不開挖翻襯法管道內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)

不開挖翻襯法管道內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)

摘要：綜述了國(guó)內(nèi)外管道不開挖修復(fù)技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀，著重介紹了國(guó)內(nèi)采用翻襯法管道內(nèi)襯修復(fù)方法的原理、工序、技術(shù)特點(diǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等，最后指明了該方法的應(yīng)用領(lǐng)域及推廣前景。

關(guān)鍵字：不開挖翻襯法管道修復(fù)不開挖修復(fù)1技術(shù)產(chǎn)生的背景

世界范圍內(nèi)的石油開采已有上百年的歷史，我國(guó)的石油行業(yè)也從20世紀(jì)60年代初起步并過渡到了旺盛時(shí)期。從那時(shí)起管道行業(yè)也開始了發(fā)展，在我國(guó)僅石油石化業(yè)內(nèi)的各類管道就達(dá)數(shù)十萬公里，到目前使用時(shí)間超過10年的管道占60％左右，加上油田油氣水具有的腐蝕特性和多數(shù)管道在高溫高壓下運(yùn)行的特點(diǎn)，在役管道普遍進(jìn)入了大修或更換期。傳統(tǒng)的作法是采用外加防腐保護(hù)層和電化學(xué)法陰極保護(hù)，但管道外防腐層老化是一個(gè)自然屬性，因光氧、熱氧、電化學(xué)、細(xì)菌、植物根系及人為損傷等因素，都會(huì)導(dǎo)致防腐層本身或涂層與管道接觸面的破壞；另外，管道經(jīng)輸送腐蝕介質(zhì)后，腐蝕介質(zhì)對(duì)管道內(nèi)壁的侵蝕，導(dǎo)致管道腐蝕穿孔；也有一些尚未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的管道，由于施工質(zhì)量低，管材選用不當(dāng)或設(shè)計(jì)不到位等諸多的人為因素，使管道提前報(bào)廢。所有這些原因都將造成管道泄漏或失效，不僅浪費(fèi)了大量的資源，污染了生態(tài)環(huán)境，增大了生產(chǎn)成本又嚴(yán)重危害了管道周圍的安全。近年來，非金屬管道在技術(shù)和質(zhì)量上雖然有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但還存在許多不確定因素，即使要大面積采用或替換金屬管道，也將需要一筆巨大的投資和經(jīng)歷漫長(zhǎng)的過程。

在民用給排水方面，20世紀(jì)90年代以前埋設(shè)的金屬管道，大部分未做內(nèi)防腐，導(dǎo)致管道內(nèi)壁結(jié)垢，個(gè)別腐爛穿孔，嚴(yán)重影響供水水質(zhì)。全國(guó)各大中城市都在相繼維修、改造和更換供排水管道，如北京、天津、大連等。他們的一般作法是：有條件開挖的地區(qū)，可敷設(shè)新管廢除舊管，但投資較大；無條件開挖的地區(qū)，可采用管道不開挖修復(fù)技術(shù)。

如何簡(jiǎn)化而又經(jīng)濟(jì)地維修地下管線，一直是管道工程界努力追求的目標(biāo)。應(yīng)運(yùn)而生的不開挖翻襯法管道修復(fù)技術(shù)是目前世界上公認(rèn)的最為簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)的方法，它簡(jiǎn)化了管道維修的各種限制和麻煩，為業(yè)主節(jié)省了寶貴的時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)強(qiáng)化了原管道的功能。由于它不需要全面開挖，免除了噪音、塵土、污水等污染，以及交通受阻，破壞環(huán)境等的困擾，完全符合現(xiàn)代環(huán)保意識(shí)的要求。

2國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

舊管道不開挖修復(fù)是指在用管道所處環(huán)境無法采用開挖更新、修理或開挖管段很不經(jīng)濟(jì)的情況，經(jīng)綜合經(jīng)濟(jì)分析而又不應(yīng)廢棄，或?yàn)榱颂岣咻斔土?、充分利用管材的腐蝕余量、延長(zhǎng)使用壽命而采取的一種在線維修方式。經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的開發(fā)實(shí)踐，大體上已形成了三大類十多種工藝技術(shù)，即插入套管法(包括原形套管和折疊式套管)、涂層法、軟管翻襯法等。

（1）插入套管法。主要是將事先預(yù)制好的塑料原形管或折疊式套管，在現(xiàn)場(chǎng)焊接，牽引就位，固定在舊管線上的一種方法。

（2）內(nèi)涂層法。經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐改進(jìn)和原材料工業(yè)的長(zhǎng)足進(jìn)步，已形成了如水泥砂漿襯里、樹脂涂層方法等系列工藝技術(shù)。但也存在有待改進(jìn)的工序，如表面處理技術(shù)、內(nèi)補(bǔ)口技術(shù)和質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)等。

（3）軟管翻襯法。在20世紀(jì)80年代初，英、美、日等國(guó)興起新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，而且以較快的速度形成系列化。隨著高分子化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，該方法采用了復(fù)合增強(qiáng)聚酯纖維和熱固型樹脂，利用水壓或氣壓翻襯，固化方式為熱水或自然冷卻；襯里厚度為4～20mm，施工管徑為20～3000mm，一次施工長(zhǎng)度為900m，最大施工壓力為1.72MPa，內(nèi)襯層使用溫度達(dá)95℃；可適用于下水道、飲用水管道、油氣輸送管道以及化學(xué)工業(yè)的部分工藝管道等，其繼續(xù)使用壽命可達(dá)30年以上。軟管翻襯是當(dāng)前公認(rèn)的適用范圍廣、施工簡(jiǎn)便、輔助設(shè)施少、社會(huì)效益好、應(yīng)用較廣泛的方法。

具有我國(guó)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)和國(guó)際先進(jìn)水平的翻襯法管道不開挖修復(fù)技術(shù)，是在借鑒國(guó)外工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)埋地管道存在的管內(nèi)多焊瘤、毛刺，舊管接口沉降錯(cuò)位，管壁厚度不均勻，管道內(nèi)結(jié)污垢嚴(yán)重等常見問題，創(chuàng)造出的一整套適合國(guó)情的實(shí)用技術(shù)。這一技術(shù)的原理是利用現(xiàn)有的管道三通、閥門等地面開口，在不開挖地面的基礎(chǔ)上，將具有防滲透耐蝕保護(hù)膜的復(fù)合纖維增強(qiáng)軟管作為載體，浸漬環(huán)氧聚合物后，用水或氣體作動(dòng)力，將軟管緊貼在舊管內(nèi)，固化后在舊管內(nèi)形成整體性強(qiáng)的光滑的管中管，達(dá)到對(duì)已遭腐蝕的管道進(jìn)行修復(fù)，延長(zhǎng)了管道的使用壽命的目的。采用這種新技術(shù)，不僅不用大面積開挖地面，不會(huì)影響交通，而且明顯地提高了管道的承壓、減阻、阻垢、耐蝕等性能，強(qiáng)化了原管道的整體功能，修復(fù)后管道壽命可達(dá)30年以上，有著不可低估的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，特別是對(duì)環(huán)境保護(hù)也起到了積極作用。

3翻襯法管道內(nèi)襯技術(shù)的指標(biāo)及主要特點(diǎn)

3.1翻襯法管道修復(fù)技術(shù)主要工序(見圖1)

圖1翻襯法修復(fù)技術(shù)工序示意

清管：采用機(jī)械工藝和水性清洗液，清除管內(nèi)原油、結(jié)蠟結(jié)垢和除銹，達(dá)到管內(nèi)壁60%見到金屬為止。

CCTV檢查：采用CCTV管內(nèi)攝錄器檢查清管和內(nèi)襯層質(zhì)量。

固化：采用加熱或常溫固化措施，使軟管成為表面光滑而又堅(jiān)硬的緊密貼在管內(nèi)壁的管中管。

軟管制作、基料配制及合成：采用具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)電一體化翻襯機(jī)組實(shí)現(xiàn)高分子材料配比和軟管輸送速度自動(dòng)化，保證軟管厚度均勻且各項(xiàng)機(jī)械性能和技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

端口處理：采用套袖式連管，保證端口的可靠性又不致于對(duì)內(nèi)襯材料造成傷害。

試壓連管：待完全固化后分段按管道施工規(guī)范進(jìn)行試壓，業(yè)主驗(yàn)收合格后連管和投產(chǎn)。

3.2技術(shù)指標(biāo)

可修復(fù)管徑50～1200mm；投資為新建鋼質(zhì)管的60%以下；壓力0.6～10.5MPa；粗糙度≤5μm；介質(zhì)為油氣水或酸堿等腐蝕介質(zhì)；內(nèi)襯厚度2～10mm；工作溫度可達(dá)95℃；線膨脹系數(shù)(1.5～1.7)×10-5mm/(mm·K)；使用壽命30～50年；作業(yè)坑面積2m×1.5m；可提高輸送壓力3%～5%；一次翻襯長(zhǎng)度1000m左右；可提高輸量10%；可選用無毒內(nèi)襯材料滿足食品級(jí)衛(wèi)生要求；抗拉強(qiáng)度≥65MPa；抗彎強(qiáng)度≥90MPa；抗壓強(qiáng)度≥110MPa；耐熱性105～130℃；擊穿電壓3.5kV/mm；抗沖擊18磅大錘掄擊3次，內(nèi)襯層管體無損。

3.3主要特點(diǎn)

不開挖翻襯法管道內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)的主要特點(diǎn)有：

(1)定點(diǎn)開挖且開挖量小，無污染，對(duì)周邊環(huán)境影響?。?/p>

(2)施工設(shè)備簡(jiǎn)單，周期短(塔里木輪南油田6km高壓注水管線翻襯維修工程只用了20天)；

（3）施工不受季節(jié)影響；

（4）適用各類材質(zhì)和形狀的管線；

（5）可提高管線的整體性能。如鑄鐵管道或混凝土管線承插接口的嚴(yán)密性得到增強(qiáng)，原已遭腐蝕的管道得到了補(bǔ)強(qiáng)，延長(zhǎng)了使用壽命，增強(qiáng)了承壓、減阻、阻垢、耐蝕的能力等。

4翻襯法管道內(nèi)襯技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

同其它管中管內(nèi)襯技術(shù)(插入套管法和涂層內(nèi)襯法)相比(見表1)，翻襯法管道內(nèi)襯技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有：作業(yè)坑小，造價(jià)低，施工周期短，對(duì)周邊影響小，無污染；對(duì)管道變形和清管要求不高；內(nèi)襯層?。辉诠艿厘e(cuò)口處、彎頭處也可施工；線膨脹系數(shù)接近鋼質(zhì)管道；可提高輸量和輸送壓力、減緩結(jié)垢等。

按美國(guó)NACE的相關(guān)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在施工過程中對(duì)內(nèi)襯材料造成的劃痕深度不能超過10％，而翻襯法施工工藝的內(nèi)襯管在沒有固化前，翻襯進(jìn)管內(nèi)，襯管與鋼管之間沒有相對(duì)滑移現(xiàn)象，所以不存在劃傷問題；加上選用以環(huán)氧基聚合物為骨架材料、施工膜采用耐油性能良好的聚酯型聚氨酯膜等材料和簡(jiǎn)便的施工工藝，使翻襯法管道內(nèi)襯技術(shù)均能滿足油田和石化領(lǐng)域的要求。

表1翻襯法管道修復(fù)技術(shù)與其他修復(fù)方法比較項(xiàng)目翻襯法修復(fù)技術(shù)傳統(tǒng)換管技術(shù)塑料管穿插技術(shù)

施工費(fèi)用小于60％100％(含拆遷費(fèi))70％左右

施工時(shí)間小于50％100％70％左右

施工范圍定點(diǎn)開挖作業(yè)坑全線開挖定點(diǎn)開挖大作業(yè)坑

施工設(shè)備施工器具較少重型機(jī)具較多有大型機(jī)具

施工材料可在施工當(dāng)日進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)占用現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)占用現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間短

使用壽命30年以上平均20年30年以上

對(duì)周邊環(huán)境影響小大較大

適用管徑DN50以上，但DN300

以上經(jīng)濟(jì)性更好各類管徑DN500以下

一次施工長(zhǎng)度長(zhǎng)較長(zhǎng)較短

適用管材鋼筋混凝土管，鑄鐵管，

螺旋焊接管和各類管材各類管材各類管材

工程意外無易損壞其它交叉管道

或附近電纜無

環(huán)境污染無塵土、噪音、破壞植被等無

環(huán)境污染少涉及多方面較少

由此可見，對(duì)于主要道路、河流及對(duì)周邊環(huán)境影響較大的改造路段，翻襯法管線不開挖修復(fù)技術(shù)最為簡(jiǎn)便。

5工程造價(jià)

影響翻襯維修方法工程造價(jià)的因素有：管徑和一次承建長(zhǎng)度--綜合費(fèi)用增減系數(shù)計(jì)算；管道的工況和現(xiàn)狀--決定厚度、結(jié)構(gòu)和材質(zhì)設(shè)計(jì)；施工季節(jié)--降溫、升溫的投入；水、電源和排放條件--動(dòng)力及排放取費(fèi)；合作形式及施工管理素質(zhì)--分工及操作風(fēng)險(xiǎn)程度；斷管數(shù)及所處環(huán)境--布點(diǎn)及相關(guān)工作量；是否有旁通管--開孔補(bǔ)孔工作量；要求清管程度--選用不同清垢技術(shù)；是否需要提供CCTV攝影資料。

6技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)創(chuàng)新點(diǎn)：①內(nèi)襯軟管與外管貼合緊密；②內(nèi)襯管適應(yīng)性強(qiáng)，施工方便，強(qiáng)度高；③機(jī)電一體化全套施工、加工設(shè)備。

(2)專利技術(shù)(三項(xiàng))：①翻襯法復(fù)合軟管成形裝置；②修復(fù)地下管道的復(fù)合軟管；③組裝式翻襯法管道修復(fù)裝置。

7問題探討

(1)管道不開挖修復(fù)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)有了一個(gè)良好的開端，得到了管道工程界和業(yè)主的認(rèn)可，目前紛紛仿效的工程單位也日漸增多，需要規(guī)范化，建立相關(guān)的工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使該項(xiàng)技術(shù)能得到有序的發(fā)展。

(2)不開挖修復(fù)技術(shù)與眾多實(shí)用技術(shù)一樣，其工藝原理雖簡(jiǎn)單，但完成每個(gè)環(huán)節(jié)必須具有較深的專業(yè)知識(shí)。要認(rèn)真做好各道工序，應(yīng)強(qiáng)化專業(yè)化分工，分專業(yè)開發(fā)，提高機(jī)電一體化水平，排除人為因素對(duì)工程質(zhì)量的影響。不開挖內(nèi)襯法修復(fù)技術(shù)中對(duì)軟管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基料配方調(diào)整、復(fù)合和翻襯的機(jī)電一體化裝備等工藝實(shí)施條件，都具有較大的高科技含量。

(3)加大宣傳力度，充分做好技術(shù)可行性論證，讓用戶進(jìn)一步了解該技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性并從中受益，尤其是通過配方的調(diào)整，強(qiáng)化專業(yè)化裝備的開發(fā)，以及提高管理水平，就可大大降低工程成本，使該項(xiàng)技術(shù)更具有普及性。

(4）對(duì)油田油氣水輸送管道，管道維修一般都需要滿足以下要求：內(nèi)襯材料必須在高溫(60～80℃)、腐蝕輸送介質(zhì)條件下不溶脹、不溶蝕、不脫落；管徑截面積變化不大(≤1.3％)；熱變形不大(線膨脹系數(shù)應(yīng)接近鋼材)；能適應(yīng)大口徑螺旋焊縫管內(nèi)多毛刺和焊瘤的情況；施工過程不能對(duì)內(nèi)襯材料有劃傷；應(yīng)盡量減少業(yè)主因停產(chǎn)造成的損失等。

（5)管道不開挖修復(fù)技術(shù)和任何技術(shù)一樣，也存在個(gè)別局限性：因非金屬內(nèi)襯材料不可能耐130℃以上的高溫，因此更高溫度的輸送介質(zhì)和蒸汽清管、高頻解堵、電火焊等作業(yè)在修復(fù)后的管道上將受到限制；另外，如果長(zhǎng)輸管線只有局部維修，在管道內(nèi)部將形成小臺(tái)階，采用通球清管作業(yè)時(shí)也將受局限。當(dāng)然，用戶在沒有以上使用環(huán)境和條件下，盡可以放心使用。

8小結(jié)

我國(guó)的舊管道所采用的不開挖修復(fù)技術(shù)，目前已進(jìn)入了工程化、系列化、規(guī)?；拈_創(chuàng)和進(jìn)一步開拓階段。其中翻襯法管道內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)是目前國(guó)際上施工較為方便和經(jīng)濟(jì)的方法，也是國(guó)內(nèi)管道修復(fù)工程中應(yīng)用較多的修復(fù)技術(shù)。該方法最小管徑為50mm，最大管徑為1200mm；經(jīng)5年的工程實(shí)踐，該工藝技術(shù)可以適用于多旁通管、多彎頭，管內(nèi)徑尺寸變化大和管床塌陷管段錯(cuò)位等復(fù)雜的管段；該方法所需的作業(yè)坑很小，通常