PE管内插技术在改造燃气旧管道上的研究与应用

PE管内插技术在改造燃气旧管道上的研究与应用 PE管内插技术在改造燃气旧管道上的研究 与应用 Transmi PE管内插技术在改造燃气旧管道上的研究与应用 上海煤气第一管线有限公司邵杰 摘要:文章通过在原有铸铁管内部穿越PE管,将原有0.1MPa的D450铸铁管改换成0.4MPa的D300PE 中压管道的工程实例,对工程中遇到的清管和探管问,拖管的拉力控制问题,PE管芯的防护及焊接等问 题,分析阐述了PE管的许可曲率半径,弯管和上下落差处的限制,PE管芯所承受的抗拉极限,管道焊接工 艺控制及PE芯管固化处理等技术措施与解决,并对工程进行了总结归纳. 关键词:PE管非开挖内插法焊接应用 0前言 目前地下燃气管道铺设施工中,常采用开挖施 工与非开挖施工方法.传统的开挖施工需要开挖路 面,同时造成尘土飞扬,污染环境,特别是在繁华 路段,由于车流量较大,开挖路面会严重影响交通. 所以只要条件和环境许可,应尽量采用非开挖施工 方法.而在改造更新燃气管道中,采用燃气PE管 内插施工技术就是近几年出现新的燃气管道敷设 方法. PE管内插敷设是国际上应用最早的燃气管道 非开挖内衬法修复技术之一.将PE管插入铸铁管 或钢管后,形成一种新的管道结构,使PE管的防 腐性能和原管线的机械性能合而为一,从而大大提 高了管道的整体性能,使寿命可以延长几十年.PE 管内插敷设是在不开挖或少开挖路面的条件下探 测,检查,修复,更换和敷设各种地下燃气管线的 一 种施工技术方法.在黄浦区西藏路(南京路,新闸 路)燃气旧管道抢修改造工程中,就是在原有铸铁管 内部穿越PE管,将原有0.1MPa的D450铸铁管改 换成0.4MPa的D300PE中压管道,在不开挖路面 的情况下实现了旧燃气管道的改造. 1工程概况 黄浦区西藏路(南京路,新闸路)段旧燃气管道 建于1937年,由于年代久远,已多次发生煤气泄 漏现象.期间虽经多次抢修,但也不能从根本上修 复泄漏管道,某些地点还不断发生漏气现象. 本工程燃气旧管道改造采用PE管内插法施工 方法,在原有铸铁管内部穿越PE管,将原有0.1MPa 的D450铸铁管改换成0.4MPa的D300PE中压管 道.整个施工过程全部采用非开挖水平定向钻施 工,全线施工长度超过400m.工程位置地处交通 要道,地下管线分布不明,管件和水井位置不确切, 有时垂直落差接近2m,对施工带来大量困难. 工程分为南京路至凤阳路,凤阳路西面斜跨西 藏路至风阳路西藏路东面,凤阳路至西藏路北京路 口及西藏路北京路至西藏路新闸路以北多个分段 面,最大回拖长度为140m.采取内插法施工技术, 在短短的45天内,全部实现该地段燃气PE管的贯 通.本工程的实施大大改进了黄浦区市中心燃气供 应安全系数,解决了老龄”超期服役”铸铁管得严 重泄漏问题,延长了管道使用寿命,又确保了周边 管线的安全运行. 2工程原理 燃气PE管的内插入法是集不破坏地面结构的 非开挖定向穿越技术,燃气管道输配技术,燃气PE 管施工技术,PE的应用技术及地下管线探测技 术为一体的综合性施工技术方法’ 根据燃气PE管材的屈服抗拉强度,最大允许 拖曳力,允许最芎曲半1仝,管材的口径,长度和 上海煤气2010年第4期((J_『 mIsslon 自重等物理参数,结合地下管线位置图和对管线位 置走向的探测,明确管线走向和垂直落差大小,确 定适当的动力牵引设备的规格型号,同时完成燃气 管道弯管零件,水井等的定位,开挖并取出弯管水 井等配件,根据PE管允许的曲率半径开挖工作坑 和中间作业过渡坑.清除旧管道内的杂物,处理旧 管口界面,在完成焊接后的PE管道上套上保护环/ 套,以防燃气PE管在穿过旧管道时与旧管壁产生 摩擦而损伤.根据施工现场的交通和场地状况,确 定每段穿管的长度,完成芯管回拖后根据工艺要求 实施混合水泥浆液灌注以固定芯管,提高管道的稳 定性和运行的安全性. 3内插法的关键技术和实施方案 该技术的关键就是能否一次成功穿 越燃气旧管道,保证PE管芯表面和管身在拖管过 程中不受损伤,使燃气管线的整体运行能力和使用 寿命得到提高和延续.要达到上述目标,就必须解 决清管和探管问题,拖管的拉力控制问题,PE管芯 的防护及焊接等问题.既要考虑到PE管的许可曲 率半径,又必须注意到通过弯管和上下落差较大处 的限制,还要考虑PE管芯所承受的抗拉极限.同 时管道焊接工艺的控制又直接关系到工程的实施 能否获得成功的关键,最后为稳固PE芯管还必须 对其进行固化处理.所有这些都有赖于进行大量的 研究和试验才能得到. 3.1旧管道处理和清洗的技术措施 (1)lEl管道处理:通过对旧管穿管工程的分析研 究和反复比对,一般情况下旧管道的自然借转满足 PE管的允许弯曲半径(见表1)要求,但弯管应予以 拆除,有利于PE管芯的iliON牵引.对旧管道附属 设施如集水器,因其影响清管器和拖管头的通过, 在对旧管道处理时应拆除. 表1PE管允许弯曲半径 PE管外径/mm允许弯曲半径/mm 50<D?l6050D l60<D?25075D 250<D?40015OD 旧管道处理一般流程为:旧管道停气放散一IE J))2010年第4期上海煤气 管余气置换一旧管线探测,断管一CCTV旧管内窥 一 开挖拆除旧管零件和设备一工作坑开挖. (2)工作坑开挖:根据PE管的允许弯曲半径和 旧管道深度,计算设定穿管工作坑和中间过渡工作 坑的间距长度,确保穿管操作在大于PE管的允许 弯曲半径条件下进行,避免芯管过度弯曲.工作坑 计算长度见表2. 表2各种口径PE管工作坑长度 PE管外径/mm工作坑长度/m 1604.5 2006.0 2507.0 315ll 注:当沟槽深度为1.0m时参照以上数据,当沟槽深度增加 时,工作坑长度相应增加. (3)旧管道清洗:旧管道清洗的目的是保护PE 管芯在拖动中免受管内杂质及坚硬物体的损伤.在 该工程旧管道清洗过程中我们总结出两套清洗方 法: 方法一:利用管道爬行器,在爬行器尾部带入 一 根有长度标记的尼龙绳,尼龙绳从另一端穿出后 将清管球固定在尼龙绳后端,将尼龙绳回拖,对旧 管道内的固体杂物进行清扫.若爬行器遇堵不能前 进,可确定堵塞位置,开挖后进行处理. 方法二:利用定向钻机作为PE芯管回拖动力 设备时,在钻杆端部安装皮碗式清管器f见图1),利 用钻杆旋转对旧管道进行清管.清洗过程中应密切 注意钻杆的晃动情况和返出冲洗液中携带物的情 况,判断清洗情况.以冲洗液量的大小决定管内清 洗后的沉渣是否能被水流冲出,清洗过程中转速应 尽量放慢,控制在每分钟10转左右. 图1皮碗式清管器(左)和组合式原油管道清腊器(右) 管道清洗次数一般2次,至管内无垃圾清出为 止.旧管道清管结束后,应采用管道爬行~(CCTV) 对内壁情况进行复查合格. 从实施清洗效果来看显而易见是方法二优于 朋啊高I箍僦四 方法一.方法一必须配置卷扬机作动力,牵引力难 以控制,设备安装要耗费一定时间,清管效果一般, 且清管长度仅在100m左右,而方法二利用定向钻 机作为清管动力,动力稳定易控制,清洗效果大大 优于方法一,且一次清管长度可达300m以上.因 此,方法二是本工程旧管道清洗我们采用的实施方 法. 3.2PE芯管防护的技术措施 通过研究比较,本工程对PE芯管采取了以下 防护技术措施: (1)在芯管焊接和回拖牵引过程中设置专用滚 动支架,减少PE芯管与地面的摩擦,防止PE芯管 划伤. (2)PE芯管回拖时,在芯管上隔一段距离设置 保护环/套(间距见表3),防止芯管在回拖时与旧管 内壁过度摩擦而损伤PE芯管. 表3芯管保护环/套设置间距 PE管口径/mmI90l110l160l200l250l315I400l450 环/套间距,ml0.8l0.8l1.0I1.7l1.9J3.5『3.9l4.2 f3)在每个出入端口安装内衬耐磨橡胶的漏斗 形导滑口.通过保护套内的缓冲防护橡胶,起到隔 离PE芯管与旧管道端口的作用,保证PE芯管在回 拖时免受旧管端口的损伤.我们研究特制的导滑口 见图2. 2漏斗形导滑口 (4)为确保PE芯管在回拖过程中切实不被旧管 内壁划伤,在各管段正式回拖前先进行一段3,4m 的与芯管同口径的PE管的预穿越,预穿越后仔细 检查原金属管对PE管外表面的损伤情况,若发现 有严重的划伤应重新对原管道内壁进行清理,用组 合式原油管道清腊器去撞击那些突出的毛刺,焊渣 等,直至预穿越合格. f5)工作坑内PE管的保护:在各段内插芯管镶 Trans哪I 接后,对工作坑内PE管采取两侧砌砖墙灌沙并加 盖水泥盖板的措施进行保护. 3-3PE管道牵引动力设备的选用 PE管内插法施工中芯管的回拖是整个过程中 最重要的环节,其中回拖牵引力必须不超过PE芯 管最大允许拖曳力(见表4),即不允许超过PE管管 材屈服拉伸强度的50%.因此要求牵引力易操控, 稳定. 表4PE管最大允许拖曳力数值表 口径/mm最大允许拖曳力/kg换算为kg/em2 3151319796 250831296 200532098 l60344098.9 ll0160997.6 90107797.6 目前拖动PE芯管的动力一般采用卷扬机.通 过一系列的试验,测试和比较,我们得出卷扬机的 优点在于操作简单,所需费用较小,缺点是动力有 限,牵引力较小,每次拖动前安装拖动头烦琐,耗 费时间,牵引过程中由于钢丝绳的韧性而产生松紧 现象,PE芯管的运动就会呈现不稳定状态,再加上 牵引力的大小较难掌握控制,无法实时控制卷扬机 的牵引力. 鉴于卷扬机的不稳定性和难于操控性和牵引 力无法实时监控的缺点,本工程采用了定向钻机作 为芯管回拖的动力设备.定向钻机钻杆是刚性的, 不会出现卷扬机拖动时的不稳定状态,它的最大优 点还在于能对牵引力进行实时监控,可时刻保持牵 引力不超过PE芯管的最大允许拖曳力,保护管道 不受损害.同时定向钻机可进行300m以上的一次 性穿管作业,可大大减少操作工作坑的开挖. 定向钻机和卷扬机性能特点比较见表5. 表5定向钻机和卷扬机性能特点比较 项目定向钻机卷扬机 设备操作简单简单 设备就位安装简单安装拆卸繁复,时间长 牵引力大小 牵引力控制易操控很难掌控牵引力 牵引力监测有专有监测仪器无监测 牵引力稳定性稳定不稳定 回拖长度大于300m100m左右 上海煤气2010年第4期((J misslon 4PE管的稳固工艺方案 为防止穿入旧管的PE芯管在燃气输送过程中 出现摆动,跳管等不稳定状态,我们研究了强化固 定PE芯管的注浆新工艺和浆液配比,该配比既要 保证管道安全,又要对PE管周围的空隙部分进行 充填,还要保证日后燃气管道维修的便利,所选的 充填物采用膨润土,水泥,老粉,添加剂等组成的 混合物. (1)管端口密封装置 为能确保稳定安全地将充填浆液注入管道间 隙,我们开发了管口两端充气密封装置,即在内管 上紧固一只档板及档板外圈安装充气气带的组合 部件,其结构如图3所示. 及浊兰 装槽 图3管端注浆密封装置示意 该组合装置放至管口以内30cm处,进行充气 膨胀密封.每个注浆段的铸铁管管口位于其顶部放 置一根D50的注浆钢管,两端各设一根.一根用来 检测管内的注浆量(见图4),另一根用来向管内注 浆. 图4注浆量测试装置 12))2010年第4期上海煤气 (2)充填浆液配比 为确定注浆液的配比,工程实施前我们现场做 了多次配比试验.最后确定了注浆浆液为混合水泥 浆液,浆体材料为425普通硅酸盐水泥,膨润土, 老粉,PHP和CMC添加剂,浆液的pH值为7,8 左右. 每吨浆液材料用量如表6所示. 表6混合水泥浆液配比 名称用量/kg 水700 膨润土150 425普通硅酸盐水泥75 老粉74 PHP添加济0.5 CMC添加济0.5 根据浆液固化后的测试和观察,其凝结物呈粉 状结构,与芯管能轻易剥离,浆液初凝时间为4,5h, 流动性好.而此种结构既有利于固定旧管内的PE 芯管,又便于管道的维护. (3)注浆操作:将各种配浆材料按照规定的配比 进行配制,严格控制配比.注浆时将注浆泵的注浆 压力控制在0.4MPa以内,并且保证总压浆时间短 于初凝时间.当观察管内浆液溢出时,即可停止注 浆. 5PE管道的焊接质量控制 为确保PE芯管接口的焊接质量,在PE管的 焊接工序上我们应用了全自动PE管热融和电融 焊机. 5.1全自动焊接设备的特点 (1)自动控制各焊接阶段的电流,温度,压力, 时间等参数,有效地防止了人为修改参数对焊接 质量的影响; (2)各个焊接过程一旦人为地改变或受外界影 响,设备立即报警或停止,参数输出即显示出错, 只有对焊口割除重焊,且重新焊接不出错,输出 结果才显示正确; (3)全自动焊机的数据输出功能保证了焊口质 量的追溯. 5.2PE芯管的对接工作流程 管材准备-?两段管材固定就位(轴心端面对 齐)切削修整管道端面一端面加热熔焊一冷却定 型. 5.3焊口焊缝检验 对PE焊缝的检验,在工程实施上采用了外观 检测和10%焊缝刨边检测的方法.其中焊缝的刨边 检测(见图5)也是在上海首次应用.检测结果各个 焊口外观一致,符合标准要求,刨边检测焊缝内 部完全融合,无界面,无气孔. 6总结 图5现场刨边施工 (1)在旧燃气管道采用PE管内插工艺进行改造 更新施工中,采用定向钻机等动力设备,在不开挖 TransnlI 路面的情况下实现旧燃气管道的改造. (2)在PE管内插法施工中,采用定向钻机可在 PE管牵引过程中对回拖力进行监视和控制,确保回 拖力在PE芯管最大允许拖曳力的范围内. (3)在PE管内插法施工中,采用定向钻机作为 旧管道清洗动力设备,清洗操作简便,能确保清洗 效果. (4)在PE管内插法施工中,采用定向钻机作为 芯管回拖动力设备,最大回拖长度可达300m以上, 可有效减少中间过渡坑的数量. (5)采用新型的专用燃气管PE材料敷设在原有 管道内,不但具有优越的防腐性能和优良弯曲性 能,而且通过外层旧管道的保护,具有抗击多重破 坏应力的影响,能保证燃气管道安全运行,同时能 使燃气管道运行压力和输送能力都得到有效提高. (6)11将施工对道路的破坏程度降低到最小,减 轻对周围道路交通的影响,基本了保证道路的通畅 能力. (7)省去了由于大量开挖道路所花费的时间和 费用,大大缩短了施工周期,节约了施工成本,特 别适合在繁华的闹市中心进行管道改造更新. (8)11有效减低施工现场的噪声,扬尘和污水的 排放,与传统管道改造技术相比,大大减轻了对施 工周围环境的影响. f9)通过对内外管道间隙注浆施工工艺,保证了 内插PE芯性管的稳定性,安全性和可靠性,有效 延长了管线的使用寿命,满足了管线的运行性能. AppIicationandResearchofPEPipeInterpoIationMethodon0ldGasPipeIiR eReconstruction ShanghaiNo.1GasPipelineEngineeringCo.,Ltd.ShaoJie Abstract:WithintheexistingcastironpipethroughPEpipe,theoriginalO.1MpaDN450castironpipecanbe replacedwith0.4MpaDN300middlepressurepipeline.Encounteredwithpiggingandexploringpipeproblems, draggingpipepullcontrolproblems,weldingandprotectionofPEtubecoreproblemsduringtheconstruction,the articleanalyzesPEpipelicensecurvatureradius,limitsofelbowpipeandupperandlowerfall,tensilelimitofPE tubecore,pipeweldingtechnologycontrolanditssolidificationprocessing,technicalmeasuresandsolutions,and summarizestheproject. Keywords:PEpipe,non—excavation,interpolationmethod,welding,application 上海煤气2010年第4期((】