摘要:論述了PE管穿插技術(shù)及其實(shí)施方案。比較了換新鋼管方案與PE管穿插方案的費(fèi)用,論證了PE管穿插技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,探討了PE管穿插技術(shù)的應(yīng)用范圍和前景。
關(guān)鍵詞:管網(wǎng)改造;PE管穿插法;修復(fù)
城市天然氣在用鋼管中,運(yùn)行20~30年的管道占有一定的比例,其中相當(dāng)一部分已老化或帶隱患運(yùn)行,對(duì)其進(jìn)行修復(fù)和替換勢(shì)在必行。由于大多數(shù)城市天然氣鋼管沿城市道路敷設(shè),隨著道路的改造拓寬,有些已在車(chē)行道下,采用開(kāi)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(shí)施工,則不僅造價(jià)高,而且對(duì)城市交通及環(huán)境都將帶來(lái)不利影響。在一些重要地點(diǎn),基本上不可能進(jìn)行大型開(kāi)挖。因此,探討非開(kāi)挖管道修復(fù)技術(shù)具有相當(dāng)?shù)木o迫性和重要意義。
較適合城市天然氣在用鋼管修復(fù)的方法主要有5種:軟管翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法、牽引-固化法、PE管加熱縮徑膨脹內(nèi)襯法、U形PE管內(nèi)襯法、PE管穿插法[1]??紤]到國(guó)內(nèi)城市天然氣行業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和施工條件,本文僅對(duì)PE管穿插法進(jìn)行探討。
1 PE管穿插技術(shù)
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(fù)方法。其施工工藝見(jiàn)圖1。
管彈頭用于拖動(dòng)PE管在舊管內(nèi)穿過(guò),一端為PE管,另一端為帶鐵環(huán)的鋼制封頭,用于固定拉繩。該法工藝較簡(jiǎn)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(fù)后管道的輸氣能力有所降低,該法的應(yīng)用也因此受到限制。
1.2 關(guān)鍵技術(shù)
① 舊管內(nèi)壁的處理
為防止穿管時(shí)在舊管內(nèi)劃傷PE管,穿管前必須對(duì)舊管內(nèi)壁進(jìn)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(nèi)壁腐蝕小,管內(nèi)積垢遠(yuǎn)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(mǎn)足穿管要求。對(duì)管道內(nèi)壁的焊瘤、焊刺等采用帶有金屬刮刀的拉鏜設(shè)備進(jìn)行拉鏜,實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)壁的打磨,以達(dá)到穿管要求。
經(jīng)拉鏜處理后的管道,用壓縮空氣吹凈管內(nèi)雜物,然后進(jìn)行內(nèi)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(jìn)行試穿。
② PE管外表面的保護(hù)
由于PE管具有應(yīng)力開(kāi)裂特性,當(dāng)管表面被刮傷后,就可能導(dǎo)致開(kāi)裂及開(kāi)裂的慢速增長(zhǎng),從而縮短管道使用壽命甚至發(fā)生爆管事故。因此,PE管穿插技術(shù)的關(guān)鍵是保證在穿管過(guò)程中,PE管的外表面不被劃傷。參照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn),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(lái)保證:
a. 進(jìn)行舊管內(nèi)壁處理。
b. 插入施工時(shí),在舊管插入端加上一個(gè)硬度比插入管小的漏斗形導(dǎo)滑器。
c. 試穿。在正式插入前應(yīng)先拖過(guò)一根長(zhǎng)4~5m與插入管同徑的PE管,檢查舊管對(duì)試穿的PE管外表面的損傷情況。若發(fā)現(xiàn)有超過(guò)規(guī)定的劃傷現(xiàn)象,則應(yīng)重新對(duì)舊管內(nèi)壁進(jìn)行處理,直到試穿合格。
1.3 施工步驟與設(shè)備
PE管穿插施工步驟如下:
(1) 安裝拉繩。用鼓風(fēng)機(jī)將風(fēng)帽由發(fā)射坑吹至接收坑,利用風(fēng)帽把細(xì)線(xiàn)穿過(guò)鋼管,再用細(xì)線(xiàn)把尼龍拉繩由接收坑拉至發(fā)射坑。
(2) 鏜管。用拉繩牽引鏜管設(shè)備進(jìn)行鏜管。
(3) 舊管吹掃。用壓縮空氣吹掃舊管。
(4) 內(nèi)窺檢查。用攝像探頭在舊管內(nèi)進(jìn)行內(nèi)窺,從電視上對(duì)管內(nèi)進(jìn)行檢查。
(5) 試穿PE管。先將一根4~5m長(zhǎng)的與插入管同管徑的PE管用拉繩拉過(guò)舊管,檢查PE管外壁損傷情況,如劃傷深度超標(biāo),應(yīng)對(duì)舊管內(nèi)壁進(jìn)行清理,直至試穿合格。
(6) 準(zhǔn)備待穿的PE管。焊接待穿的PE管,并進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn),合格后待穿。
(7) PE管穿插。用拉繩牽引待穿PE管穿過(guò)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(huán)形空間。
(9) 完成全線(xiàn)穿插。分段穿插施工完成后,在操作坑內(nèi)將各段PE管相互焊接。
(10) 吹掃試壓。對(duì)穿插PE管進(jìn)行全線(xiàn)吹掃和強(qiáng)度試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)[2]。
(11) 回填。用細(xì)砂回填操作坑,并敷設(shè)警示帶,再用泥土回填至地面。
PE管穿插施工主要設(shè)備如下:
(1) 鼓風(fēng)機(jī):將風(fēng)帽從發(fā)射坑吹至接收坑。
(2) 鏜管設(shè)備:安裝有刮刀的鏜管器,能打下舊管內(nèi)的焊瘤及焊刺。
(3) 內(nèi)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(nèi)拖動(dòng)時(shí)翻滾、磨損。
(4) 彩色電視機(jī):接收攝像探頭傳來(lái)的信號(hào),并將其轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像,顯示舊管內(nèi)的檢查情況。
(5) PE管焊機(jī):分為電熔焊機(jī)和對(duì)接焊機(jī)。
2 PE管穿插法的實(shí)施方案
(1) 前期準(zhǔn)備
前期準(zhǔn)備工作一般包括管道的資料查閱和現(xiàn)場(chǎng)踏勘等管道調(diào)查工作。通過(guò)查閱管道的竣工資料,調(diào)查氣源及供氣負(fù)荷變化情況以及現(xiàn)場(chǎng)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(huán)境狀況,如沿線(xiàn)建筑布置、人流車(chē)流、地下障礙、相鄰管道等;了解管道的氣源變化、負(fù)荷變化情況;確定該管道是否采用PE管穿插技術(shù)進(jìn)行修復(fù),并做好穿插的前期準(zhǔn)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(jìn)行,制定穿管方案的重點(diǎn)應(yīng)放在管道分段、發(fā)射坑、接收坑位置的確定上。
按照《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》(CJJ63—95)第5.3.5條的規(guī)定,插入管采用拖管法施工時(shí),拉力不得大于管材屈服拉伸強(qiáng)度的50%[3]。PE80聚乙烯材料的屈服拉伸強(qiáng)度一般為19 MPa左右,材料密度≥930 kg/m3,經(jīng)計(jì)算可得,穿插時(shí)插入管長(zhǎng)度不得大于900 m。
分段方案、發(fā)射坑、接收坑位置的確定,在滿(mǎn)足插入管長(zhǎng)度規(guī)定的前提下,應(yīng)根據(jù)管道彎頭、支管、臨時(shí)供氣方案等確定。
穿管方案應(yīng)會(huì)同生產(chǎn)調(diào)度部門(mén),制定相應(yīng)的停氣動(dòng)火作業(yè)方案和臨時(shí)供氣方案。穿管方案還應(yīng)制定必要的應(yīng)急方案,為施工中可能出現(xiàn)的故障做好準(zhǔn)備。
3 社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益
PE管穿插技術(shù)與傳統(tǒng)的開(kāi)挖更換舊管方式相比,大大減少了開(kāi)挖土方量,且開(kāi)挖點(diǎn)可盡量避開(kāi)人流密集處、電話(huà)亭等,縮短了舊管修復(fù)工期,極大地減少了管道修復(fù)工程對(duì)城市交通及環(huán)境的影響,有利于安全平穩(wěn)地供氣,具有良好的社會(huì)效益。
由于減少了開(kāi)挖量,PE管穿插技術(shù)修復(fù)管道的工程造價(jià)也明顯降低。燃?xì)夤艿拦こ淘靸r(jià)主要包括人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)、道路賠償費(fèi)、土方開(kāi)挖費(fèi)等。目前,大面積開(kāi)挖造成的市政賠償費(fèi)用在不斷升高。采用PE管穿插技術(shù)可降低工程造價(jià),提高經(jīng)濟(jì)效益,效果顯著。費(fèi)用降低的主要方面是減少了土方開(kāi)挖費(fèi)、市政賠償費(fèi)。成都市實(shí)施的采用PE管穿插技術(shù)改造舊鋼管的實(shí)例的費(fèi)用比較見(jiàn)表1。
表1 成都市塔九路換新鋼管與PE管穿插的費(fèi)用比較
Tab.1 Comparison of cost between steel pipe renewal
and PE Pipe insertion in Tajiu Road of Chengdu City
項(xiàng)目 |
換新鋼管方案 |
PE管穿插方案 |
|
直接費(fèi)用/元 |
236146 |
193095 |
|
問(wèn)接費(fèi)用/元 |
24969 |
14965 |
|
土方開(kāi)挖費(fèi)/元 |
15621 |
8473 |
|
市政賠償費(fèi)/元 |
快車(chē)道 |
31200 |
O |
慢車(chē)道 |
91728 |
30870 |
|
總計(jì)/元 |
399664 |
247403 |
|
注:待修復(fù)管道總長(zhǎng)度為1200mm,鋼管規(guī)格為D159×6mm,PE管規(guī)格為De110mm。 |
可以看出,采用PE管穿插技術(shù)改造舊鋼管比更換新鋼管節(jié)省費(fèi)用約38%,該技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
4 PE管穿插技術(shù)的應(yīng)用范圍
插入管管徑應(yīng)比舊管小,一般情況下,插入管外徑最大不得超過(guò)舊管內(nèi)徑的90%。根據(jù)鋼管和PE管的規(guī)格,PE穿插管最大規(guī)格見(jiàn)表2。因內(nèi)窺裝置只能進(jìn)入DN 150 mm以上的管道,故舊管的最小規(guī)格為DN 150 mm。
表2 PE穿插管最大規(guī)格
Tab.2 Maximum specification of inserted PE pipe
舊管(被穿鋼管)公稱(chēng)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(jì)算公式見(jiàn)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50028—2006),其中管壁內(nèi)表面的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度,對(duì)于鋼管取0.2 mm,對(duì)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(yùn)行壓力范圍內(nèi)結(jié)合常用的鋼管和PE管規(guī)格,設(shè)定兩種工況進(jìn)行水力計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表3。其中天然氣工況一:起點(diǎn)絕對(duì)壓力為0.450MPa,終點(diǎn)絕對(duì)壓力為0.448MPa,管道長(zhǎng)度為1km。天然氣工況二:起點(diǎn)絕對(duì)壓力為0.450MPa,終點(diǎn)絕對(duì)壓力為0.449MPa,管道長(zhǎng)度為1km。
在表3中,采用常用規(guī)格PE管穿插后,其流通能力為原管道的40%~50%。實(shí)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(guī)格PE管進(jìn)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(wǎng)的發(fā)展和氣源的變化,原有大口徑管道所帶負(fù)荷下降,經(jīng)PE管穿插修復(fù),管道管徑縮小后,仍能滿(mǎn)足正常供氣的管道。PE管穿插技術(shù)在城市天然氣鋼管修復(fù)中雖然不可能廣泛應(yīng)用,但仍有一定的應(yīng)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(chēng)直徑/mm |
150 |
200 |
250 |
|||
被穿鋼管計(jì)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(jì)算流量/m3·h-1) |
320 |
450 |
900 |
1200 |
1600 |
2200 |
|
天然氣工況二 |
被穿鋼管公稱(chēng)直徑/mm |
150 |
200 |
250 |
|||
被穿鋼管計(jì)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(jì)算流量/( m3·h-1) |
210 |
300 |
600 |
800 |
1100 |
l500 |
5 結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用,PE管穿插城市天然氣在用鋼管技術(shù)日趨成熟。國(guó)內(nèi)許多天然氣公司成立較早,舊管網(wǎng)改造量多、施工難度大,采用新型的舊管改造技術(shù)既能提高公司整體形象,又能帶來(lái)較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
隨著氣源的變化及管網(wǎng)的發(fā)展,PE管穿插在用燃?xì)夤艿佬迯?fù)技術(shù)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(guó)內(nèi)許多城市將由人工煤氣轉(zhuǎn)換為天然氣,這種由低熱值氣源向高熱值氣源轉(zhuǎn)換的管網(wǎng)改造、舊管修復(fù),由于允許管徑縮小,將為PE管穿插技術(shù)提供更大的應(yīng)用空間[5]。
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