非開挖翻轉內(nèi)襯修復技術在燃氣管道應用的思考

摘 要

摘要：本文介紹了非開挖翻轉內(nèi)襯修復技術在國外的應用狀況，對此項技術的特點與應用條件進行了分析，并針對非開挖翻轉內(nèi)襯修復技術的問題進行了思考。關鍵詞：燃氣；管道；修復；翻轉內(nèi)襯
摘要：本文介紹了非開挖翻轉內(nèi)襯修復技術在國外的應用狀況，對此項技術的特點與應用條件進行了分析，并針對非開挖翻轉內(nèi)襯修復技術的問題進行了思考。
關鍵詞：燃氣；管道；修復；翻轉內(nèi)襯
The Thinking of Application CIPP Trenchless Rehabilitation Technology to Gas Pipeline
Dong Ji-wei1 Sun Ming*ye2 Cao Guo-quan3 Zhai Bo3 Gong Ming2
(1.Beijing Gas Group Co，Ltd High-pressure Pipe System Branch，Beijing 100011，China；2.Beijing Gas and Heating Engineering Design Institute，Beijing 100032，China；3.Beijing Tianhuan Gas Co.，Ltd，Beijing 100025，China；)
Abstract：This paper introduces the application status of CIPP trenchless rehabilitation technology，analyze the characteristics and application condition of this technology. According to existing problems，this paper made some thinking
Key words：gas；pipe；rehabilitation；CIPP
　1、研究背景
　隨著埋地管道使用年限的增長，由于外防腐層的破壞、陰極保護的失效以及雜散電流的影響等因素而產(chǎn)生腐蝕，引發(fā)管道失效。采用非開挖修復管道已成為在役管道恢復輸配能力的主要手段之一，燃氣管道非開挖修復正處于快速發(fā)展的良好時期。由北京市燃氣集團有限責任公司主編的《城鎮(zhèn)燃氣管道非開挖修復更新工程技術規(guī)程》CJJ/T147-2010已獲批準并將于201 1年1月1日正式實施，CJJ/T147覆蓋的修復技術涵蓋插入法、折疊管內(nèi)襯法、縮徑內(nèi)襯法、裂管法及翻轉內(nèi)襯法[1](Cured-in Place Pipe)(以下簡稱CIPP)，本文主要針對CIPP進行分析討論。
　2、CIPP技術的國外應用狀況
　根據(jù)相關資料，國外輸氣管線大約運行40年左右才會出現(xiàn)較大的腐蝕損害(管道普遍有陰極保護系統(tǒng))，而國內(nèi)的埋地燃氣管線一般運行不超過20年就進入了腐蝕泄漏的事故多發(fā)期。當在役管道由于腐蝕泄漏而影響輸送效率或造成安全隱患時，修復原有管道或更換新管是解決問題常用的兩種選擇。在城市中特別是在北京、上海、廣州等大型城市，全線開挖更換新管的施工操作是非常困難的，加之由于局部的受損而廢棄更換整條管線明顯不符合建設“節(jié)約型”社會的要求，歐美發(fā)達國家僅不足5%的待修復管道采用換管更新手段也反映了非開挖修復技術的優(yōu)勢。因此，運用非開挖修復技術來恢復管道的輸送能力、消除原管道安全隱患得到來自國內(nèi)燃氣行業(yè)越來越多的關注。
　CIPP技術是非開挖管道修復技術中的重要組成部分，最早是由英國工程師于20世紀70年代為修復下水管道_開發(fā)而來，隨著技術的成熟，逐步擴展到包括燃氣管道在內(nèi)的多種地下管道修復領域，到20世紀80年代后期，該項技術已遍及歐洲、美洲、東南亞等40多個國家和地區(qū)，在美國、德國、日本等發(fā)達國家發(fā)展尤其迅速。據(jù)了解，德國柏林燃氣集團在管道修復手段上只保留CIPP技術與PE管內(nèi)插技術。據(jù)其統(tǒng)計，CIPP技術修復管道里程累計達到594km，內(nèi)插法修復管道里程為11km。CIPP占比達到98%以上。另據(jù)不完全統(tǒng)計，德國某管道修復企業(yè)從開發(fā)到應用并不斷改進CIPP技術的20年間，在歐美國家(包括美國、德國、捷克、土耳其等)累計修復的燃氣管線里程數(shù)約合700km(截止至2009年)；而另一日本公司2002～2007年的管道修復僅在歐洲的CIPP工程量就達144km，遍及西班牙、意大利、法國、德國、瑞士、奧地利、匈牙利、波蘭等國。
　3、CIPP技術的主要工藝特點
　CIPP技術是將熱凝的環(huán)氧樹脂膠浸透覆有密封涂層(熱塑性聚氨彈性體)的紡織纖維軟管作為管道的襯里材料，通過氣壓或水壓將軟管翻轉進入埋地管道內(nèi)，使浸有熱凝環(huán)氧樹脂膠的一面粘貼在管道內(nèi)壁，并保持恒定的管內(nèi)壓力使樹脂膠固化，形成一個原管道、環(huán)氧樹脂膠、紡織纖維與密封涂層組成的復合結構[2]，從而修復原管道，恢復管道的輸配能力、消除原管道安全隱患。
　在埋地燃氣管道的修復技術中，CIPP技術具有一些獨特的優(yōu)勢
　(1) 過彎能力較強：現(xiàn)今的CIPP技術工藝水平可以達到一次性無褶皺通過2個大于1.5D的45°彎頭或1個大于3D的90°彎頭。因過彎能力強，可減少現(xiàn)場開挖工作坑數(shù)量，大大提高了現(xiàn)場適應性。
　(2) 占地面積較小：施工僅需開挖所需工作坑處的場地，與其他修復技術相比，CIPP技術無需大量占用沿管道方向的拖管場地。
　(3) 適用范圍較廣：現(xiàn)今的CIPP工藝水平可以達到完全覆蓋管徑從DN20的室內(nèi)管線直至DN1200的燃氣管道，與其他修復技術相比，CIPP技術在燃氣管道修復中適用范圍較廣。
　(4) 輸送能力適應能力強：內(nèi)襯材料外涂層的表面光滑連續(xù)，修復后管道橫截面積幾乎沒有減小，對原管道的輸配能力不會造成任何影響。
　4、關于CIPP技術的思考
　(1) CIPP技術修復后形成一個原管道、環(huán)氧樹脂膠、紡織纖維與密封涂層組成的復合結構，除局部原管道的點腐蝕區(qū)域管道外，內(nèi)壓仍需要原管道承受，復合結構的其他部分主要承擔氣密性修復的功能。因此，CIPP技術應明確定義為氣密性修復的范疇，而不能將其視為可獨立承壓的結構性修復。作為一種非結構性修復技術，修復后管道的承壓運行仍要依托于原管道結構的完整性。除了由于局部腐蝕造成的裂紋泄漏，管壁連續(xù)減薄或強度已不滿足服役需要的焊縫所帶來的泄漏隱患這些缺陷點外，原管道在預期的綜合壽命時間段內(nèi)依然具有承壓能力，這是現(xiàn)階段運用好CIPP技術的重要條件。
　(2) 張淑潔、王瑞、王歡研究了適用于CIPP管道修復的管狀紡織復合材料的強度計算方法，得出管狀紡織復合材料受內(nèi)壓時環(huán)向應力是軸向應力的2倍.材料的破壞容易出現(xiàn)在環(huán)向的結論[3]。但CIPP復合結構強度計算方法仍有待深入研究。
　(3) 作為氣密性修復工藝，CIPP技術修復目的：
　1) 修復管道的腐蝕泄漏及消除泄漏隱患
　根據(jù)DVGW(德國燃氣與水工業(yè)協(xié)會，以下簡稱DVGW)翻轉內(nèi)襯的相關標準，將50mm的腐蝕孔洞作為內(nèi)襯材料的一個修復指標[4]。在現(xiàn)有條件下對在役管道腐蝕程度的評估仍是個難題。而且在氣密性修復的框架內(nèi)，如需要原管道修復后具有較高的承壓能力，也需要全面評估在役管道腐蝕程度。
　2) 延長管道的服役壽命
　完全粘貼在鋼管內(nèi)壁上的內(nèi)襯軟管由于熱塑性聚氫彈性體涂層的化學穩(wěn)定性完全可以避免或減少內(nèi)部腐蝕損傷。DVGW翻轉內(nèi)襯的相關標準中具體指出了測試在運行壓力下修復50mm的腐蝕孔洞的內(nèi)襯材料壽命的方法[5]，預測的等限分為30年及50年，也就是說現(xiàn)在的內(nèi)襯壽命水平已經(jīng)可以達到在修復50mm腐蝕孔洞的條件下預期可安全運行至少30年。在歐洲，獲得燃氣管線運營商認可的修復后管線預測壽命正是30年。
　在內(nèi)襯材料恢復了管道的氣密性后，為了防止管道外壁的腐蝕不再原有基礎上持續(xù)惡化，需要在修復后的原管道上安裝陰極保護系統(tǒng)。CIPP修復管道與陰極保護配合工作，可以說襯后管道的服役壽命是襯后管道與陰極保護系統(tǒng)共同決定的。使用CIPP技術進行修復的管道更多的是長時間沒有使用或者未充分使用陰極防腐保護，因此不斷重復出現(xiàn)腐蝕損傷的老舊管道，或者是具有有效陰極防腐保護但出現(xiàn)了技術問題的管道，原則上只要對這些原老舊管道的腐蝕評估得當，然后通過CIPP技術以及加裝陰極保護的方式進行修復，保持其修復前的腐蝕狀態(tài)并且因此不再出現(xiàn)新的損傷，修復后管道擁有至少30年的服役壽命是完全可以預期的。但用于CIPP的陰極保護系統(tǒng)與常規(guī)設計的差異仍需深入研究，特別是如加大陰極保護電流對原管道防腐層的影響。
　5、結語
　CIPP修復技術作為管道非開挖修復技術的一種，實現(xiàn)了僅需開挖工作坑就可在原位使舊管道得到翻新。隨著CIPP技術的不斷發(fā)展，德國已成功解決了0.4MPa以上的次高壓及高壓燃氣管道的修復問題根據(jù)DVGW標準，現(xiàn)在已知的最高修復壓力達3.0MPa)。隨著國內(nèi)燃氣管道運行年限的不斷增加，燃氣管道非開挖修復需求將不斷涌現(xiàn)，應用在燃氣管道上的非開挖CIPP技術魅力及市場潛力將日益凸顯，繼續(xù)深入研究CIPP技術并使之國產(chǎn)化，其應用前景將無比廣闊。
參考文獻：
[1] CJJ/T147—2010，《城鎮(zhèn)燃氣管道非開挖修復更新工程技術規(guī)程》[S].
[2] 張淑潔，王瑞，高艷章等.管道非開挖紡織內(nèi)襯修復技術綜述[J].現(xiàn)代紡織技術，2007(2) 48-50
[3] 張淑潔，王瑞.王歡.管道修復用管狀紡織復合材料強度的設計原理[J]復合材料學報，2008(4)：161-165
[4] DVGW VP404.RehabilitatIon von Gas-Hochdruckleitungen mit Gewebeschläuchen im Druckbereich ü ber 4bar bis 30bar[S]
[5] DIN 30658-1.Plastic foil and textile fibre Linings used to seal gas pipes already in place，safety requirements and testing[S].
 
(本文作者：董薊偉1 孫明燁2 曹國權3 翟博3 龔明2 1.北京燃氣集團高壓管網(wǎng)分公司 北京 100011；2.北京市煤氣熱力工程設計院有限公司 北京 100032；3.北京天環(huán)燃氣有限公司 北京 100025)