HDPE管穿插法修复旧管道技术

燕继勇，王恩成，刘素平，路 林

(中国石油化工股份有限公司中原油田分公司，河南濮阳 457171)

HDPE管穿插法修复旧管道技术

燕继勇，王恩成，刘素平，路 林

(中国石油化工股份有限公司中原油田分公司，河南濮阳 457171)

埋设于地下的集输管网都面临着后期的腐蚀，解决腐蚀修复问题是集输管后期生产管理的主要问题。通过对HDPE管穿插修复技术工艺原理、HDPE管承压能力计算设计、管材原料、管材性能要求、管道短管、弯头处的连接方法、密封结构以及运行管理等的分析阐述，从而较详实地介绍了一种管道修复方法。这种方法可避免对腐蚀严重的管线全线开挖、彻底更换，因此成本相对较低，施工时间比较短，特别对于埋设于高大建筑物及重要交通干线下的管线腐蚀泄漏无法更换的问题也得到很好解决。原来的金属管道还作为承压管道，而内衬的HDPE具有非常好的防腐性能，总体上相当于金属与非金属的复合管，综合效果，特别是防腐蚀性能大大提高。

修复 HDPE管 穿插 要求 设计

流体、气体大多采用埋地管线进行长距离输送。随之时间的延长，输送管线势必出现结垢、腐蚀、穿孔等问题，需要进行清洗、修复和更换。目前，对腐蚀严重的管道多采用全线开挖、彻底更换管线的方法，其成本高，耗时长，而且对于埋设在高大建筑物及重要交通干线下的管线常常无法更换。HDPE管穿插法修复旧管道技术是在不能全线开挖旧管线的情况下，仅在施工管线两端开挖两个操作坑，即可一次穿插1 000 m的HDPE管，从而较好地解决了埋设于地下的各种水、气、油管线的修复问题。

图1 HDPE管穿插修复示意Fig.1 The sketch of useing HDPE pipes to repair old pipelines

1 工艺原理

HDPE管穿插修复技术是把外径等于或略小于待修复管道内径的高密度聚乙烯内衬管，通过专用U型压制设备，将内衬管变为U型，并将内衬管的横截面缩小30%以上，通过缠绕定型、牵引拉入、外力恢复等过程使衬管紧紧的与管道内壁结合在一起，从而形成对旧管道的内衬修复，最大限度地避免了对原有管道直径的缩小，避免了大管换小管，使得在原有管线输送能力不降低的情况下得以更新。HDPE管穿插修复示意见图1。

2 HDPE管设计

2.1 管径与HDPE管厚度设计

衬管外径与原管内径相同或略大于，以能紧密黏合为准。根据原钢管的内径和管线状况设计衬管尺寸，内衬管外径的确定一般在断管实际测量后确认。管材物理机械性能应满足下列要求:

式中:P——公称压力，MPa;

［δ］——设计应力，MPa;

SDR——标准尺寸比;

De——管材公称外径，mm;

e——管材公称规定壁厚，mm。

表1 公称直径与壁厚的对应关系Table 1 The corresponding table of relation nominal diameter and wall thickness

上表中公称直径与壁厚的对应关系是按PE裸管计算的，按常规设计满足使用压力情况下直埋PE管的壁厚，则衬入钢管中的PE管只需直埋PE管壁厚的1/2到1/4即可满足耐压耐腐蚀的要求。当将HDPE管穿入铸铁管内形成紧贴的复合式“管中管"时，PE管为密封耐腐蚀层，而外部铸铁管为承压管，其耐压等级较原管道提高一个等级。

2.2 聚乙烯管材承压能力计算的方程

式中:P——HDPE管道允许使用压力，MPa;

δ——设计使用应力，MPa;

D——PE 管外径，mm;

e——PE 管壁厚，mm;

SDR——标准尺寸比。

其中:［δ］= ［MRS］/C

MRS——连续施加再改聚乙烯树脂管管壁上5 a时引起管材破坏时所计算的在管壁上的环向张应力。不同等级的聚乙烯管材料具有不同的［MRS］。PE100的材料的［MRS］为10。

C——为安全系数，介质为水时取1.25。

因PE管自身有一定的承压能力，形成复合式“管中管"后，其耐压等级较原管道提高一个等级。

2.3 水力计算

按海登—威廉公式进行计算:

穿插衬装后，尽管管径有所缩小，水力坡降仍小于原旧钢管道。说明内衬修复后管道输送能力与原管道相比有所提高。

2.4 短管和弯头处的连接及密封

2.4.1 U管恢复和端头处理

及时把变型后的HDPE管匀速拉入待内衬管道内，并密封“U”型 HDPE管两端，打气压1～2 kg/cm2并保压10～30 min，使“U”型 HDPE管恢复原状。

两端割去多余的 HDPE管，预留适当的HDPE管长度，与短接上的带法兰的内衬PE管连接。

2.4.2 内外防腐处理

短节预制和连接:测量内衬管之间的距离，现场制作连接短节。短节预制处理前，一边安装好耐压标准法兰，一边焊接好连接套筒并焊接同等耐压等级的承压盘，之后将焊接好PE法兰的HDPE穿插进去，将短节按设计连接好，并将三个套筒用高强度防腐聚合物胶泥填充，确保套筒连接处耐压强度和套筒之间的防腐等级满足设计要求。

外防腐:短节完成连接后，进行外部防腐，包括套筒与钢制管道。外防腐采用环氧煤沥青加强级防腐蚀方案。施工时先把待防腐蚀处管壁清污、除锈，达到人工除锈2级标准露出管道本体，然后将玻璃丝布在加有固化剂的环氧煤涂料中浸渍后缠绕于管体外部进行外防腐蚀，为防止出现起泡，分多次缠绕，固化后的防腐蚀层厚度达2 mm以上。

2.4.3 弯头制作

将涨力处弯头及其它弯头割开，检查弯头腐蚀情况和壁厚:

(1)如果大部分弯头腐蚀严重，满足不了使用功能，应全部更换弯头并进行PE内衬处理;

(2)如果弯头腐蚀不太严重，能满足现场使用功能，应对弯头进行喷砂除锈，然后进行PE内衬处理或室内制作玻璃钢内衬弯头，玻璃钢内衬防腐蚀承压等级等同PE内衬。

图2 内衬PE后管道与钢构件插接连接Fig.2 The sketch map of how to connect PE pipe with steel components

2.5 基本性能要求

原料性能要求见表2。

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

管材性能要求应符合表3要求。

3 投用后管道使用管理问题

(1)管线修复投产后的管理。因修复后的管道承压主要依据原管道的承压能力，在原管道未受到埙坏的情况下，按照管道的正常维护进行即可，不需要特殊的维护管理。

(2)管道修复后遭遇外力破坏造成个别部位变形或损坏。管道修复后如遭遇外力破坏，原管道破坏后承压能力有一定的下降，为了保证管道的正常运行，采取在破损处截断，进行钢制短节连接。

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

(3)管线的负压问题。根据HDPE的裸管承压能力和HDPE各种使用参数以及外管对其的定型因素，当管线处于一般负压时，PE管不会出现收缩变形。

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。

燕继勇(1971)，工程师，2004年毕业于西安石油大学石油工程专业，现在中国石油化工股份有限公司中原油田分公司采油一厂 从事防腐、集输管理工作。E-mail:yjy55789@sohu.com。

(编辑 王菁辉)