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    公司新聞

    PE管穿插法修復城市天然氣管道的探討

    摘要:論述了PE管穿插技術及其實施方案。比較了換新鋼管方案與PE管穿插方案的費用,論證了PE管穿插技術的經濟效益和社會效益,探討了PE管穿插技術的應用范圍和前景。

    關鍵詞:管網改造;PE管穿插法;修復


    城市天然氣在用鋼管中,運行20~30年的管道占有一定的比例,其中相當一部分已老化或帶隱患運行,對其進行修復和替換勢在必行。由于大多數城市天然氣鋼管沿城市道路敷設,隨著道路的改造拓寬,有些已在車行道下,采用開挖取出舊管道,再埋入新管道的方式,如不是隨道路改造同時施工,則不僅造價高,而且對城市交通及環境都將帶來不利影響。在一些重要地點,基本上不可能進行大型開挖。因此,探討非開挖管道修復技術具有相當的緊迫性和重要意義。

    較適合城市天然氣在用鋼管修復的方法主要有5種:軟管翻轉內襯法、牽引-固化法、PE管加熱縮徑膨脹內襯法、U形PE管內襯法、PE管穿插法[1]??紤]到國內城市天然氣行業的技術基礎和施工條件,本文僅對PE管穿插法進行探討。

    1 PE管穿插技術

       1.1 施工工藝

    該方法是將一根管徑比舊管稍小的新PE管穿插在舊管中,替代舊管供氣,舊管作為管使用的一種舊管修復方法。其施工工藝見圖1。


    管彈頭用于拖動PE管在舊管內穿過,一端為PE管,另一端為帶鐵環的鋼制封頭,用于固定拉繩。該法工藝較簡單,較易操作,但由于插入的PE管管徑比舊鋼管要小,同等輸氣壓力下,修復后管道的輸氣能力有所降低,該法的應用也因此受到限制。

       1.2 關鍵技術

       ① 舊管內壁的處理

    為防止穿管時在舊管內劃傷PE管,穿管前必須對舊管內壁進行處理,一般包括清洗、打磨、吹掃和檢查。

    考慮到城市天然氣管道內壁腐蝕小,管內積垢遠比油氣田管道和人工煤氣管道的積垢少,且分段清洗的管道較短,采用一般的拉鏜方式即可清出管道的積垢,滿足穿管要求。對管道內壁的焊瘤、焊刺等采用帶有金屬刮刀的拉鏜設備進行拉鏜,實現管道內壁的打磨,以達到穿管要求。

    經拉鏜處理后的管道,用壓縮空氣吹凈管內雜物,然后進行內窺檢查,主要檢查是否有未清理干凈的焊瘤、焊刺及積垢等,檢查合格,方可進行試穿。

       ② PE管外表面的保護

    由于PE管具有應力開裂特性,當管表面被刮傷后,就可能導致開裂及開裂的慢速增長,從而縮短管道使用壽命甚至發生爆管事故。因此,PE管穿插技術的關鍵是保證在穿管過程中,PE管的外表面不被劃傷。參照國外標準,PE管外表面的劃傷深度不得大于管道壁厚的10%,可采取以下措施來保證:

       a. 進行舊管內壁處理。

       b. 插入施工時,在舊管插入端加上一個硬度比插入管小的漏斗形導滑器。

       c. 試穿。在正式插入前應先拖過一根長4~5m與插入管同徑的PE管,檢查舊管對試穿的PE管外表面的損傷情況。若發現有超過規定的劃傷現象,則應重新對舊管內壁進行處理,直到試穿合格。

       1.3 施工步驟與設備

    PE管穿插施工步驟如下:

    (1) 安裝拉繩。用鼓風機將風帽由發射坑吹至接收坑,利用風帽把細線穿過鋼管,再用細線把尼龍拉繩由接收坑拉至發射坑。

    (2) 鏜管。用拉繩牽引鏜管設備進行鏜管。

    (3) 舊管吹掃。用壓縮空氣吹掃舊管。

    (4) 內窺檢查。用攝像探頭在舊管內進行內窺,從電視上對管內進行檢查。

    (5) 試穿PE管。先將一根4~5m長的與插入管同管徑的PE管用拉繩拉過舊管,檢查PE管外壁損傷情況,如劃傷深度超標,應對舊管內壁進行清理,直至試穿合格。

    (6) 準備待穿的PE管。焊接待穿的PE管,并進行強度試驗和氣密性試驗,合格后待穿。

    (7) PE管穿插。用拉繩牽引待穿PE管穿過舊鋼管。

    (8) 分段密封。用水泥等填縫材料密封各管段端口與PE管間的環形空間。

    (9) 完成全線穿插。分段穿插施工完成后,在操作坑內將各段PE管相互焊接。

    (10) 吹掃試壓。對穿插PE管進行全線吹掃和強度試驗、氣密性試驗[2]。

    (11) 回填。用細砂回填操作坑,并敷設警示帶,再用泥土回填至地面。

       PE管穿插施工主要設備如下:

    (1) 鼓風機:將風帽從發射坑吹至接收坑。

    (2) 鏜管設備:安裝有刮刀的鏜管器,能打下舊管內的焊瘤及焊刺。

    (3) 內窺裝置:主要包括攝像探頭及探燈,二者用拖架固定,防止在舊管內拖動時翻滾、磨損。

    (4) 彩色電視機:接收攝像探頭傳來的信號,并將其轉變為圖像,顯示舊管內的檢查情況。

    (5) PE管焊機:分為電熔焊機和對接焊機。

    2 PE管穿插法的實施方案

    (1) 前期準備

    前期準備工作一般包括管道的資料查閱和現場踏勘等管道調查工作。通過查閱管道的竣工資料,調查氣源及供氣負荷變化情況以及現場踏勘,明確管道的管位、管徑、支管等情況;了解管道所處地理環境狀況,如沿線建筑布置、人流車流、地下障礙、相鄰管道等;了解管道的氣源變化、負荷變化情況;確定該管道是否采用PE管穿插技術進行修復,并做好穿插的前期準備工作。

    (2) 穿管方案的制定

    由于PE管穿插工藝只能在直管段進行,制定穿管方案的重點應放在管道分段、發射坑、接收坑位置的確定上。

    按照《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》(CJJ63—95)第5.3.5條的規定,插入管采用拖管法施工時,拉力不得大于管材屈服拉伸強度的50%[3]。PE80聚乙烯材料的屈服拉伸強度一般為19 MPa左右,材料密度≥930 kg/m3,經計算可得,穿插時插入管長度不得大于900 m。

    分段方案、發射坑、接收坑位置的確定,在滿足插入管長度規定的前提下,應根據管道彎頭、支管、臨時供氣方案等確定。

    穿管方案應會同生產調度部門,制定相應的停氣動火作業方案和臨時供氣方案。穿管方案還應制定必要的應急方案,為施工中可能出現的故障做好準備。

    3 社會效益與經濟效益

       PE管穿插技術與傳統的開挖更換舊管方式相比,大大減少了開挖土方量,且開挖點可盡量避開人流密集處、電話亭等,縮短了舊管修復工期,極大地減少了管道修復工程對城市交通及環境的影響,有利于安全平穩地供氣,具有良好的社會效益。

    由于減少了開挖量,PE管穿插技術修復管道的工程造價也明顯降低。燃氣管道工程造價主要包括人工費、材料費、機械費、道路賠償費、土方開挖費等。目前,大面積開挖造成的市政賠償費用在不斷升高。采用PE管穿插技術可降低工程造價,提高經濟效益,效果顯著。費用降低的主要方面是減少了土方開挖費、市政賠償費。成都市實施的采用PE管穿插技術改造舊鋼管的實例的費用比較見表1。

    表1 成都市塔九路換新鋼管與PE管穿插的費用比較

    Tab.1 Comparison of cost between steel pipe renewal

    and PE Pipe insertion in Tajiu Road of Chengdu City

    項目

    換新鋼管方案

    PE管穿插方案

    直接費用/

    236146

    193095

    問接費用/

    24969

    14965

    土方開挖費/

    15621

    8473

    市政賠償費/

    快車道

    31200

    O

    慢車道

    91728

    30870

    總計/

    399664

    247403

    注:待修復管道總長度為1200mm,鋼管規格為D159×6mm,PE管規格為De110mm。

    可以看出,采用PE管穿插技術改造舊鋼管比更換新鋼管節省費用約38%,該技術具有良好的經濟效益。

    4 PE管穿插技術的應用范圍

    插入管管徑應比舊管小,一般情況下,插入管外徑最大不得超過舊管內徑的90%。根據鋼管和PE管的規格,PE穿插管最大規格見表2。因內窺裝置只能進入DN 150 mm以上的管道,故舊管的最小規格為DN 150 mm。

    表2 PE穿插管最大規格

    Tab.2 Maximum specification of inserted PE pipe

    舊管(被穿鋼管)公稱直徑/mm

    150

    200

    250

    穿插PE管最大外徑/mm

    125

    180

    225

    中壓鋼管和PE管的水力計算公式見《城鎮燃氣設計規范》(GB 50028—2006),其中管壁內表面的當量絕對粗糙度,對于鋼管取0.2 mm,對于PE管取0.01 mm[4]。為比較穿插前后管道流通能力的變化,在城市天然氣中壓管道運行壓力范圍內結合常用的鋼管和PE管規格,設定兩種工況進行水力計算,結果見表3。其中天然氣工況一:起點絕對壓力為0.450MPa,終點絕對壓力為0.448MPa,管道長度為1km。天然氣工況二:起點絕對壓力為0.450MPa,終點絕對壓力為0.449MPa,管道長度為1km。

    在表3中,采用常用規格PE管穿插后,其流通能力為原管道的40%~50%。實際工程中,如需要提高穿插后管道的流通能力,也可按表2采用合適規格PE管進行穿插,穿插后管道的流通能力可提高到原管道的55%~65%。

    鑒于PE管穿插后管道的流通能力有較大的下降,該工藝一般用在隨著城市管網的發展和氣源的變化,原有大口徑管道所帶負荷下降,經PE管穿插修復,管道管徑縮小后,仍能滿足正常供氣的管道。PE管穿插技術在城市天然氣鋼管修復中雖然不可能廣泛應用,但仍有一定的應用空間。

    表3 被穿鋼管與穿插PE管流通能力比較

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

    天然氣工況一

    被穿鋼管公稱直徑/mm

    150

    200

    250

    被穿鋼管計算流量/(m3·h-1)

    800

    l900

    3500

    穿插PE管外徑/mm

    110

    125

    160

    180

    200

    225

    PE管計算流量/m3·h-1)

    320

    450

    900

    1200

    1600

    2200

    天然氣工況二

    被穿鋼管公稱直徑/mm

    150

    200

    250

    被穿鋼管計算流量/( m3·h-1)

    540

    1400

    2500

    穿插PE管外徑/mm

    1lO

    125

    160

    180

    200

    225

    PE管計算流量/( m3·h-1)

    210

    300

    600

    800

    1100

    l500

    5 結語

    經過實際應用,PE管穿插城市天然氣在用鋼管技術日趨成熟。國內許多天然氣公司成立較早,舊管網改造量多、施工難度大,采用新型的舊管改造技術既能提高公司整體形象,又能帶來較好的社會效益和經濟效益。

    隨著氣源的變化及管網的發展,PE管穿插在用燃氣管道修復技術將是舊管改造的有效方式之一。隨著西氣東輸和俄氣南輸,國內許多城市將由人工煤氣轉換為天然氣,這種由低熱值氣源向高熱值氣源轉換的管網改造、舊管修復,由于允許管徑縮小,將為PE管穿插技術提供更大的應用空間[5]。

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