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PE管穿插法修复城市天然气管道的探讨

摘要:论述了PE管穿插技术及其实施方案。比较了换新钢管方案与PE管穿插方案的费用,论证了PE管穿插技术的经济效益和社会效益,探讨了PE管穿插技术的应用范围和前景。

关键词:管网改造;PE管穿插法;修复


城市天然气在用钢管中,运行20~30年的管道占有一定的比例,其中相当一部分已老化或带隐患运行,对其进行修复和替换势在必行。由于大多数城市天然气钢管沿城市道路敷设,随着道路的改造拓宽,有些已在车行道下,采用开挖取出旧管道,再埋入新管道的方式,如不是随道路改造同时施工,则不仅造价高,而且对城市交通及环境都将带来不利影响。在一些重要地点,基本上不可能进行大型开挖。因此,探讨非开挖管道修复技术具有相当的紧迫性和重要意义。

较适合城市天然气在用钢管修复的方法主要有5种:软管翻转内衬法、牵引-固化法、PE管加热缩径膨胀内衬法、U形PE管内衬法、PE管穿插法[1]。考虑到国内城市天然气行业的技术基础和施工条件,本文仅对PE管穿插法进行探讨。

1 PE管穿插技术

   1.1 施工工艺

该方法是将一根管径比旧管稍小的新PE管穿插在旧管中,替代旧管供气,旧管作为管使用的一种旧管修复方法。其施工工艺见图1。


管弹头用于拖动PE管在旧管内穿过,一端为PE管,另一端为带铁环的钢制封头,用于固定拉绳。该法工艺较简单,较易操作,但由于插入的PE管管径比旧钢管要小,同等输气压力下,修复后管道的输气能力有所降低,该法的应用也因此受到限制。

   1.2 关键技术

   ① 旧管内壁的处理

为防止穿管时在旧管内划伤PE管,穿管前必须对旧管内壁进行处理,一般包括清洗、打磨、吹扫和检查。

考虑到城市天然气管道内壁腐蚀小,管内积垢远比油气田管道和人工煤气管道的积垢少,且分段清洗的管道较短,采用一般的拉镗方式即可清出管道的积垢,满足穿管要求。对管道内壁的焊瘤、焊刺等采用带有金属刮刀的拉镗设备进行拉镗,实现管道内壁的打磨,以达到穿管要求。

经拉镗处理后的管道,用压缩空气吹净管内杂物,然后进行内窥检查,主要检查是否有未清理干净的焊瘤、焊刺及积垢等,检查合格,方可进行试穿。

   ② PE管外表面的保护

由于PE管具有应力开裂特性,当管表面被刮伤后,就可能导致开裂及开裂的慢速增长,从而缩短管道使用寿命甚至发生爆管事故。因此,PE管穿插技术的关键是保证在穿管过程中,PE管的外表面不被划伤。参照国外标准,PE管外表面的划伤深度不得大于管道壁厚的10%,可采取以下措施来保证:

   a. 进行旧管内壁处理。

   b. 插入施工时,在旧管插入端加上一个硬度比插入管小的漏斗形导滑器。

   c. 试穿。在正式插入前应先拖过一根长4~5m与插入管同径的PE管,检查旧管对试穿的PE管外表面的损伤情况。若发现有超过规定的划伤现象,则应重新对旧管内壁进行处理,直到试穿合格。

   1.3 施工步骤与设备

PE管穿插施工步骤如下:

(1) 安装拉绳。用鼓风机将风帽由发射坑吹至接收坑,利用风帽把细线穿过钢管,再用细线把尼龙拉绳由接收坑拉至发射坑。

(2) 镗管。用拉绳牵引镗管设备进行镗管。

(3) 旧管吹扫。用压缩空气吹扫旧管。

(4) 内窥检查。用摄像探头在旧管内进行内窥,从电视上对管内进行检查。

(5) 试穿PE管。先将一根4~5m长的与插入管同管径的PE管用拉绳拉过旧管,检查PE管外壁损伤情况,如划伤深度超标,应对旧管内壁进行清理,直至试穿合格。

(6) 准备待穿的PE管。焊接待穿的PE管,并进行强度试验和气密性试验,合格后待穿。

(7) PE管穿插。用拉绳牵引待穿PE管穿过旧钢管。

(8) 分段密封。用水泥等填缝材料密封各管段端口与PE管间的环形空间。

(9) 完成全线穿插。分段穿插施工完成后,在操作坑内将各段PE管相互焊接。

(10) 吹扫试压。对穿插PE管进行全线吹扫和强度试验、气密性试验[2]

(11) 回填。用细砂回填操作坑,并敷设警示带,再用泥土回填至地面。

   PE管穿插施工主要设备如下:

(1) 鼓风机:将风帽从发射坑吹至接收坑。

(2) 镗管设备:安装有刮刀的镗管器,能打下旧管内的焊瘤及焊刺。

(3) 内窥装置:主要包括摄像探头及探灯,二者用拖架固定,防止在旧管内拖动时翻滚、磨损。

(4) 彩色电视机:接收摄像探头传来的信号,并将其转变为图像,显示旧管内的检查情况。

(5) PE管焊机:分为电熔焊机和对接焊机。

2 PE管穿插法的实施方案

(1) 前期准备

前期准备工作一般包括管道的资料查阅和现场踏勘等管道调查工作。通过查阅管道的竣工资料,调查气源及供气负荷变化情况以及现场踏勘,明确管道的管位、管径、支管等情况;了解管道所处地理环境状况,如沿线建筑布置、人流车流、地下障碍、相邻管道等;了解管道的气源变化、负荷变化情况;确定该管道是否采用PE管穿插技术进行修复,并做好穿插的前期准备工作。

(2) 穿管方案的制定

由于PE管穿插工艺只能在直管段进行,制定穿管方案的重点应放在管道分段、发射坑、接收坑位置的确定上。

按照《聚乙烯燃气管道工程技术规程》(CJJ63—95)第5.3.5条的规定,插入管采用拖管法施工时,拉力不得大于管材屈服拉伸强度的50%[3]。PE80聚乙烯材料的屈服拉伸强度一般为19 MPa左右,材料密度≥930 kg/m3,经计算可得,穿插时插入管长度不得大于900 m。

分段方案、发射坑、接收坑位置的确定,在满足插入管长度规定的前提下,应根据管道弯头、支管、临时供气方案等确定。

穿管方案应会同生产调度部门,制定相应的停气动火作业方案和临时供气方案。穿管方案还应制定必要的应急方案,为施工中可能出现的故障做好准备。

3 社会效益与经济效益

   PE管穿插技术与传统的开挖更换旧管方式相比,大大减少了开挖土方量,且开挖点可尽量避开人流密集处、电话亭等,缩短了旧管修复工期,极大地减少了管道修复工程对城市交通及环境的影响,有利于安全平稳地供气,具有良好的社会效益。

由于减少了开挖量,PE管穿插技术修复管道的工程造价也明显降低。燃气管道工程造价主要包括人工费、材料费、机械费、道路赔偿费、土方开挖费等。目前,大面积开挖造成的市政赔偿费用在不断升高。采用PE管穿插技术可降低工程造价,提高经济效益,效果显著。费用降低的主要方面是减少了土方开挖费、市政赔偿费。成都市实施的采用PE管穿插技术改造旧钢管的实例的费用比较见表1。

表1 成都市塔九路换新钢管与PE管穿插的费用比较

Tab.1 Comparison of cost between steel pipe renewal

and PE Pipe insertion in Tajiu Road of Chengdu City

项目

换新钢管方案

PE管穿插方案

直接费用/

236146

193095

问接费用/

24969

14965

土方开挖费/

15621

8473

市政赔偿费/

快车道

31200

O

慢车道

91728

30870

总计/

399664

247403

注:待修复管道总长度为1200mm,钢管规格为D159×6mmPE管规格为De110mm

可以看出,采用PE管穿插技术改造旧钢管比更换新钢管节省费用约38%,该技术具有良好的经济效益。

4 PE管穿插技术的应用范围

插入管管径应比旧管小,一般情况下,插入管外径最大不得超过旧管内径的90%。根据钢管和PE管的规格,PE穿插管最大规格见表2。因内窥装置只能进入DN 150 mm以上的管道,故旧管的最小规格为DN 150 mm。

表2 PE穿插管最大规格

Tab.2 Maximum specification of inserted PE pipe

旧管(被穿钢管)公称直径/mm

150

200

250

穿插PE管最大外径/mm

125

180

225

中压钢管和PE管的水力计算公式见《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006),其中管壁内表面的当量绝对粗糙度,对于钢管取0.2 mm,对于PE管取0.01 mm[4]。为比较穿插前后管道流通能力的变化,在城市天然气中压管道运行压力范围内结合常用的钢管和PE管规格,设定两种工况进行水力计算,结果见表3。其中天然气工况一:起点绝对压力为0.450MPa,终点绝对压力为0.448MPa,管道长度为1km。天然气工况二:起点绝对压力为0.450MPa,终点绝对压力为0.449MPa,管道长度为1km。

在表3中,采用常用规格PE管穿插后,其流通能力为原管道的40%~50%。实际工程中,如需要提高穿插后管道的流通能力,也可按表2采用合适规格PE管进行穿插,穿插后管道的流通能力可提高到原管道的55%~65%。

鉴于PE管穿插后管道的流通能力有较大的下降,该工艺一般用在随着城市管网的发展和气源的变化,原有大口径管道所带负荷下降,经PE管穿插修复,管道管径缩小后,仍能满足正常供气的管道。PE管穿插技术在城市天然气钢管修复中虽然不可能广泛应用,但仍有一定的应用空间。

表3 被穿钢管与穿插PE管流通能力比较

Tab.3 Comparison of flow capacity in steel pipe and inserted PE pipe

天然气工况一

被穿钢管公称直径/mm

150

200

250

被穿钢管计算流量/(m3·h-1)

800

l900

3500

穿插PE管外径/mm

110

125

160

180

200

225

PE管计算流量/m3·h-1)

320

450

900

1200

1600

2200

天然气工况二

被穿钢管公称直径/mm

150

200

250

被穿钢管计算流量/( m3·h-1)

540

1400

2500

穿插PE管外径/mm

1lO

125

160

180

200

225

PE管计算流量/( m3·h-1)

210

300

600

800

1100

l500

5 结语

经过实际应用,PE管穿插城市天然气在用钢管技术日趋成熟。国内许多天然气公司成立较早,旧管网改造量多、施工难度大,采用新型的旧管改造技术既能提高公司整体形象,又能带来较好的社会效益和经济效益。

随着气源的变化及管网的发展,PE管穿插在用燃气管道修复技术将是旧管改造的有效方式之一。随着西气东输和俄气南输,国内许多城市将由人工煤气转换为天然气,这种由低热值气源向高热值气源转换的管网改造、旧管修复,由于允许管径缩小,将为PE管穿插技术提供更大的应用空间[5]

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