在供水管道上实现不停水更换管段或阀门的方法和装置与流程

本发明属于管道维护技术领域，尤其涉及一种在供水管道上实现不停水更换管段或阀门的方法和装置。

背景技术：

城市供水管网新建、迁改工程中管道的碰口或供水管道上阀门的更换，亦或对在运行供水管道上的管材进行取样检测，都无法避免对供水管网进行停水。如遇阀门关闭不严，势必造成停水范围扩大、停水时间过长、用户无水可用、水厂生产受到严重影响的后果，这会对水司造成不好的社会影响，甚至将造成居民、生产企业的直接经济损失；停水作业、施工的过程中如操作不当，或恢复通水时停水范围内的管道得不到有效冲洗，将带来一定的水质安全隐患，且停水管径越大、停水范围越大，其恢复通水的操作越困难、复杂。

随着居民、生产企业对供水要求的不断提高，从供水企业停水作业这一角度出发，如能做到停水范围最小、时间最短、停水方案最优、少停水甚至不停水，将极大提升供水企业的工作效率和社会服务质量。

现有不停水更换局部管段或阀门的方法是：通过不停水开口的方式，将待更换管段、阀门的两侧进行管道开口、连接，并经过开口位置伸入气囊，对待更换部件两侧进行堵水，利用临时连接管道进行水的导流，待管段、阀门更换完毕后，再将临时连接管道拆除。该理论方法将对管道进行破坏，在更换后的管段、阀门两侧各留下一个管道三通，且其方法中所述气囊在克服水压等问题上存在风险，其所需操作空间较大、成本较高，而且实现难度极大。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本发明公开了一种在供水管道上实现不停水更换管段或阀门的方法和装置，实现在供水管道上不停水进行更换管段或阀门，不会对原有供水管道进行开口或造成其他上结构的破坏。并且，本发明中所述连接管件可克服原有管道存在的一定范围内不圆度、借转角度问题，进而保障更换、连续过程，并可以实现对连接管件拆卸的可逆操作，便于再次进行管段、阀门的更换。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种在供水管道上实现不停水更换管段或阀门的方法，其包括以下步骤：

步骤s1，在待更换的管道或阀门的两侧安装管道法兰盘，并在管道法兰盘之间设置两台管道切割坡口机，并使管道切割坡口机分别位于两侧的管道法兰盘的内侧；

步骤s2，在待更换的管道或阀门处安装管道密封舱，所述管道密封舱与供水管道密封连接；所述管道密封舱通过闸板阀分为上密封舱和下密封舱，所述供水管道穿过下密封舱，并使管道法兰盘、管道切割坡口机位于下密封舱内；在待更换的管道或阀门上安装起吊构件；所述下密封舱设有排水口；所述上密封舱顶部设有密封舱盖板，所述密封舱盖板设有管道起吊绳索，所述密封舱盖板外侧设有与该管道起吊绳索连接的起吊装置，所述起吊装置通过管道起吊绳索与起吊构件连接；其中，所述密封舱盖板上设有动力线穿入孔，用于引入动力线给管道切割坡口机或（液压或气压）千斤顶提供驱动力。

步骤s3，开启一侧的管道切割坡口机，对管道单侧进行切割，切割完成后进行管道的坡口；

步骤s4，开启另一侧的管道切割坡口机，进行切割、坡口；

步骤s5，通过起吊装置将更换的管道或阀门提升至闸板阀以上，使其位于上密封舱内，关闭闸板阀；开启密封舱盖板，将管段和管道切割坡口机取出；

步骤s6，将连接管件放入到上密封舱内，其中，所述连接管件的两端包括与所述管道法兰盘相对应的连接接口和限位构件，所述连接管件包括第一管件和第二管件；所述第二管件的一端套入第一管件中，并与第一管件滑动连接，所述第一管件和第二管件之间设有使第一管件相对于第二管件滑动的驱动机构，所述驱动机构为气压或液压千斤顶，进一步的，所述驱动机构为气压或液压同步千斤顶；关闭密封舱盖板，开启闸板阀，将连接管件通过起吊装置放置到安装位置，开启驱动机构使第一管件相对于第二管件滑动，并使连接管件的两端分别与两侧的管道法兰盘连接；在保持驱动机构的作用力下拆除管道密封舱，将连接管件的两端分别与两侧的管道法兰盘进行固定。其中所述连接管件与所述管道法兰盘相对应的连接接口为管件法兰盘。

作为本发明的进一步改进，步骤s3在开启一侧的管道切割坡口机前，向管道密封舱内注水，使管道密封舱内的水压与供水管道供水压力接近。

作为本发明的进一步改进，步骤s6后，还包括将第一管件和第二管件的连接处进行焊接。

作为本发明的进一步改进，步骤s6后，还包括将第一管件和第二管件之间进行固定连接，即第一管件和第二管件滑动后分别与两侧的管道法兰盘进行固定后，将第一管件和第二管件之间通过螺栓固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述管道密封舱与供水管道通过胶圈密封或通过过渡管件进行焊接密封。

作为本发明的进一步改进，步骤s3和步骤s4中，当管道切割缝隙产生时，开启管道密封舱的排水口，将铁屑排出，关闭排水口。

作为本发明的进一步改进，步骤s3中，对管道单侧进行切割、坡口后，还包括通过起吊装置将待更换的管道或阀门拉紧。

作为本发明的进一步改进，步骤s1之前，还包括对待更换管段及周边管道外表面进行打磨和清洗消毒。

作为本发明的进一步改进，所述第一管件的口部设有第一密封圈，第二管件的尾部设有第二密封圈，套设在第一管件内的第二管件的管壁、并位于在第一管件的尾部与第二管件口部之间设有第三密封圈。优选的，所述第二管件口部设有挡圈，所述挡圈与第一管件的尾部之间设有第三密封圈。

优选的，所述第一密封圈、第二密封圈的厚度之和不大于第三密封圈的厚度。

作为本发明的进一步改进，未加密封圈时，所述第一管件与第二管件相对滑动后的最大距离可以大于管道法兰盘之间的距离，可以等于管道法兰盘之间的距离，也可以稍小于管道法兰盘之间的距离。当第一管件与第二管件相对滑动后的最大距离可以大于管道法兰盘之间的距离，那么第三密封圈的厚度大于第一密封圈、第二密封圈的厚度之和。如果第一管件与第二管件相对滑动后的最大距离等于管道法兰盘之间的距离，那么第三密封圈的厚度等于第一密封圈、第二密封圈的厚度之和。如果第一管件与第二管件相对滑动后的最大距离小于管道法兰盘之间的距离，那么第三密封圈的厚度小于第一密封圈、第二密封圈的厚度之和。

作为本发明的进一步改进，所述第一管件的尾部设有第一管件法兰盘，所述第二管件的尾部设有第二管件法兰盘，当连接管件的两端分别与两侧的管道法兰盘连接时，所述第三密封圈的一侧与挡圈接触，另外一侧与第一管件法兰盘的内壁接触。

作为本发明的进一步改进，将连接管件的两端分别与两侧的管道法兰盘进行连接时，所述第一管件法兰盘与靠近的管道法兰盘连接，所述第二管件法兰盘与其靠近的管道法兰盘连接。优选的，所述第一管件法兰盘与靠近的管道法兰盘通过螺栓连接，所述第一管件法兰盘与其靠近的管道法兰盘通过螺栓连接。

优选的，所述第一管件法兰盘与挡圈通过螺栓连接。

作为本发明的进一步改进，所述连接管件两端的内径比原供水管道的外径大。

本发明还提供了一种在供水管道上实现不停水更换管段或阀门的装置，其包括连接管件，所述连接管件两端的内径不小于原供水管道的外径；所述连接管件包括第一管件、第二管件和限位构件，所述第二管件的一端套设在第一管件内，所述第一管件、第二管件滑动连接，所述限位构件的结构与管道法兰盘契合；所述连接管件上设有吊环。所述连接管件两端的内径不小于原供水管道的外径，是因为管道切割坡口切割管道后，在管道上焊接的管道法兰盘的内侧留有一定的余量，即无法与法兰盘切齐，所以连接管件的两端内径比原来供水管道的外径大，内径比外径打的作用之二是为了克服原管道存在的不圆度和借转角度问题。其采用上述任意一项所述的在供水管道上实现不停水更换管段或阀门的方法进行不停水更换管段或阀门。

作为本发明的进一步改进，所述第二管件口部设有挡圈，所述第一管件的口部设有第一密封圈，第二管件的尾部设有第二密封圈，所述挡圈与第一管件的尾部之间设有第三密封圈；所述第一密封圈、第二密封圈的厚度之和与第三密封圈的厚度相同；所述第一管件和第二管件滑动后的总长度等于管道上安装的两个管道法兰盘内侧之间的距离。

作为本发明的进一步改进，所述供水管道上实现不停水更换管段或阀门的装置包括管道密封舱，所述管道密封舱与供水管道密封连接；所述管道密封舱通过闸板阀分为上密封舱和下密封舱，所述供水管道穿过下密封舱；所述上密封舱和下密封通过上下舱室连接管连接；所述管道密封舱的下部设有排水口。

优选的，所述上密封舱、下密封舱均设有排水口。

进一步的，所述管道密封舱与供水管道通过胶圈密封或通过过渡管件进行焊接密封。

进一步的，所述管道密封舱上设有可视法兰窗口；便于进行观察，吊装时候方便观察，同时安装连接管件，方便观察位置。

进一步的，所述管道密封舱的底部设有排水口。

进一步的，所述管道密封舱的顶部还设有起吊手轮。

作为本发明的进一步改进，所述管道密封舱的上部设有注水试压口和排气口。

进一步的，所述上密封舱顶部设有密封舱盖板，所述密封舱盖板上设有动力线穿入孔。

进一步的，所述管道密封舱的下部设有调位螺杆和调位手轮。

进一步的，所述上下舱室连接管设有球阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的技术方案采用管道水下作业切割坡口机，采用特殊设计的连接管件，在管道密封舱中通过机械手段实现不停水更换局部管段或阀门，本方法在保障不间断供水的同时，不会对原有供水管道进行开口或造成其他上结构的破坏，提高了效率，降低了成本。若更换管段较长、或更换阀门等设施，只须定制相应长度的密封舱、并将专制连接管件与阀门连接即可。本发明适用于停水更换局部管段；不停水加设阀门或更换阀门等老旧管道设施；管道不停水开口，与不停水更换局部管段类似，将新管件定制为管道三通并加设阀门即可；不停水加设管道临时堵板等。而且，很方便的实现逆向操作，便于再次进行管段、阀门的更换。

附图说明

图1是本发明一种实施例的连接管件的立体图。

图2是本发明一种实施例的连接管件的前视图。

图3是本发明一种实施例的连接管件的侧视图。

图4是图2的i-i向的剖面图。

图5是图4的ⅱ-ⅱ向的剖面图。

图6是本发明一种实施例的管道密封舱的结构示意图。

图7是本发明一种实施例的安装管道法兰盘和管道切割坡口机的示意图。

图8是本发明一种实施例的连接管件安装千斤顶的示意图。

图9是本发明一种实施例的连接管件放入时的结构示意图。

图10是本发明一种实施例的连接管件与管道法兰盘连接的结构示意图。

附图标记包括：1-连接管件，11-第一管件，12-第二管件，13-限位构件，14-吊环，15-挡圈，16-第一密封圈，17-第二密封圈，18-第三密封圈，19-管件法兰盘，191-第一管件法兰盘，192-第二管件法兰盘；2-管道密封舱，21-上密封舱，22-下密封舱，23-排水口，24-可视法兰窗口，25-起吊手轮，26-注水试压口，27-排气口，28-调位螺杆，29-调位手轮，30-密封舱顶部盖板，31-上下舱室连接管，3-管道法兰盘，4-管道切割坡口机，41-刀片组件，5-动力线接口，6-管道吊环，7-千斤顶，8-闸板阀，9-动力线穿入口，100-管道。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

一种在供水管道上实现不停水更换管段或阀门的装置，其包括专制的连接管件1、管道密封舱2及其他设备、部件，如图1~图10所示，下面一一进行介绍。

1.连接管件

连接管件1是不停水更换管段、阀门的核心部件，所述连接管件1两端的内径比原管道100外径大，可在原有管道100存在一定不圆度、借转角度的情况下，满足管道连接需求。

如图1~图5所示，所述连接管件1两端的内径不小于原供水管道100的外径；所述连接管件1包括第一管件11、第二管件12、限位构件13和吊环14，所述第二管件12的一端套设在第一管件11内，所述第一管件11、第二管件12滑动连接，所述限位构件13的结构与管道法兰盘3契合；所述连接管件1上设有吊环14。所述第一管件11、第二管件12滑动后的最长长度与管道法兰盘3之间的距离相等，所述第二管件12的口部设有挡圈15，所述第一管件11的口部设有第一密封圈16，第二管件12的尾部设有第二密封圈17，所述挡圈15与第一管件11的尾部之间设有第三密封圈18；所述第一密封圈16、第二密封圈17的厚度之和与第三密封圈18的厚度相同；优选的，所述第一密封圈16、第二密封圈17、第三密封圈18分别采用粘接或更牢固的连接方式与连接管件1连接。所述限位构件13分别设在第一管件11的前部、第二管件12的尾部上。限位构件13作用是，在连接管件1与管道100对接时，与管道100上焊接的管道法兰盘3契合，以确保螺栓孔对齐。吊环14用于连接管件1的安装起吊和运输。所述第一管件11、第二管件12的尾部分别设有管件法兰盘19。所述管件法兰盘19上固定孔的位置与相应一侧的管道法兰盘3上固定孔的位置对应。所述第一管件11的尾部设有第一管件法兰盘191，所述第二管件12的尾部设有第二管件法兰盘192。

2.管道密封舱2

如图6所示，管道密封舱2是实现不停水更换管段、阀门的操作主体，其作用是，将管道100待更换部位包裹于管道密封舱2内，通过舱外操作来实现舱内管道100的切割、连接工作。管道密封舱2与管道100之间采用胶圈密封，亦或利用过渡管件进行焊接密封，以确保连接强度。有关密封舱的具体说明如下：

所述管道密封舱2通过闸板阀8分为上密封舱21和下密封舱22，闸板阀8的强度，应根据具体长、宽尺寸符合相应的厚度和承压要求。所述管道100穿过下密封舱22；所述上密封舱21和下密封舱22通过上下舱室连接管31连接，该上下舱室连接管31通过球阀控制，以便于新管件放入前上舱室的注水及上密封舱21和下密封舱22的水压平衡，并确保闸板阀8的开启顺利，上密封舱21和下密封舱22水压相差较大是无法开启闸板阀8的。

所述管道密封舱2的底部设有排水口23，其作用是排出管道100切割产生铁屑及其他排水需求。所述管道密封舱2与管道100密封通过胶圈密封或通过过渡管件进行焊接密封。

所述管道密封舱2上设有可视法兰窗口24；该可视法兰窗口24为石英玻璃等透明、耐压材质，通过垫压于法兰片下，安装于管道密封舱2上。该窗口须布设在密封舱上有利于观察管道100切割、管道100连接的位置。

所述管道密封舱2的下部设有排水口23，其作用是排出管道切割产生铁屑及其他排水需求。所述管道密封舱2顶部设有密封舱顶部盖板30。所述密封舱顶部盖板30上还设有起吊手轮25，起吊手轮25连接密封舱顶部盖板30下方的绳索，用于起吊切割后的管段和新管件，其螺杆在舱内通过齿轮传动类似滑轮的部件。所述管道密封舱2的上部设有注水试压口26和排气口27，所述密封舱盖板30上设有动力线穿入孔9，管道密封舱2的注水试压口26，亦可连接压力表，监测密封舱内水压。

所述管道密封舱2的下部设有调位螺杆28和调位手轮29，其原理类似明杆阀门，通过手轮转动，可实现螺杆进出管道密封舱2，以便于在水流扰动的情况下，使切割后的管道100顺利起吊及新管件的顺利放入。

3.管道上安装的设备与配件

如图7所示，其包括管道法兰盘3、管道切割坡口机4、动力线接口5和管道吊环6，管道法兰盘3共计2个，其尺寸与专制的连接管件1上的管件法兰盘19相对应。所述管道切割坡口机4安装好刀片组件41，每台管道切割坡口机上各有刀片2组。管道切割坡口机4开启和关闭时，刀片停留位置对称于管道100两侧。

安装管道密封舱2前，须在管道100上相应部位焊接管道法兰盘3、管道吊环6，以及安装、调试管道切割坡口机4。

4.连接管件1与管道100的连接

如图8~图10所示，连接管件1与管道100的连接是通过同步液压（气动）千斤顶7实现的。同步液压（气动）千斤顶7安装于连接管件1上的两个管件法兰盘19之间，其数量依管径大小确定（一般为法兰螺栓孔数量的一半），与连接管件1的管件法兰盘19的螺栓孔隔位、对称安装。

通过开启同步千斤顶7，使其缓慢运行，连接管件1的第一管件11与第二管件12作缓慢滑动。连接管件1其滑动后的总长度等于管道100上安装的两个管道法兰盘3内侧之间的距离；且专制连接管件1两端第一密封圈16和第二密封圈17的厚度之和等于中间第三密封圈18的厚度。待专制连接管件1滑动到位后，在同步千斤顶7的作用力下，安装法兰螺栓。当连接管件1的两端分别与两侧的管道法兰盘3连接时，所述第三密封圈18的一侧与挡圈15接触，另外一侧与第一管件法兰盘191的内壁接触；且所述第一管件法兰盘191与靠近的管道法兰盘3通过螺栓连接，所述第二管件法兰盘192与其靠近的管道法兰盘通过螺栓连接。

对于第一管件法兰盘191与第二管件12之间连接的x部位，再进行环形焊接。也可以将第一管件法兰盘191和挡圈15预先设有对应的螺栓孔，两者通过螺栓连接。

采用上述在供水管道上实现不停水更换管段或阀门的装置进行供水管道不停水更换局部管段的主要步骤有：管道打磨和清洗消毒、法兰等配件的焊接、切割坡口机和密封舱的安装、管道的切割、旧管段的取出和新管件的放入、管道的连接。具体操作如下：

1.管道打磨和清洗消毒

因后续管段更换的全部过程是在密闭空间内及连续供水的条件下进行的，为保障供水水质安全，确保设备和管件安装、焊接稳固，须先行对待更换管段及周边管道外表面进行打磨和清洗消毒。

2.管道不圆度、管道借转角度测量

施工作业部位的打磨和清洗消毒工作完成后，开展对施工作业部位管道不圆度、管道借转角度的测量工作，以确保后续切割机等设备安装顺利；并根据测量结果，校核法兰、专制连接管件1尺寸大小，确保原管道不圆度、借转角度在其安装的允许偏差之内。一般情况下，认为较小口径的管道（建议dn400及以下管道）不须进行不圆度、借转角度的测量，只须在焊接管道法兰盘3时，确保其安装符合下面的要求即可。

3.管道法兰盘3等配件的焊接和管道切割坡口机的安装

两个管道法兰盘3的焊接位置是以最终安装的新管段尺寸长度决定的，必须严格按照有关长度要求确定位置后再行焊接，并确保焊接后的两个法兰片分别所在的两个平面平行，以确保后续螺丝、螺母对接到位；两个管道吊环6的焊接位置以便于起吊待更换管段为原则进行布设，焊接位置须尽量对称。

两台管道切割坡口机4须根据管道的直径、壁厚选取相应的型号，并根据管道不圆度对切割刀片进行调校。切割坡口机的安装部位须分别尽量靠近两个已焊接法兰，以确保新管段安装顺利。

4.管道密封舱2的安装

（1）管道密封舱2安装前，须分别再次复检管道法兰盘3、管道切割坡口机4的焊接、安装位置和强度满足要求。

（2）应以底部-顶部为顺序，逐件安装管道密封舱2的各组成部分。

（3）管道密封舱2顶部盖板安装前，须安装管道切割坡口机4的液压（气压）千斤顶的动力线和管道起吊绳索，动力线通过密封舱盖板上的动力线穿入口9与密封舱外的动力站连接，动力线穿入口9设有密封构件，密封舱盖板内壁有起吊绳索相应的连接接口，安装时应确保安装、连接紧固。

（4）为避免更换过程中供水水质受到二次污染，确保供水水质安全，密封舱顶部盖板安装前，再次进行舱室内部及顶部盖板的冲洗消毒，利用密封舱底部排水口23对冲洗水进行排放。

（5）关闭排水口23、安装密封舱盖板后，对密封舱进行注水和压力试验，试验压力应大于供水管道水压，建议为1.5倍供水管道水压。密封舱试压合格后，泄压至密封舱内水压与管道供水压力接近水平。下一步，即可进行管道的切割。

5.管道的切割与取出

通过操作密封舱起吊手轮25，拉紧连接在管道吊环6上的绳索后，开启管道单侧一台管道切割坡口机4，对管道单侧进行切割，待切割完成后，继续进行管道的坡口，即增大该侧管道切割缝隙的宽度。当管道切割缝隙产生时，应缓慢开启密封舱底部该侧排水口23，最大程度将铁屑排出。

管道切割坡口机4单侧的管道切割、坡口完成后，再次操作起吊手轮25拉紧管道，再行开启另一台管道切割坡口机4，进行管道另一侧的切割、坡口。同时，应缓慢开启密封舱底部所有排水口23，将铁屑排出。

管道切割完成后，切割机刀片停止于管道两侧，可通过操作起吊手轮25，使切割后的管段顺利取出。

通过起吊手轮25提升切割下的管段时，如遇因水流冲刷而导致管段与原有管道卡位的情况，通过密封舱上的4个调位螺杆28手轮进行调节，使切割后的管段顺利提升至闸板阀8以上后，关闭闸板阀8，此时可开启密封舱顶部盖板30，将管段和管道切割坡口机4取出。

6.新管件也就是连接管件1的放入

连接管件1的放入是管段取出的逆过程，具体如下：

（1）同步液压（气压）千斤顶7应提前安装于专制的连接管件1上，动力传输线从动力线穿入口9穿入密封舱盖板下方，做好动力线穿入口9密封，并接入千斤顶、动力站的相应接口，并通过绳索将专制连接管件1悬吊于管道密封舱2顶部盖板相应位置。

（2）安装密封舱顶部盖板30，通过上下舱室连接管31对密封舱上舱室进行注水，使上、下舱室水压相同。

（3）打开密封舱闸板阀8，操作起吊手轮25缓慢放下新管件，通过4个调位螺杆28的调节，将新管件上的限位构件13与管道上的管道法兰盘3契合，以确保下一步新管件与原管道对接顺利。

6.管道的连接

（1）缓慢开启同步液压（气压）千斤顶7，并通过密封舱可视法兰窗口24进行观察。当同步千斤顶7作用于专制连接管件1上的压力达到规定数值后，使第一管件11相对于第二管件12滑动，所述第一管件11和第二管件12滑动后的总长度等于管道上安装的两个管道法兰盘3内侧之间的距离，并使第一管件11和第二管件12上的管件法兰盘19与管道上安装的管道法兰盘3的位置对应，并保持千斤顶7的支撑力。

（2）缓慢开启管道密封舱2上的排水口23，观察管道密封舱2内压力变化，此时，水压应迅速降至0；放空管道密封舱2内的水，拆除管道密封舱2，同时将密封舱顶部盖板30悬吊（此时因动力传输线还连接至盖板上），安装4个法兰螺栓，并确保螺栓安装紧固。

（3）逐台卸掉千斤顶7，同时，逐个安装另外4个法兰螺栓；螺栓紧固后，拆除所有装置。

（4）为防止管道日后由于热胀冷缩而造成x部位漏水，须将该部位焊接。

以上为实现不停水更换供水管道上局部管段的全部过程，若更换管段较长、或更换阀门等设施，只须定制相应长度的密封舱、并将专制连接管件与阀门连接即可。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。