大口徑長輸壓力管道消漏方法分析

李路遙

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

水是工業(yè)生產(chǎn)的重要資源，管道是聯(lián)接水源和生產(chǎn)供水裝置的必須設施。在我公司純堿生產(chǎn)過程中，每時每刻都離不開水的供給，甚至供水系統(tǒng)的不正常波動都會影響生產(chǎn)的穩(wěn)定。為此，保證穩(wěn)定地正常供水至關重要。作為給水系統(tǒng)的設施之一壓力輸水管道，隨著投入運行后的使用，由于腐蝕、地表變化以及其他外部客觀因素的影響，管道發(fā)生泄漏不可避免。如何及時消漏，保障公司生產(chǎn)的正常供水，是我們需要研究的一個重要課題。

1 現(xiàn)狀分析

我公司主要給水水源之一陡河取水泵站，連接陡河取水泵站至公司廠區(qū)的埋地輸水管道全長64 km，管道直徑為DN800，其中上游管段38 km為碳鋼材質(zhì)，下游管段26 km為鋼筋混凝土管。陡河輸水管道投入運行以來，由于管道地基不均勻沉降以及管道地面上通過車輛、施工設備的碾壓、振動或其他客觀因素等的影響，致使混凝土管道承插口扭曲變形或直管段產(chǎn)生裂紋等，而引起多次泄漏事故發(fā)生。另一主要供水水源曹妃甸濃海水加壓泵站，連接曹妃甸加壓泵站至公司廠區(qū)的埋地濃海水輸水管道全長51 km，管道直徑DN1000，上游20 km是碳鋼管,中游24 km是PE管，下游6 km是玻璃鋼管，管線沿程地形地貌非常復雜，涉及高速公路、綠化帶、禁止開挖段的河流河床等等，隨著投入使用時間的延長，由于工作介質(zhì)、焊接及內(nèi)防腐涂層施工質(zhì)量或其它因素等影響，管道頻繁發(fā)生泄漏。為此，針對不同材質(zhì)、不同位置、采取不同的管道維修消漏方法確保管線穩(wěn)定運行具有非常重要的意義。

2 不同材質(zhì)、不同位置管道消漏方法分析

2.1 直埋鋼筋混凝土管和玻璃鋼管采用管線帶壓堵漏器的方法消漏

鋼筋混凝土管和玻璃鋼管消漏實踐，總結發(fā)現(xiàn)管道泄漏破壞部位主要發(fā)生在：①承插口處；②承插口附近管根部。

管道泄漏形式主要表現(xiàn)為：①管道承插口內(nèi)密封膠圈擠出造成密封破壞而泄漏。②管道產(chǎn)生徑向裂紋而泄漏(見圖1)。

圖1 管道泄漏部位示意圖

每一次泄漏事故發(fā)生都要求我們必須及時消除，而且在消漏搶修施工過程中不能停止供水，以免影響公司生產(chǎn)。這就要求我們研究、采取恰當?shù)拇胧?，在管道帶壓的狀態(tài)下及時消除泄漏，維護管道正常運行。

2.1.1 第一種泄漏現(xiàn)象——因承插口密封圈擠出產(chǎn)生的泄漏

消除這種泄漏的最終目標為，采取適當?shù)姆椒ㄊ姑芊饽z圈復位并固定，恢復承插口密封狀態(tài)。對此，我們采用壓蘭式消漏方法，即制作兩件壓蘭，一件用作固定，另一件用于頂壓膠圈，通過緊固壓緊螺栓在壓蘭的頂壓力作用下使壓蘭將擠出的膠圈頂壓復位并固定，如圖2所示。通過壓蘭式消漏裝置的使用，在管道帶壓的狀態(tài)下即可完成消漏維修。

圖2 壓蘭式消漏示意圖

2.1.2 第二種泄漏現(xiàn)象——管道徑向裂紋產(chǎn)生的泄漏

在這種泄漏現(xiàn)象的消漏時，由于帶壓作業(yè)，不可采用向裂縫內(nèi)擠壓填充物進行堵塞的方法進行消漏。一是由于管道內(nèi)帶壓，壓力水向外噴射，因此填充物不易壓入裂縫內(nèi)；二是因為強制向裂縫內(nèi)用力壓入填充物，混凝土管道裂縫受外力影響可能擴展，致使泄漏加劇。對于這種泄漏，必須使用不致于產(chǎn)生對裂紋有影響的方法來進行消漏作業(yè)。我們采用碳鋼套管式消漏裝置(如圖3所示)。

圖3 碳鋼套管式消漏示意圖

這種裝置在施工過程中，套管及填料壓蘭為對開件，現(xiàn)場組焊。下部設置的泄水管閥保證從裂紋泄漏出的水排除，使得在安裝密封的填料時處于無壓狀態(tài)，便于施工作業(yè)。填料安裝完畢，填料壓蘭緊固后關閉泄水管閥，消漏主要工作完成。

2.2 直埋PE管道消漏采用兩端熱熔PE法蘭根中間配置鋼管的方法

PE管道熱熔組對主要工藝步驟：熱熔機框架安裝→管口調(diào)整接觸面積→使用切削工具管口切削→使用加熱板管口加溫→管口對接固化等，由于切削工具和加熱板存在一定的厚度尺寸，造成此類管道泄漏時無法再次使用PE管熱熔連接方式消除泄漏。通過對管道收縮量的研究，找出可行性方案：斷除泄漏PE管道，在兩側(cè)端口位置熱熔帶外套法蘭的PE法蘭根，中間焊制同等經(jīng)的鋼管焊接鋼制法蘭與PE法蘭根螺栓把緊，消除此類管道泄漏。

需要設備：熱熔機，與泄漏PE管道同等徑的帶外套法蘭的PE法蘭根，與外套法蘭對應的標準鋼制法蘭，等徑鋼制管道，螺栓等。

主要施工步驟：管道泄水→斷除泄漏部位PE管道→斷口兩側(cè)熱熔帶外套法蘭的PE法蘭根→外套法蘭與標準法蘭使用螺栓把緊→配置鋼制管道→管道通水。

圖4 熱熔PE法蘭根中間配置鋼管示意圖

這種對于無法使用電焊焊接的管道，采用鋼制管道代替原管材的方式，質(zhì)量非常可靠，施工難度低，施工周期短、施工靈活，能夠應對大多數(shù)地質(zhì)情況，對生產(chǎn)穩(wěn)定影響最小，性價比相對較高。

2.3 直埋鋼制管道消漏采用內(nèi)襯HDPE管道方法

內(nèi)襯HDPE管是無極性高分子有機塑料管，它具有使用壽命長、內(nèi)壁光滑摩阻損失低、不易結垢、無毒、不滋生細菌等優(yōu)點，管道內(nèi)襯修復起到了堵漏、防腐、降阻、提壓的作用。該技術施工，不影響管道上方的交通、道路、構筑物等，被廣泛用于供水管道的內(nèi)襯修復。

主要施工流程：管道漏點定位→操作坑開挖→管道停水、開天窗抽水→PE管斷口→熱熔兩側(cè)PE法蘭根→配制中間鋼管→焊口防腐→管道供水查看是否滲漏→作業(yè)坑回填。此方法在熱熔兩側(cè)PE法蘭根時需要用堵水氣囊封住管道內(nèi)部來水。

圖5 內(nèi)襯HDPE管道示意圖

施工原理：內(nèi)襯PE管方式是通過變形設備將PE管軋成“U”形并暫時捆綁以使其直徑減小，通過牽引機將PE穿入原管道，然后用水或氣壓將其打開并恢復到原來的直徑，使PE管漲貼到原管道的內(nèi)壁上，形成PE管的防腐性能與原管道的機械性能合二為一的一種“管中管”復合結構。實現(xiàn)跨河段非開挖管道修復。從2018年至今，我公司已將穿越納潮河、雙龍河、鹽場大橋三段深埋定向鉆濃海水管線采取非開挖內(nèi)襯PE修復技術進行了成功修復。此方法的缺點是當管道有連續(xù)彎頭或折彎時，無法實施內(nèi)襯，需要將管線做調(diào)直處理。

管道正式投用后，對管道阻壓進行測試，見表1。

表1 修復管段前后壓阻測試(單位：kPa)

測試點上游管段單鋼管運行時比雙管線運行時出口壓力上漲11 kPa，單內(nèi)襯PE 管運行時比雙管線運行時出口壓力上漲9 kPa。單內(nèi)襯管與單鋼管比較，出口壓力沒有增加，測試點下游管段壓力成下降趨勢，隨著距離逐漸增加管線壓力變化逐漸減小。

綜上數(shù)據(jù)可以得出管線內(nèi)襯PE后雖然使管徑變小由于管道內(nèi)壁變得光滑，整體管道阻力并未增加。

2.4 穿越公路頂管內(nèi)部碳鋼管發(fā)生泄漏，采用內(nèi)部環(huán)焊焊口的方法

此類管道泄漏常見穿越公路的頂管鋼管段，泄漏部位因焊口電化學腐蝕、水流沖刷造成。2019年公司海水管道位于曹妃甸工業(yè)區(qū)，全長200多米的穿越博學道鋼制管道發(fā)生泄漏，由于管道埋深7 m以下，傳統(tǒng)的消漏方式全部否決，內(nèi)部補焊方式開始使用。施工前先將管道內(nèi)存水排凈，在穿越段兩側(cè)埋深較淺部位的鋼管頂部開天窗，并在天窗部位來水方向焊接不低于管壁厚度的止水鋼板，人員由天窗利用繩索進入到管道底部，找出管道泄漏部位，使用充電式角磨機對泄漏部位的雜質(zhì)清理干凈，再使用手工焊的方法，補全泄漏部位焊肉，焊接完畢后再次對焊口部位150 mm范圍內(nèi)雜質(zhì)再次打磨，人工涂刷環(huán)氧樹脂，管道內(nèi)部雜物清理后，割除止水鋼板回焊天窗。

主要施工流程：管線走向操作坑定位→操作坑開挖→管道停水、頂部開人員進入天窗→來水、回水方向焊盲板→管道內(nèi)部存水水源抽出→泄漏焊口清理→封堵外部來水→整條焊口內(nèi)部環(huán)包→焊口防腐→封堵來水、回水盲板去除→天窗回焊→天窗焊口防腐→作業(yè)坑回填→開泵供水。

此方式不影響上部道路交通，技術成熟，從消漏后使用效果看，較為可靠，短時間內(nèi)不會出現(xiàn)再次泄漏，但由于施工條件及金屬特性的限制，焊接后自身抗腐蝕能力較差，防腐涂層也不能達到最佳效果，使用年限較短。

3 結 語

綜上所述，大口徑長輸壓力管道消漏修復的方法有多種，應根據(jù)管道材質(zhì)、地形地貌及生產(chǎn)需要選用不同的管道消漏修復方法，解決各類惡劣復雜環(huán)境下的管道泄漏問題，避免對周邊環(huán)境及生產(chǎn)造成嚴重的影響。