玻璃鋼預(yù)制直埋天然氣管道補(bǔ)口工藝優(yōu)化應(yīng)用研究

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預(yù)制直埋管具有便于規(guī)模化預(yù)制加工、施工周期短、工藝簡(jiǎn)單方便、占地面積小且不影響市容等優(yōu)點(diǎn)，目前已得到推廣使用。國(guó)內(nèi)常用預(yù)制直埋管有聚乙烯結(jié)構(gòu)、玻璃鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)3 種。在東營(yíng)地區(qū)，綜合考慮區(qū)域地質(zhì)、水文條件等外界因素，對(duì)比3 種預(yù)制直埋管線的材料性能、安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性等各方面特點(diǎn)，雖然鋼結(jié)構(gòu)可在非正常運(yùn)行狀態(tài)下短期運(yùn)行的特點(diǎn)，但另2 種結(jié)構(gòu)直埋管耐久性強(qiáng)，在設(shè)計(jì)上可保證安全系數(shù)和外護(hù)層厚度，在施工中能保證防腐補(bǔ)口質(zhì)量[1]，相比鋼結(jié)構(gòu)具有更好的性價(jià)比。因此對(duì)大口徑管線來(lái)講，玻璃鋼預(yù)制直埋管更適用。

玻璃鋼預(yù)制直埋管適用于工作壓力不大于2.5 MPa天然氣管道，特別是管徑大于DN400 的天然氣管道更為適用。預(yù)制直埋管已有明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且可以采用工廠預(yù)制方式進(jìn)行規(guī)范化生產(chǎn)，管道質(zhì)量可得到有效控制。但管道補(bǔ)口施工工藝尚無(wú)嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，特別是在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境下實(shí)施的防腐補(bǔ)口施工就成了整個(gè)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，將影響整條管線的使用壽命[2]。因此，探討玻璃鋼預(yù)制直埋管防腐補(bǔ)口工藝存在的問(wèn)題及其優(yōu)化改進(jìn)措施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 玻璃鋼預(yù)制直埋管結(jié)構(gòu)

玻璃鋼預(yù)制直埋管一般分為三層，自內(nèi)向外結(jié)構(gòu)依次為鋼管、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料保溫層、玻璃鋼外護(hù)層（玻璃纖維增強(qiáng)塑料外護(hù)層），結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 直埋管結(jié)構(gòu)Fig.1 Directly buried pipe structure

其中，玻璃鋼外護(hù)層是由玻璃纖維無(wú)捻紗和不飽和聚酯樹(shù)脂作原料，采用機(jī)械濕法纏繞而成，顏色可為不飽和聚酯樹(shù)脂本色或填加色漿，使用溫度條件應(yīng)控制在-50～65 ℃，玻璃鋼外護(hù)層的密度應(yīng)控制在1 800～2 000 kg/m3，拉伸強(qiáng)度不小于150 MPa，彎曲強(qiáng)度不小于50 MPa[3]。

2 防腐補(bǔ)口工藝存在的問(wèn)題及改進(jìn)

玻璃鋼預(yù)制直埋管防腐補(bǔ)口工藝施工標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)范性引用標(biāo)準(zhǔn)包括CJJ33—2005《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》、GB/T8923.1—2011《涂覆涂料前鋼材表面處理》、GB/T 18369—2008《玻璃纖維無(wú)捻粗紗》及其他玻璃鋼加工制作相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.1 原玻璃鋼補(bǔ)口工藝分析

圖2 為普遍采用的原有玻璃鋼補(bǔ)口工藝示意圖，該工藝設(shè)計(jì)有4 個(gè)塑料焊擋環(huán)，理論上可以形成多道擋水裝置。

但在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，該工藝存在以下問(wèn)題：①現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行氣密檢測(cè)一次合格率不足80%，返修量較大，造成人工、材料的浪費(fèi)及工期的延誤；②擋環(huán)采用塑料焊不僅工藝復(fù)雜、施工速度慢，而且粘合不牢固很容易脫落，擋環(huán)脫落后易造成地下水滲入，成為補(bǔ)口區(qū)的薄弱環(huán)節(jié)，從而影響管道使用壽命。

圖2 原有玻璃鋼補(bǔ)口工藝示意圖Fig.2 Schematic diagram of original FRP joint repair process

2.2 玻璃鋼補(bǔ)口工藝改進(jìn)優(yōu)化

針對(duì)原防腐補(bǔ)口工藝存在的問(wèn)題，進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，其主要理念是通過(guò)增大套袖與玻璃鋼管體的接觸面積，達(dá)到防止地下水進(jìn)入補(bǔ)口區(qū)的目的。該工藝充分利用了樹(shù)脂的粘接性，利用樹(shù)脂將套袖和預(yù)制玻璃鋼外護(hù)管粘結(jié)在一起，確保了套袖與預(yù)制玻璃鋼外護(hù)管的大面積擠壓接觸，保證嚴(yán)密性，有效提高防水效果。改進(jìn)后的防腐補(bǔ)口工藝如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后的玻璃鋼補(bǔ)口工藝示意圖Fig.3 Schematic diagram of improved FRP joint repair process

改進(jìn)后的工藝，充分利用了玻璃鋼、聚氨酯都是極性材料且具有良好粘結(jié)性能的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了工作管、保溫層、外護(hù)層三位一體[4]，保證了防腐保溫管的預(yù)制質(zhì)量。通過(guò)取樣送檢結(jié)果顯示，對(duì)DN 1000 預(yù)制管道送樣檢測(cè)，其拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度均高于標(biāo)準(zhǔn)的要求[5]，檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。

改進(jìn)后的補(bǔ)口工藝解決了原有工藝容易出現(xiàn)的典型缺陷，經(jīng)實(shí)測(cè)技術(shù)性能指標(biāo)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。同時(shí)由于操作簡(jiǎn)單，補(bǔ)口作業(yè)人員很容易掌握施工要求，質(zhì)量更有保證，施工速度提高很多，可為整個(gè)工程如期竣工提供保障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用該纏繞工藝后，一次氣密合格率達(dá)到98%，進(jìn)一步提高了防腐補(bǔ)口工作效率。

表1 玻璃鋼預(yù)制管性能實(shí)測(cè)結(jié)果Tab.1 Measurement results of FRP prefabricated pipe performance

3 改進(jìn)后的防腐補(bǔ)口工藝要求

玻璃鋼外護(hù)層預(yù)制直埋保溫管補(bǔ)口工藝流程如圖4 所示。

新改進(jìn)的玻璃鋼預(yù)制直埋管防腐補(bǔ)口工藝從技術(shù)上對(duì)原有工藝進(jìn)行了革新，但在施工時(shí)還須對(duì)補(bǔ)口的各個(gè)工序技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格控制，形成標(biāo)準(zhǔn)化流程，確保施工質(zhì)量才能達(dá)到預(yù)期的效果。

圖4 玻璃鋼外護(hù)層預(yù)制直埋保溫管補(bǔ)口工藝流程Fig.4 Joint repair process flow of prefabricated directly buried thermal insulation pipe with FRP outer sheath

（1）施工準(zhǔn)備?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度宜為5～40 ℃，空氣濕度不應(yīng)大于85%；當(dāng)環(huán)境溫度低于5 ℃時(shí)采取防凍措施，空氣相對(duì)濕度大于85%時(shí)應(yīng)有防結(jié)露措施[6]；操作坑必須滿足施工要求，確保操作坑內(nèi)無(wú)淤泥、不積水，必要時(shí)采取降水、排水措施，確保操作坑底部距保溫管線底部距離不小于400 mm，保證足夠的操作空間。

（2）管口除銹。補(bǔ)口區(qū)域鋼管除銹工藝按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)一般采用噴砂除銹。除銹效果符合設(shè)計(jì)要求或相關(guān)規(guī)范的規(guī)定；噴砂除銹后4 h 內(nèi)完成外護(hù)層施工，否則需重新進(jìn)行除銹。

（3）玻璃鋼外護(hù)層管端打毛。為保證粘接質(zhì)量，應(yīng)對(duì)管線補(bǔ)口區(qū)域玻璃鋼外護(hù)層部分進(jìn)行打毛處理，利用鋼絲刷或鋼絲球?qū)啥诉M(jìn)行打毛，各段長(zhǎng)度不少于400 mm。

（4）清理并打毛管線保溫層端面。去除管線補(bǔ)口區(qū)域保溫層端面涂刷的防水劑，確保露出新鮮的保溫層端面，以便保溫層結(jié)合充分牢固。

（5）吹掃。對(duì)補(bǔ)口部位及套袖進(jìn)行吹掃，除去雜質(zhì)及浮塵，保證鋼管表面、玻璃鋼外護(hù)層拉毛部分、保溫層端面及套袖內(nèi)外表面清潔[7]。

（6）管端增強(qiáng)區(qū)施工。一般采用200～250 mm玻璃纖維短切氈、無(wú)堿玻璃絲布對(duì)管端增強(qiáng)區(qū)進(jìn)行纏繞，纏繞順序?yàn)椋? 氈-2 布-1 氈-2 布。

（7）玻璃鋼套袖安裝。在套袖接口搭接處利用均布鉚釘?shù)姆绞綄?duì)套袖固定，間距200 mm，按照先中間后兩端的順序依次固定[8]。保證套袖與原外護(hù)層的搭接每端長(zhǎng)度不少于100 mm，套袖切口搭接處應(yīng)處于補(bǔ)口區(qū)10～11 點(diǎn)或1～2 點(diǎn)位置為宜，采取下壓上方式。

（8）玻璃鋼整體纏繞施工。根據(jù)管線規(guī)格型號(hào)不同，整體纏繞浸滿不飽和聚酯樹(shù)脂的短切氈及0.4 mm 無(wú)堿玻璃纖維布層數(shù)不同[9]。一般DN800 mm 及以上規(guī)格管線，纏繞順序?yàn)? 氈-3 布-1 氈-5布；DN800 mm 以下規(guī)格管線，纏繞順序?yàn)? 氈-2布-1 氈-3 布。涂刷不飽和聚酯樹(shù)脂應(yīng)涂抹均勻且浸透短切氈及玻璃纖維布，防止樹(shù)脂過(guò)多造成下墜鼓包，若出現(xiàn)鼓包要用刀挑開(kāi)、抹平，將短切氈及玻璃纖維布拉緊、輥平、壓實(shí)。

（9）整體固化養(yǎng)護(hù)。纏繞完成后，一般需在外護(hù)層表面基本固化后整體纏繞塑料薄膜進(jìn)行保護(hù)，玻璃鋼固化時(shí)間應(yīng)大于24 h。

（10）氣密性試驗(yàn)。壓力為0.02 MPa，穩(wěn)壓2 min，用肥皂水涂抹檢測(cè)。經(jīng)固化、養(yǎng)護(hù)完成后的玻璃鋼外護(hù)殼表面無(wú)氣泡即為合格[10]。

（11）補(bǔ)口區(qū)發(fā)泡施工工藝。采用小型發(fā)泡機(jī)，嚴(yán)格控制兩種原料的輸出量和輸出配比，保溫層任意位置的泡沫密度不應(yīng)小于60 kg/m3，熟化時(shí)間以20～30 min 為宜。

（12）養(yǎng)護(hù)與成品保護(hù)。主要包括封堵開(kāi)孔和成品保護(hù)。發(fā)泡完成30 min 后，將注料孔和排氣孔處的泡沫料清理干凈，打毛附近的保護(hù)層，開(kāi)孔封堵施工方法及要求同玻璃鋼整體纏繞相同。全部工序完成經(jīng)檢查符合要求后應(yīng)采取相應(yīng)成品保護(hù)措施，并等待回填。

4 結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)的玻璃鋼預(yù)制直埋管補(bǔ)口技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化了補(bǔ)口工藝及流程，現(xiàn)場(chǎng)易于把控質(zhì)量節(jié)點(diǎn)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐驗(yàn)證，氣密性檢測(cè)一次合格率達(dá)到98%以上，大幅減少返修工程量，大大提高了防腐補(bǔ)口作業(yè)效率，降低了工程成本，保證了管線運(yùn)行安全。