非開挖翻轉內襯技術在燃氣管道修復的應用

摘 要

摘要：介紹了非開挖翻轉內襯修復技術在國外的應用狀況，分析了此項技術的特點與應用條件，提出了應注意的問題及需進一步研究的課題。關鍵詞：埋地燃氣管道修復；翻轉內襯；非開挖Applic
摘要：介紹了非開挖翻轉內襯修復技術在國外的應用狀況，分析了此項技術的特點與應用條件，提出了應注意的問題及需進一步研究的課題。
關鍵詞：埋地燃氣管道修復；翻轉內襯；非開挖
Application of CIPP Trenchless Technology in Rehabilitation of Gas Pioeline
DONG Jiwei，SUN Mingye，CAO Guoquan，ZHAI B0，GONG Ming
Abstract：The foreign application status of cured-in-place-pipe(CIPP)trenchless rehabilitation technology is introduced.The characteristics and application conditions of this technology are analyzed.Problems needing attention and topics needing further research are proposed.
Key words：rehabilitation of buried gas pipeline；CIPP；trenchless
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生腐蝕，引發管道失效。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技術正處于快速發展的良好時期[1～3]。由北京市燃氣集團有限責任公司主編的CJJ/T 147—2010《城鎮燃氣管道非開挖修復更新工程技術規程》已于2011年1月1日正式實施，CJJ/T 147—2010涉及的修復技術包括插入法、折疊管內襯法、縮徑內襯法、裂管法、翻轉內襯法(Cured-In Place Pipe，以下簡稱CIPP)。本文主要對CIPP技術進行分析。
2 CIPP技術的應用狀況
    根據相關資料，國外輸氣管道普遍有陰極保護系統，大約運行40年左右才會出現較大的腐蝕損害，而國內的埋地燃氣管道一般運行不超過20年就進入了腐蝕泄漏的事故多發期。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面臨的兩種選擇。在城市中，特別是在北京、天津、上海、廣州等大型城市，全線開挖更換新管的施工操作非常困難，并且由于局部的受損而廢棄更換整條管道明顯不符合建設節約型社會的要求。歐美發達國家僅不足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、消除原管道的安全隱患受到燃氣行業越來越多的關注。
    CIPP技術是非開挖管道修復技術中的重要組成部分，最早由英國工程師于20世紀70年代為修復排水管道開發而來。隨著技術的成熟，逐步擴展到包括燃氣管道在內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，在美國、德國、日本等發達國家發展尤其迅速。據了解，德國柏林燃氣集團在管道修復手段上只保留CIPP技術與聚乙烯管內插技術。據其統計，CIPP技術修復管道里程累計達到594km，內插法修復管道里程為11km，CIPP所占比例達到98%以上。另據不完全統計，德國某管道修復企業從開發到應用并不斷改進CIPP技術的20年間，在歐美國家(包括美國、德國、捷克、土耳其等)累計修復的燃氣管道里程約700km(該數據截至2009年)。日本某公司2002—2007年的管道修復業務僅在歐洲的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的主要技術特點
    CIPP技術是將熱凝的環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，使浸有熱凝環氧樹脂膠的一面粘貼在管道內壁，并保持恒定的管內壓力使樹脂膠固化，形成一個由原管道、環氧樹脂膠、紡織纖維與密封涂層組成的復合結構[4]，從而修復原管道，恢復原管道的輸配能力，消除原管道的安全隱患。
    在埋地燃氣管道的修復技術中，CIPP技術具有以下獨特的優勢：
    ① 過彎能力強：現今的CIPP技術工藝水平可以達到一次性無褶皺通過2個曲率半徑大于1.5倍管道外徑的45°彎頭或1個曲率半徑大于3倍管道外徑的90°彎頭。過彎能力強可減少現場開挖工作坑的數量，提高了現場適應能力。
    ② 施工占地面積小：施工僅需開挖所需工作坑的場地，與其他修復技術相比，CIPP技術不需要沿管道方向的拖管場地。
   ③ 適用范圍寬：現今的CIPP工藝水平可以達到完全覆蓋管道規格從DN 20mm直至DN 1200mm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寬。
   ④ 輸送能力適應性強：內襯材料外涂層的表面光滑連續，修復后管道截面積幾乎沒有減小，對原管道的輸配能力幾乎無影響。
   ⑤ 修復管道壽命長：CIPP技術中的內襯軟管屬熱塑性聚氨彈性體，其化學穩定性極佳，可以避免或減少管道內部腐蝕損傷。德國標準DIN 30658-1《地下鋪設的煤氣管道附加密封用薄膜軟管和織布軟管第一部分：對薄膜軟管和織布軟管的要求及測試》中具體敘述了測試修復小于50mm腐蝕孔洞內襯材料壽命的方法，CIPP法修復后管道預測壽命為30年。在歐洲，獲得燃氣管道運營商認可的修復后管道預測壽命標準是30年，因此，CIPP技術得到業主的認可并在歐洲快速發展。
4 關于CIPP技術的思考
    ① CIPP技術修復后形成一個由原管道、環氧樹脂膠、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域外，內壓仍需由原管道承受，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依然具有承壓能力，這是現階段運用好CIPP技術的重要前提。
    ② 文獻[5]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壓時環向應力是軸向應力的2倍，材料的破壞容易出現在環向的結論。但CIPP復合結構強度計算方法仍有待深入研究。
    ③ CIPP技術可修復管道的腐蝕泄漏并消除泄漏隱患。德國燃氣與水工業協會(簡稱DVGW)標準DVGW VP404((應用編織軟管(壓力范圍4巴～30巴)對燃氣高壓管道的修復》中將舊管道的腐蝕孔洞直徑50mm作為修復控制指標，即舊管道因腐蝕等原因存在的孔洞直徑小于50mm時可采用CIPP技術修復。CIPP技術定位為非結構性修復，如需要修復后復合結構具有較高的承壓能力，則更需要全面評估在役管道腐蝕程度。就國內現有條件而言，對在役管道腐蝕程度的評估仍是個難題。
    ④ 在恢復燃氣管道的氣密性后，為了防止管道外壁的腐蝕繼續惡化，需要在修復后的復合管道上安裝陰極保護系統。CIPP技術修復后管道的服役壽命是由修復管道與陰極保護系統共同決定的。一般情況下使用CIPP技術進行修復的管道多為長期沒有使用或者未充分進行陰極保護而導致出現腐蝕損傷的舊管道，只要對舊管道的腐蝕評估準確恰當，通過CIPP技術以及配套加裝陰極保護的方式進行系統修復，維持管道現有的腐蝕狀態，修復后管道延長30年的服役壽命是可能的。但同時應考慮用于CIPP的陰極保護系統與常規設計的差異，特別是加大陰極保護電流對原管道防腐層的不利影響。
5 結語
    CIPP修復技術作為管道非開挖修復技術的一種，實現了僅需開挖工作坑就可在原位使舊管道得到翻新的目標。隨著CIPP技術的不斷發展，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DVGW資料，已知的最高修復壓力達3.0MPa。隨著國內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增多，應用在燃氣管道上的非開挖CIPP技術的優勢及市場潛力將日益凸顯，繼續深入研究CIPP技術并使之國產化，其應用前景將無比廣闊。
參考文獻：
[1] 牛松山，章寅國，王飛.非開挖技術在大口徑燃氣管道敷設中的應用[J].煤氣與熱力，2003，23(1)：38-40.
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[3] 董久樟，馮軍.翻轉內襯法在舊燃氣管道修復中的應用[J].煤氣與熱力，2001，21(1)：55-57.
[4] 張淑潔，王瑞，高艷章，等.管道非開挖紡織內襯修復技術綜述[J].現代紡織技術，2007(2)：48-50.
[5] 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.
 
(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.北京天環燃氣有限公司 北京 100025)