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非开挖翻转内衬技术在燃气管道修复的应用
更新日期:2015-06-01  浏览:1592

 研究背景

    随着埋地管道使用年限的增长,由于外防腐层的破坏、阴极保护的失效以及杂散电流的影响等因素而产生腐蚀,引发管道失效。非开挖修复管道已成为在役管道恢复输配能力的主要手段之一,燃气管道非开挖修复技术正处于快速发展的良好时期[1~3]。由北京市燃气集团有限责任公司主编的CJJ/T 147—2010《城镇燃气管道非开挖修复更新工程技术规程》已于2011年1月1日正式实施,CJJ/T 147—2010涉及的修复技术包括插入法、折叠管内衬法、缩径内衬法、裂管法、翻转内衬法(Cured-In Place Pipe,以下简称CIPP)。本文主要对CIPP技术进行分析。
2 CIPP技术的应用状况
    根据相关资料,国外输气管道普遍有阴极保护系统,大约运行40年左右才会出现较大的腐蚀损害,而国内的埋地燃气管道一般运行不超过20年就进入了腐蚀泄漏的事故多发期。当在役管道由于腐蚀泄漏而影响输送效率或造成安全隐患时,修复原有管道或更换新管是解决问题常面临的两种选择。在城市中,特别是在北京、天津、上海、广州等大型城市,全线开挖更换新管的施工操作非常困难,并且由于局部的受损而废弃更换整条管道明显不符合建设节约型社会的要求。欧美发达国家仅不足5%的待修复管道采用换管更新手段也反映了非开挖修复技术的优势。因此,运用非开挖修复技术来恢复管道的输送能力、消除原管道的安全隐患受到燃气行业越来越多的关注。
    CIPP技术是非开挖管道修复技术中的重要组成部分,最早由英国工程师于20世纪70年代为修复排水管道开发而来。随着技术的成熟,逐步扩展到包括燃气管道在内的多种地下管道修复领域,到20世纪80年代后期,该项技术已遍及欧洲、美洲、东南亚等40多个国家和地区,在美国、德国、日本等发达国家发展尤其迅速。据了解,德国柏林燃气集团在管道修复手段上只保留CIPP技术与聚乙烯管内插技术。据其统计,CIPP技术修复管道里程累计达到594km,内插法修复管道里程为11km,CIPP所占比例达到98%以上。另据不完全统计,德国某管道修复企业从开发到应用并不断改进CIPP技术的20年间,在欧美国家(包括美国、德国、捷克、土耳其等)累计修复的燃气管道里程约700km(该数据截至2009年)。日本某公司2002—2007年的管道修复业务仅在欧洲的CIPP工程量就达144km,遍及西班牙、意大利、法国、德国、瑞士、奥地利、匈牙利、波兰等国。
3 CIPP的主要技术特点
    CIPP技术是将热凝的环氧树脂胶浸透覆有密封涂层(热塑性聚氨弹性体)的纺织纤维软管作为管道的衬里材料,通过气压或水压将软管翻转进入埋地管道内,使浸有热凝环氧树脂胶的一面粘贴在管道内壁,并保持恒定的管内压力使树脂胶固化,形成一个由原管道、环氧树脂胶、纺织纤维与密封涂层组成的复合结构[4],从而修复原管道,恢复原管道的输配能力,消除原管道的安全隐患。
    在埋地燃气管道的修复技术中,CIPP技术具有以下独特的优势:
    ① 过弯能力强:现今的CIPP技术工艺水平可以达到一次性无褶皱通过2个曲率半径大于1.5倍管道外径的45°弯头或1个曲率半径大于3倍管道外径的90°弯头。过弯能力强可减少现场开挖工作坑的数量,提高了现场适应能力。
    ② 施工占地面积小:施工仅需开挖所需工作坑的场地,与其他修复技术相比,CIPP技术不需要沿管道方向的拖管场地。
   ③ 适用范围宽:现今的CIPP工艺水平可以达到完全覆盖管道规格从DN 20mm直至DN 1200mm的燃气管道。与其他修复技术相比,CIPP技术在燃气管道修复中适用范围较宽。
   ④ 输送能力适应性强:内衬材料外涂层的表面光滑连续,修复后管道截面积几乎没有减小,对原管道的输配能力几乎无影响。
   ⑤ 修复管道寿命长:CIPP技术中的内衬软管属热塑性聚氨弹性体,其化学稳定性极佳,可以避免或减少管道内部腐蚀损伤。德国标准DIN 30658-1《地下铺设的煤气管道附加密封用薄膜软管和织布软管第一部分:对薄膜软管和织布软管的要求及测试》中具体叙述了测试修复小于50mm腐蚀孔洞内衬材料寿命的方法,CIPP法修复后管道预测寿命为30年。在欧洲,获得燃气管道运营商认可的修复后管道预测寿命标准是30年,因此,CIPP技术得到业主的认可并在欧洲快速发展。
关于CIPP技术的思考
    ① CIPP技术修复后形成一个由原管道、环氧树脂胶、纺织纤维与密封涂层组成的复合结构,除局部原管道的点腐蚀区域外,内压仍需由原管道承受,复合结构的其他部分主要承担气密性修复的功能。因此,CIPP技术应明确定义为气密性修复的范畴,而不能将其视为可独立承压的结构性修复。作为一种非结构性修复技术,修复后管道的承压运行仍要依托于原管道结构的完整性。除了由于局部腐蚀造成的裂纹泄漏,管壁连续减薄或强度已不满足服役需要的焊缝所带来的泄漏隐患这些缺陷点外,原管道在预期的综合寿命时间段内依然具有承压能力,这是现阶段运用好CIPP技术的重要前提。
    ② 文献[5]研究了适用于CIPP管道修复的管状纺织复合材料的强度计算方法,得出管状纺织复合材料受内压时环向应力是轴向应力的2倍,材料的破坏容易出现在环向的结论。但CIPP复合结构强度计算方法仍有待深入研究。
    ③ CIPP技术可修复管道的腐蚀泄漏并消除泄漏隐患。德国燃气与水工业协会(简称DVGW)标准DVGW VP404((应用编织软管(压力范围4巴~30巴)对燃气高压管道的修复》中将旧管道的腐蚀孔洞直径50mm作为修复控制指标,即旧管道因腐蚀等原因存在的孔洞直径小于50mm时可采用CIPP技术修复。CIPP技术定位为非结构性修复,如需要修复后复合结构具有较高的承压能力,则更需要全面评估在役管道腐蚀程度。就国内现有条件而言,对在役管道腐蚀程度的评估仍是个难题。
    ④ 在恢复燃气管道的气密性后,为了防止管道外壁的腐蚀继续恶化,需要在修复后的复合管道上安装阴极保护系统。CIPP技术修复后管道的服役寿命是由修复管道与阴极保护系统共同决定的。一般情况下使用CIPP技术进行修复的管道多为长期没有使用或者未充分进行阴极保护而导致出现腐蚀损伤的旧管道,只要对旧管道的腐蚀评估准确恰当,通过CIPP技术以及配套加装阴极保护的方式进行系统修复,维持管道现有的腐蚀状态,修复后管道延长30年的服役寿命是可能的。但同时应考虑用于CIPP的阴极保护系统与常规设计的差异,特别是加大阴极保护电流对原管道防腐层的不利影响。
结语
    CIPP修复技术作为管道非开挖修复技术的一种,实现了仅需开挖工作坑就可在原位使旧管道得到翻新的目标。随着CIPP技术的不断发展,德国已成功解决了0.4MPa以上的次高压及高压燃气管道的修复问题,根据DVGW资料,已知的最高修复压力达3.0MPa。随着国内燃气管道运行年限的不断增加,燃气管道非开挖修复需求将不断增多,应用在燃气管道上的非开挖CIPP技术的优势及市场潜力将日益凸显,继续深入研究CIPP技术并使之国产化,其应用前景将无比广阔。
参考文献:
[1] 牛松山,章寅国,王飞.非开挖技术在大口径燃气管道敷设中的应用[J].煤气与热力,2003,23(1):38-40.
[2] 梁莉嘉,陈荣清.埋地燃气管道防腐综合评价与修复技术分析[J].煤气与热力,2009,29(6):B39-B41.
[3] 董久樟,冯军.翻转内衬法在旧燃气管道修复中的应用[J].煤气与热力,2001,21(1):55-57.
[4] 张淑洁,王瑞,高艳章,等.管道非开挖纺织内衬修复技术综述[J].现代纺织技术,2007(2):48-50.
[5] 张淑洁,王瑞,王欢.管道修复用管状纺织复合材料强度的设计原理[J].复合材料学报,2008(4):161-165.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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