HDPE管穿插法修復舊管道技術

燕繼勇，王恩成，劉素平，路 林

(中國石油化工股份有限公司中原油田分公司，河南濮陽 457171)

HDPE管穿插法修復舊管道技術

燕繼勇，王恩成，劉素平，路 林

(中國石油化工股份有限公司中原油田分公司，河南濮陽 457171)

埋設于地下的集輸管網(wǎng)都面臨著后期的腐蝕，解決腐蝕修復問題是集輸管后期生產(chǎn)管理的主要問題。通過對HDPE管穿插修復技術工藝原理、HDPE管承壓能力計算設計、管材原料、管材性能要求、管道短管、彎頭處的連接方法、密封結構以及運行管理等的分析闡述，從而較詳實地介紹了一種管道修復方法。這種方法可避免對腐蝕嚴重的管線全線開挖、徹底更換，因此成本相對較低，施工時間比較短，特別對于埋設于高大建筑物及重要交通干線下的管線腐蝕泄漏無法更換的問題也得到很好解決。原來的金屬管道還作為承壓管道，而內(nèi)襯的HDPE具有非常好的防腐性能，總體上相當于金屬與非金屬的復合管，綜合效果，特別是防腐蝕性能大大提高。

修復 HDPE管 穿插 要求 設計

流體、氣體大多采用埋地管線進行長距離輸送。隨之時間的延長，輸送管線勢必出現(xiàn)結垢、腐蝕、穿孔等問題，需要進行清洗、修復和更換。目前，對腐蝕嚴重的管道多采用全線開挖、徹底更換管線的方法，其成本高，耗時長，而且對于埋設在高大建筑物及重要交通干線下的管線常常無法更換。HDPE管穿插法修復舊管道技術是在不能全線開挖舊管線的情況下，僅在施工管線兩端開挖兩個操作坑，即可一次穿插1 000 m的HDPE管，從而較好地解決了埋設于地下的各種水、氣、油管線的修復問題。

圖1 HDPE管穿插修復示意Fig.1 The sketch of useing HDPE pipes to repair old pipelines

1 工藝原理

HDPE管穿插修復技術是把外徑等于或略小于待修復管道內(nèi)徑的高密度聚乙烯內(nèi)襯管，通過專用U型壓制設備，將內(nèi)襯管變?yōu)閁型，并將內(nèi)襯管的橫截面縮小30%以上，通過纏繞定型、牽引拉入、外力恢復等過程使襯管緊緊的與管道內(nèi)壁結合在一起，從而形成對舊管道的內(nèi)襯修復，最大限度地避免了對原有管道直徑的縮小，避免了大管換小管，使得在原有管線輸送能力不降低的情況下得以更新。HDPE管穿插修復示意見圖1。

2 HDPE管設計

2.1 管徑與HDPE管厚度設計

襯管外徑與原管內(nèi)徑相同或略大于，以能緊密黏合為準。根據(jù)原鋼管的內(nèi)徑和管線狀況設計襯管尺寸，內(nèi)襯管外徑的確定一般在斷管實際測量后確認。管材物理機械性能應滿足下列要求:

式中:P——公稱壓力，MPa;

［δ］——設計應力，MPa;

SDR——標準尺寸比;

De——管材公稱外徑，mm;

e——管材公稱規(guī)定壁厚，mm。

表1 公稱直徑與壁厚的對應關系Table 1 The corresponding table of relation nominal diameter and wall thickness

上表中公稱直徑與壁厚的對應關系是按PE裸管計算的，按常規(guī)設計滿足使用壓力情況下直埋PE管的壁厚，則襯入鋼管中的PE管只需直埋PE管壁厚的1/2到1/4即可滿足耐壓耐腐蝕的要求。當將HDPE管穿入鑄鐵管內(nèi)形成緊貼的復合式“管中管"時，PE管為密封耐腐蝕層，而外部鑄鐵管為承壓管，其耐壓等級較原管道提高一個等級。

2.2 聚乙烯管材承壓能力計算的方程

式中:P——HDPE管道允許使用壓力，MPa;

δ——設計使用應力，MPa;

D——PE 管外徑，mm;

e——PE 管壁厚，mm;

SDR——標準尺寸比。

其中:［δ］= ［MRS］/C

MRS——連續(xù)施加再改聚乙烯樹脂管管壁上5 a時引起管材破壞時所計算的在管壁上的環(huán)向張應力。不同等級的聚乙烯管材料具有不同的［MRS］。PE100的材料的［MRS］為10。

C——為安全系數(shù)，介質為水時取1.25。

因PE管自身有一定的承壓能力，形成復合式“管中管"后，其耐壓等級較原管道提高一個等級。

2.3 水力計算

按海登—威廉公式進行計算:

穿插襯裝后，盡管管徑有所縮小，水力坡降仍小于原舊鋼管道。說明內(nèi)襯修復后管道輸送能力與原管道相比有所提高。

2.4 短管和彎頭處的連接及密封

2.4.1 U管恢復和端頭處理

及時把變型后的HDPE管勻速拉入待內(nèi)襯管道內(nèi)，并密封“U”型 HDPE管兩端，打氣壓1～2 kg/cm2并保壓10～30 min，使“U”型 HDPE管恢復原狀。

兩端割去多余的 HDPE管，預留適當?shù)腍DPE管長度，與短接上的帶法蘭的內(nèi)襯PE管連接。

2.4.2 內(nèi)外防腐處理

短節(jié)預制和連接:測量內(nèi)襯管之間的距離，現(xiàn)場制作連接短節(jié)。短節(jié)預制處理前，一邊安裝好耐壓標準法蘭，一邊焊接好連接套筒并焊接同等耐壓等級的承壓盤，之后將焊接好PE法蘭的HDPE穿插進去，將短節(jié)按設計連接好，并將三個套筒用高強度防腐聚合物膠泥填充，確保套筒連接處耐壓強度和套筒之間的防腐等級滿足設計要求。

外防腐:短節(jié)完成連接后，進行外部防腐，包括套筒與鋼制管道。外防腐采用環(huán)氧煤瀝青加強級防腐蝕方案。施工時先把待防腐蝕處管壁清污、除銹，達到人工除銹2級標準露出管道本體，然后將玻璃絲布在加有固化劑的環(huán)氧煤涂料中浸漬后纏繞于管體外部進行外防腐蝕，為防止出現(xiàn)起泡，分多次纏繞，固化后的防腐蝕層厚度達2 mm以上。

2.4.3 彎頭制作

將漲力處彎頭及其它彎頭割開，檢查彎頭腐蝕情況和壁厚:

(1)如果大部分彎頭腐蝕嚴重，滿足不了使用功能，應全部更換彎頭并進行PE內(nèi)襯處理;

(2)如果彎頭腐蝕不太嚴重，能滿足現(xiàn)場使用功能，應對彎頭進行噴砂除銹，然后進行PE內(nèi)襯處理或室內(nèi)制作玻璃鋼內(nèi)襯彎頭，玻璃鋼內(nèi)襯防腐蝕承壓等級等同PE內(nèi)襯。

圖2 內(nèi)襯PE后管道與鋼構件插接連接Fig.2 The sketch map of how to connect PE pipe with steel components

2.5 基本性能要求

原料性能要求見表2。

表2 原料性能要求Table 2 The performance requirements of raw materials

管材性能要求應符合表3要求。

3 投用后管道使用管理問題

(1)管線修復投產(chǎn)后的管理。因修復后的管道承壓主要依據(jù)原管道的承壓能力，在原管道未受到塤壞的情況下，按照管道的正常維護進行即可，不需要特殊的維護管理。

(2)管道修復后遭遇外力破壞造成個別部位變形或損壞。管道修復后如遭遇外力破壞，原管道破壞后承壓能力有一定的下降，為了保證管道的正常運行，采取在破損處截斷，進行鋼制短節(jié)連接。

表3 管材性能要求Table 3 The performance requirements of steel tubes

(3)管線的負壓問題。根據(jù)HDPE的裸管承壓能力和HDPE各種使用參數(shù)以及外管對其的定型因素，當管線處于一般負壓時，PE管不會出現(xiàn)收縮變形。

Technology of Repairing Old Pipelines by Insertion of HDPE Pipe

Yan Jiyong，Wang Encheng，Liu Suping，Lu Lin
(SINOPEC Zhongyuan Oil Field Company，Puyang，Henan 457171)

As the buried transmission pipelines have faced problems of later－stage corrosion，the repair of corroded pipelines has become a major issue in later－ stage pipeline operation management.A pipeline repair method is described in detail by the analysis of process principles of HDPE pipe insertion repairing method，calculation of bearing pressure of HDPE pipes，material of pipes，performance of pipe materials，connection of stub ends and elbows，seal construction and operation management，etc.This application of this method can avoid the excavation and replacement of corroded pipelines，and is low in cost and short in construction time.It is especially applicable for the corroded pipelines under the high buildings，structures and trunk roads and railways，and provides a good solution to the repair of leaking corroded pipeline.In addition，the original pipeline still in place works as pressure－sustaining pipeline and the inserted inner HDPE pipe has an excellent corrosion－resistance performance.The pipeline inserted with HDPE pipe，which is just like a composite pipe of steel and non － steel，has greatly improved the corrosion －resistance performance of pipelines.

repair，HDPE pipe，insertion，requirement，design

TB324

A

1007－015X(2012)01－0030－03

2011－10－ 09;修改稿收到日期:2011－12－19。

燕繼勇(1971)，工程師，2004年畢業(yè)于西安石油大學石油工程專業(yè)，現(xiàn)在中國石油化工股份有限公司中原油田分公司采油一廠 從事防腐、集輸管理工作。E-mail:yjy55789@sohu.com。

(編輯 王菁輝)