(shù)進(jìn)行了研究，開發(fā)出異徑HDPE管縮徑穿插自動(dòng)復(fù)原貼合技術(shù)和高溫壓制復(fù)合法蘭接口技術(shù)，取得了三項(xiàng)國家發(fā)明專利，開創(chuàng)了管道防腐或修復(fù)技術(shù)的又一新領(lǐng)域。該技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，可成功地解決供氣、供水、輸油、排污及酸堿輸送管道的防腐在線舊管道的修復(fù)問題。
二、原理與方法
1．異徑HDPE管縮徑穿插自動(dòng)貼合技術(shù)
異徑HDPE管縮徑穿插自動(dòng)貼合技術(shù)的原理如圖1所示。
該技術(shù)設(shè)計(jì)使用熱塑性HDPE管，它具有變形后能自動(dòng)恢復(fù)原始物理形狀的特性。選用的內(nèi)襯HDPE管的外徑比待修復(fù)主管道的內(nèi)徑略大一些。穿插時(shí)，讓連接好的HDPE管首先通過專門設(shè)計(jì)的滾輪縮徑機(jī)。從縮徑機(jī)出來的HDPE管的直徑將縮小10%左右，小于待修復(fù)主管道的內(nèi)徑。直徑比主管道內(nèi)徑小的HDPE管，在一定的牽引力和一定的速度下很容易拉入主管道。拉力撤消以后，聚乙烯管慢慢恢復(fù)到原來的直徑，數(shù)小時(shí)后內(nèi)管與外管緊緊結(jié)合在一起。
實(shí)驗(yàn)表明，HDPE管從縮徑機(jī)出來時(shí)，直徑稍微有些增大，而后在一定的拉伸力作用下，直徑使穩(wěn)定在所設(shè)計(jì)的數(shù)值，直到拉力被撤消。在整個(gè)穿插過程中直徑的變化規(guī)律如圖2所示。
對于一定的收縮比，所需的拉伸力與HDPE管的屈服強(qiáng)度和橫截面積成正比關(guān)系：
F＝ΚσyA
式中：F-拉伸力，千牛；
K-系數(shù)，取值與HDPE管的直徑和收縮比有關(guān)；
σy—HDPE的屈服強(qiáng)度，千牛/厘米2；
A—HDPE管的橫截面積，厘米2。
在穿插過程中，為確保HDPE管不被拉斷，最大拉伸力不能超過材料屈服強(qiáng)度的二分之一。據(jù)此由公式可以計(jì)算出對應(yīng)于一定直徑和收縮比的HDPE管的最大允許壁厚。
2．高溫壓制復(fù)合法蘭接口技術(shù)
管道的連接設(shè)計(jì)使用在管端高溫壓制聚乙烯與鋼法蘭緊密結(jié)合的復(fù)合法蘭的連接方法，如圖3所示。
首先，將多余的HDPE管按預(yù)定的長度切下，聚乙烯隔熱加固墊安裝在伸出的HDPE管上，再加一個(gè)限流金屬環(huán)。然后，用專門設(shè)計(jì)的復(fù)合法蘭高溫壓制裝置，將伸出的HDPE管加熱到壓縮成型所需的溫度，壓縮HDPE管形成聚乙烯與鋼法蘭緊密結(jié)合的復(fù)合法蘭，用以連接相鄰的兩段管道。
這種管道連接方法通過襯管與主管法蘭端面擬合，可在襯管與主管之間和兩管段之間形成有效的密封，具有很高的承壓能力。
3．主要設(shè)備
(1)縮徑機(jī) 用于暫時(shí)縮小HDPE管的直徑。設(shè)計(jì)的縮徑機(jī)由變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多級滾壓輪構(gòu)成，靠滾輪滾壓縮徑。本設(shè)計(jì)具有能耗低、無級變速、速度自動(dòng)耦合、操作簡單方便、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。HDPE管通過縮徑機(jī)后，直徑可縮小10%。
(2)牽引裝置 設(shè)計(jì)的牽引裝置由絞車、導(dǎo)向滑輪、鋼絲繩和牽引頭等組成。絞車為柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，能自動(dòng)顯示和記錄牽引力、牽引速度和路程，最大可提供400千牛的牽引力。專門設(shè)計(jì)了風(fēng)送穿繩技術(shù)穿引鋼絲繩。
(3)熱熔焊機(jī) 采用熱熔焊技術(shù)連接HDPE管。為了形成連續(xù)長度(每根約15長的HDPE管需要仔細(xì)地進(jìn)行熔融對接，并對每一道焊縫進(jìn)行探傷檢查，外部焊道應(yīng)光滑無裂縫。實(shí)驗(yàn)表明，熔融焊接的強(qiáng)度高于管體本身的強(qiáng)度。
(4)復(fù)合法蘭高溫壓制裝置 該裝置由加熱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和固定系統(tǒng)組成�？蓪⒕垡蚁┮r管加熱到一定溫度后壓緊在主管法蘭端面上，構(gòu)成緊密結(jié)合的復(fù)合法蘭，在相鄰兩管段之間實(shí)現(xiàn)有效連接。
三、施工工藝
施工前，設(shè)計(jì)和工程技術(shù)人員首先應(yīng)沿著舊管線鋪設(shè)路徑進(jìn)行現(xiàn)場勘察，對管線的歷史、目前的狀況及周圍環(huán)境等做詳細(xì)的調(diào)研，確定合適的開挖地點(diǎn)和切斷位置，作好工程設(shè)計(jì)和施工計(jì)劃，然后按設(shè)計(jì)和計(jì)劃進(jìn)行施工。異徑HDPE管穿插法修復(fù)在線舊管道的施工工藝方法如下：
1．舊管線改造和處理
首先，按設(shè)計(jì)的長度開挖斷開舊管道，并在管段的兩端焊接法蘭盤。開挖斷開長度根據(jù)選用的HDPE管的直徑、壁厚、屈服強(qiáng)度和現(xiàn)場環(huán)境條件來確定。推薦的管段長度一般不超過1000m。若管段過長，HDPE管可能會承受較大的拉應(yīng)力，以至于超過其屈服強(qiáng)度而受到損傷。其次，對管道進(jìn)行清洗，徹底清除管道內(nèi)的雜物、管壁上的結(jié)垢、銹層及其
它附著物。推薦采用PIG物理清洗工藝，清洗速度快、質(zhì)量好，并能起到通徑的作用。
2．HDPE管焊接和檢查
在現(xiàn)場將單根HDPE管連接成一定長度的管段，連起來的HDPE襯管段比待修復(fù)的主管段至少要長6m。焊接完后，要切除HDPE管在熱熔焊接時(shí)所產(chǎn)生的焊瘤，使其表面光滑平整以保證穿插順利和緊密貼合。整體接好后，HDPE管進(jìn)行探傷和試壓檢查，確保襯管的質(zhì)量。
3．試樣HDPE管段試穿插
正式穿插前，先用一段試樣HDPE管段進(jìn)行試穿插，主要目的是：(1)檢查待修復(fù)主管的通徑；(2)確定摩擦阻力的大��；(3)檢查試樣襯管的表面損傷情況，了解待修主管的內(nèi)表面狀況。若試穿插遇阻或者表面損傷嚴(yán)重，須對待修主管做進(jìn)一步的處理。
4.縮徑穿插HDPE襯管
將牽引頭固定在HDPE襯管的首端，接好牽引纜繩。同步啟動(dòng)縮徑機(jī)和牽引絞車，按照規(guī)定的速度均勻牽引HDPE襯管通過縮徑機(jī)縮徑后進(jìn)入待修主管道的一端，從另一端拉出設(shè)計(jì)的長度。在穿插過程中，操作者要嚴(yán)格監(jiān)控HDPE襯管段的應(yīng)力大小，防止超過其拉伸屈服極限。
5．壓制復(fù)合法蘭
穿插結(jié)束后，立即用復(fù)合法蘭高溫壓制成型裝置在管段兩端壓制復(fù)合法蘭。這一工序要在HDPE襯管尚未完全復(fù)原貼合之前完成。這樣，HDPE管完全復(fù)原后所產(chǎn)生的拉伸力可使聚乙烯法蘭盤與主管法蘭更加緊密地貼合在一起。當(dāng)相鄰的兩段舊管道內(nèi)襯完畢后，用螺栓將相鄰的一對法蘭
連接在一起。
6．收尾工作試壓，回填，試運(yùn)行，驗(yàn)收合格后結(jié)束。
四、技術(shù)特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)效益
異徑HDPE管穿插法修復(fù)在線舊管道技術(shù)具有以下特點(diǎn)：
(1)突出的化學(xué)抗性、耐磨性、耐疲勞性；
(2)不生銹，不腐化，無毒；
(3)良好的流動(dòng)特性；
(4)較高的承壓能力；
(5)質(zhì)量可靠，經(jīng)久耐用；
(6)無化學(xué)反應(yīng)，無環(huán)境污染和副產(chǎn)品；
(7)由襯管形成法蘭，密封性好；
(8)襯管可加工任意尺寸和厚度；
(9)施工周期短，減少停產(chǎn)時(shí)間；
(10)一次修復(fù)距離長，開挖量和斷開點(diǎn)少;
(1I)適用于直徑3—36英寸的各種管道；
(12)簡易的機(jī)械處理過程，安全可靠。
應(yīng)用該技術(shù)修復(fù)在線舊管道，可大幅度降低綜合成本(約為新建管線綜合費(fèi)用的50%左右)，明顯提高管道的使用壽命(長達(dá)50年)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
五、結(jié)束語
異徑HDPE管穿插法修復(fù)在線舊管道技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，為腐蝕和磨蝕嚴(yán)重的鋼鐵管的防腐和修復(fù)提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的手段。該技術(shù)可成功地用來修復(fù)直徑在3到36英寸(即75毫米至于900毫米)的多種的管道(如天燃?xì)夤艿馈⑤斢凸艿�、注水管道、排污管道、煤氣管道、自來水管道�?，可應(yīng)用于市政、油田、電力、化工等行業(yè)的管道防腐與再建。
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