一种非开挖穿插修复地下钢制管道的方法
【专利摘要】本发明公开了一种非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，包括：待修复钢制管道两端开挖沟槽并截断所述管道；牵引绳一端连接刚性绳，另一端连接第一动力装置；通过所述第一动力装置拉动所述牵引绳进而将所述刚性绳穿过所述管道；将所述牵引绳及所述刚性绳断开，在所述刚性绳的一端连接柔性连接管，另一端连接第二动力装置；通过所述第二动力装置拉动所述刚性绳进而将所述柔性连接管穿过所述管道。本发明具有大幅度降低修复成本，修复过程不改变原线路由，不影响其他运行管线等特点。
【专利说明】
一种非开挖穿插修复地下钢制管道的方法
技术领域
[0001]本发明涉及管道修复领域，具体涉及一种非开挖穿插修复地下钢制管道的方法。
【背景技术】
[0002]传统的钢管随着使用年限增加，因介质腐蚀、地形沉降、接头失效、人为破坏等原因，存在着一定的损坏风险，一旦发生渗漏，不仅会给油田带来经济损失，同时部分埋地的钢管渗漏会对周边农田河流会产生较大的污染，必须进行维修或更换。常规的更换即重新铺设一条管线，新的管线投入费用除管道主材费以外，还需要投入征地费用，施工开挖费用，其他补偿费用等，投入较大，地下管网交错常造成开挖重新敷设的难度。所以在损坏程度不大的情况下，钢管一般采用局部焊接修复，当使用年限过长，局部修复点过多，施工费用也会相应增加，所以局部修复无法满足要求时，需要特殊手段来解决。
[0003]非开挖修复施工方法在市政供排水燃气管道建设中也经常使用，主要分为三种:
[0004](I)水平定向钻/顶管法穿插聚乙烯管道
[0005]没有施工路径的情况下采用水平定向钻钻出施工路径，然后通过牵引机拖拽聚乙烯管道通过路径。在无法确定钢管路径和工况的情况下，同时内部钢管堵塞较严重一般采用这种施工方法；
[0006](2)顶管法穿插修复钢管
[0007]口径较大的排水管道，一般采用焊接顶入式，穿插修复，这种方法施工速度较慢，对原有钢管内壁要求较高，一般用于输送天然气的管道的修复；
[0008](3)聚乙烯内衬修复钢管
[0009]这种方法适合中等偏小口径的钢管修复，采用聚乙烯管道内衬钢管，翻边对钢管防腐，对内部钢管要求不高，同时可以长距离施工，是比较常用的施工方法。
【发明内容】
[0010]本发明设计开发了一种非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，目的是解决对受损管线重新敷设开挖困难或者通过局部修复无法满足需求的问题。本发明具有大幅度降低修复成本，修复过程不改变原线路由，不影响其他运行管线等特点。
[0011]本发明提供的技术方案为:
[0012]—种非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，包括如下步骤:
[0013]待修复钢制管道两端开挖沟槽并截断所述管道；
[0014]牵引绳一端连接刚性绳，另一端连接第一动力装置;通过所述第一动力装置拉动所述牵引绳进而将所述刚性绳穿过所述管道；
[0015]将所述牵引绳及所述刚性绳断开，在所述刚性绳的一端连接柔性连接管，另一端连接第二动力装置;通过所述第二动力装置拉动所述刚性绳进而将所述柔性连接管穿过所述管道。
[0016]优选的是，还包括:空压机，其与所述管道的一端密封安装，所述牵引绳一端连接牵引风塞，另一端固定于所述管道安装所述空压机处，通过所述空压机压气驱动所述牵引风塞运动带动所述牵引绳穿过所述管道。
[0017]优选的是，还包括:在将所述牵引绳穿过所述管道之前，对所述管道进行清洁处理，包括如下步骤:
[0018]在所述管道安装所述空压机的端口放入清管球，通过压气驱动所述清管球穿过所述管道过程中，清洁所述管道内壁。
[0019]优选的是，还包括:在将所述牵引绳穿过所述管道之前，在所述清洁处理之后对所述管道进行测径处理，包括如下步骤:
[0020]在所述管道安装所述空压机的端口放入测径球，通过压气驱动所述测径球穿过所述管道过程中，检查所述测径球的测径板，观察其刮伤变形情况，进而判断所述待修复钢制管到内径变化。
[0021 ]优选的是，还包括:在将所述牵引绳穿过所述管道之前，在所述测径处理之后对所述管道进行三通检查，包括如下步骤:
[0022]在所述管道安装所述空压机的端口放入磁力探测仪，通过压气驱动所述磁力探测仪穿过所述管道过程中，确定所述管道是否存在三通，如果所述管道内存在三通，管道穿插工作需要在此结束，在此处安装一个转换接头和钢制三通来分出一根支路管线。
[0023]优选的是，还包括:
[0024]在所述待修复管道安装所述空压机的端口处固定安装发射装置，其连接所述空压机，所述发射装置用于将所述清管球、所述测径球或者所述磁力探测仪固定后发射至所述管道中；以及
[0025]在所述待修复管道的另一端固定安装回收装置，其用于回收所述清管球、所述测径球或者所述磁力探测仪。
[0026]优选的是，所述第一动力装置及所述第二动力装置均为绞车。
[0027]优选的是，所述发射装置通过卡具固定安装在所述管道上，通过密封圈密封。
[0028]优选的是，所述管道端口处安装牵引防护套，其用于防止所述柔性连接管在穿过所述管道过程中所述管道端口对所述柔性连接管的切割；以及
[0029]所述刚性绳与所述柔性连接管之间设置定位防护球。
[0030]优选的是，所述柔性连续管内衬层材质为高密度聚乙烯或者交联聚乙烯，增强层材质为钢带、钢丝和玻璃纤维树脂预浸带。
[0031 ]本发明所具有的有益效果:
[0032]1、非开挖穿插修复技术不仅可以有效修补管道，还可以节省土地征用费、农作物补偿费、管沟土方费、金属管道探伤费、补扣费等费用，可降低15%以上的成本节约；
[0033]2、通过本方法对管道进行的修复不改变原管线路由，不影响其他运行管线及电力线缆，旧有管线的资产性质也不会发生改变，费用可计入原有管线的维修上，不会造成新的资产折旧；
[0034]3、在本方法中采用的柔性连续管本身既具有和聚乙烯相同的柔韧性，又具有钢管承压高的特点，可以进行长距离穿插施工，并且，连续增强塑料复合管具有较高抗内外压、抗拉伸的强度，可以独立承受较高的工作压力。
【附图说明】
[0035]图1为所述实施例的施工流程图。
[0036]图2为钢管清管示意图。
[0037]图3为钢管测径效果图。
[0038]图4为钢管磁力检测效果图。
[0039]图5为尼龙绳穿钢管线示意图。
[0040]图6为钢丝绳穿钢管线示意图。
[0041 ]图7为柔性连接管穿越管线路由示意图。
[0042]图8为泡沫清管球的结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0044]钢管一般由9米或12米长焊接而成，在使用过程中极易因内部流体和外部土壤产生腐蚀，尤其在焊接点附近极易发生腐蚀，一般传统防腐手段在经历3?5年后就会逐步失效，对于高含Cl—，H2S，CO2的地区，管道腐蚀速度很快，甚至3个月就发生破坏。
[0045]采用连续增强塑料复合管穿插修复是指，将连续增强塑料复合管通过钢管一端牵引拖拽到钢管内部，在管道两端作业而不对管道周围的土壤干扰，避免了开挖带来的昂贵施工费用，和征占地造成的各种纠纷，大大提高了工程速度，节约各项成本。连续增强塑料复合管的抗拉力可达到10吨以上，在拖拽过程中保证不会对管道产生损伤。
[0046]总体来说，修复工作无需重新制定管道的设计方案，在原有管道基础上完成，不重新计算折旧费用，管道会带来一小部分的流量损失，非常适合老旧油井腐蚀严重，产量下降对流量要求不高的情况。
[0047]如图1所示，通过本发明提供的非开挖穿插待修复钢制管道的方法进行修复操作的施工流程图，具体包括如下步骤:
[0048]I施工现场勘查
[0049]施工现场勘查主要工作包括:确定管线穿越起始与终点位置，检查管线路由地表情况，确定穿越起始与终点开挖方案，确定机具、柔性复合管盘摆放位置，绘制现场平面布置图。
[0050]实地测量旧管线外形尺寸，测量起始与终点距离，确定穿越距离，并与设计及原施工完工图进行对比，确定新柔性复合管尺寸、长度及其他性能参数，确定绞车牵引力，从而确定绞车参数;调查现场钢管是否有弯头三通，确定弯头三通段中部的管线长度，确定开挖点数量。计算征占地费用和其他补偿费用明细。根据现场管线结垢情况和清扫情况确定是否采用原有柔性复合管进行修复，原有钢管尺寸无法达到穿插要求的，必要需要与客户沟通;根据计算及试验数据选择牵引绞车型号，确定钢丝绳直径与长度。
[0051 ] 2材料采办及设备准备
[0052]2.1材料采办
[0053]根据设计计算和施工方案确定施工所需材料，采办材料严格按公司采办流程进行质量控制，根据设计计算和施工方案确定设备清单，设备动员前进行设备检查、试车，确保设备规格型号与设备清单一致，设备外观良好，检验数据符合要求。
[0054]3施工前准备
[0055]施工前，需根据施工需要对等径穿越管线的起点和终点进行沟槽开挖，沟槽尺寸符合现场施工需要。进行柔性复合管盘、绞车等材料设备场地布置。
[0056]4钢制管道清管检查
[0057]4.1安装清管球发射器
[0058]如图2所示，在准备更换的老化管线起始171与终点172沟槽内清除钢管110表面泥土，并切割。在清管球发射端安装专用清管球发射器120，清管球发射器120与玻璃钢管线采用卡具固定，密封圈密封;安装截止阀、仪表阀、压力表等仪器仪表，连接压气柔性复合管到空压机压力罐150。在清管球接收端安装清管球接收网兜130。
[0059]4.2发射泡沫清管球
[0060]如图8所示，泡沫清管球141是用开口聚氨酯泡沫制造的，这种泡沫一般有三种密度:轻密度(32kg/m3)，中密度(80-128kg/m3)，高密度(144-160kg/m3)。泡沫清管球141 一般是子弹形状，但底部也可以是凹陷的，或平整的，球的表面可以只是基础泡沫，也可以涂装上一层耐磨的聚氨酯材料，这类有涂层的泡沫式清管器，有一层螺旋的聚氨酯涂层或是各种刷子或是金刚砂涂层;泡沫清管球141的标准长度是管道直径的两倍，泡沫清管球141具有高压缩率、良好的扩展性、轻质量和柔性，能够通过多管径、小于90°的弯头、至少65%开度的阀门等复杂情况的管道，但泡沫式清管器属于一次性消耗产品，耐磨性能差、清除管壁残渣能力较差。
[0061]如图2所示，将泡沫清管球141放入专用清管球发射器120，打开压气截止阀，压气驱动泡沫清管球141对管线内残留物质进行清理。
[0062]如管线内无堵塞物，泡沫清管球141将顺利通过钢管110到达管线终端，被终端清管球接收网兜130捕获。终端设专人守护，发现泡沫清管球141进入接收网兜130及时通知发射端人员关闭压气阀门，停止供气。
[0063]如在清管球发射过程中，由于管径变形、管内有堵塞物导致泡沫清管球141不能通过管线，可在管线终端连接压气管线将清管球141从始端打出管线;然后发射电子跟踪清管球确定具体堵塞位置，在地面开挖进行处理。清管时设定隔离区域，非工作人员不得入内；工作人员严格按操作规程操作，防止人员伤害。
[0064]如钢管110内结垢情况较严重，需要进行管道清洗清扫工作。保证管道内状况事宜采用非开挖穿插修复。
[0065]5测径球测径及磁力探测检查
[0066]如图3所示，管道清洗完成后，分别进行管道内径测量和管线内三通检查，分别将测径球142放入专用清管球发射器120，驱动测径球142对管线内内径测量，测径球142在管道建造完成后或清管前用来确定管道中是否有任何障碍，通过测量管线的最小内径或管线的椭圆度是否在清管的可接受范围内，低碳钢或铝制造的测径板安装在球的前部或后部，可以开槽也可以是实心的，测径球142的测径板外径为管道直径的90%?95%。如管线内无堵塞物，测径球142将顺利通过钢管110到达管线终端，被终端清管球接收网兜130捕获。终端设专人守护，发现测径球142进入接收网兜130及时通知发射端人员停止，检车测径板是否有刮伤变形，判断管道110内径的变化。
[0067]如图4所示，在管线施工路线及工艺无法获取的情况下，将磁力探测仪143放入专用清管球发射器120，测量管道110内是否有三通存在，测量后如果原钢管线经过检测确实有三通存在，那么管道穿插工作需要在此结束，在此处安装一个转换接头和钢制三通，来分出一根支路管线，这些工作需要在地面开挖进行。
[0068]6判断钢制管道状态
[0069]接收清管球后，对清管球表面进行检查，如发现有尖锐硬物划痕等，需对深度等进行分析确定原因，并且对钢管线进行清扫，防止在柔性复合管穿越时对柔性复合管发生损坏;如球体顺利通过并且表面无尖锐划痕说明玻璃钢管线内无尖锐硬物，可以进行连续管穿管工作。
[0070]7牵引穿插
[0071]如图5所示，将尼龙绳161—端固定在皮碗清管器144尾端，然后将皮碗清管器144放入清管球发射器120内，将尼龙绳161的尾端固定在清管球发射器120的密封法兰上;尼龙绳161长度大于玻璃钢管线110长度。打开压气阀门发射皮碗清管器144，皮碗清管器144到达接收网兜130时，完成尼龙绳161穿越钢管线任务，监测拉力计数值，牵引力超出设计值时停止牵引，注入泥浆润滑后，继续牵引直至穿插完成。
[0072]如图6所示，拆卸始端清管球发射器120和终端接收网兜130;在终端安放3T绞车181，始端安放30T绞车182，将尼龙绳161—端与3T绞车181卷筒连接，另一端与30T绞车182钢丝绳162连接，放松30T绞车182钢丝绳162，同时收紧3T绞车181，将30T绞车钢丝绳162穿过钢管线。
[0073]如图7所示，在钢管线起始端将钢丝绳162与30T绞车182连接，在钢管线终端将钢管修整安装牵引防护套164，防止连续管163穿插时受钢管线端口切割;在钢丝绳162终端安装牵引定位防护球145，将牵引定位防护球145与放置在放线架上的连续管163连接，启动绞车182，将连续管163拖拽穿过钢管线路由。
[0074]8柔性连续复合管的清管试压
[0075]柔性复合管穿越原钢管线路由后，柔性复合管管两端安装连接法兰。在起始端软管安装清管球发射器，终端安装清管球接收网兜;安装阀门、仪表，连接气带;将泡沫清管球放入清管球发射器内，打开压气阀门将泡沫清管球发射至终端完成软管清管工作。
[0076]管道连接安装应检验合格后，埋地管道除接头接口外，其余部位应回填土至管顶以上500mm并压实。
[0077]试压管段上的所有接口应封堵无泄漏。
[0078]对试压有影响的设备、障碍物应清除。
[0079]试压栗、压力表应检查、校验合格。
[0080]压力表的精度不应低于1.5级，表盘直径不应小于150mm，量程宜为试验压力的1.3倍?1.5倍，表的数量不应少于2块。
[0081 ] 9试压要求
[0082]连续管安装完后应进行强度试验和严密性试验，试验介质应为清水。强度试压的静水压力应为设计压力的1.25倍，严密性试压的静水压力应为设计压力。冬季进行水压试验时，应采取防冻措施，试压后应及时将管道中的水吹扫干净。连续管穿越河流、铁路、二级以上公路和高速路时，应单独进行试压。试压水宜从低点缓慢灌入，从高处排除空气，待管内气体排尽后方可试压。试压过程中，不应对管道和接口进行敲打或修补缺陷，遇有缺陷时应作出标记，压力降为零后方可修补。强度试压应缓慢升压，压力分别升至试验压力的50%和管道设计压力时，各稳压lOmin，经检查无泄漏，继续升至试验压力，稳压30min，压力降不大于试验压力的1%，管体、接头处无渗漏，强度试压为合格。将压力降至管道的设计压力进行严密性试验，稳压4h，并对接头部位进行外观检查，若压力降不大于管道设计压力的I %，接头无渗漏，严密性试压为合格。否则应查明原因，泄压放水后对缺陷处进行修补处理，然后再次试压，直至合格。
[0083]1场地恢复
[0084]软管试运行无异常后，使用挖掘机将软管起始端和终端沟槽进行原土回填，恢复原貌。
[0085]采用非开挖等径穿插连续增强塑料复合管修复钢管工程总造价对普通农用地可以节省10?18%，对具有农作物耕地节省超过50%。
[0086]根据不同的口径压力要求分别采用钢带、钢丝、玻璃纤维树脂带增强塑料复合连续管结构，其内层管可根据输送介质的性质来确定采用塑料的品种和牌号，通过挤出成型设备一次热熔融挤出成型。管道的耐压特性，来自于在管道内管的表面赋予设计角度缠绕的钢带、钢丝、玻璃纤维树脂带。外层管是为保护增强层不受外部环境影响。
[0087]管道在设计上采用剖面图分析模型计算管道破坏压力、破坏张力、破坏扭矩、抗拉强度、最小弯曲半径等;采用先进的有限元设计方法，优化管道结构设计，可以提供一系列所需类型的产品；最高工作压力可设计25MPa。
[0088]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【主权项】
1.一种非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，包括如下步骤: 待修复钢制管道两端开挖沟槽并截断所述管道； 牵引绳一端连接刚性绳，另一端连接第一动力装置;通过所述第一动力装置拉动所述牵引绳进而将所述刚性绳穿过所述管道； 将所述牵引绳及所述刚性绳断开，在所述刚性绳的一端连接柔性连接管，另一端连接第二动力装置;通过所述第二动力装置拉动所述刚性绳进而将所述柔性连接管穿过所述管道。2.如权利要求1所述的非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，还包括:空压机，其与所述管道的一端密封安装，所述牵引绳一端连接牵引风塞，另一端固定于所述管道安装所述空压机处，通过所述空压机压气驱动所述牵引风塞运动带动所述牵引绳穿过所述管道。3.如权利要求2所述的非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，还包括:在将所述牵引绳穿过所述管道之前，对所述管道进行清洁处理，包括如下步骤: 在所述管道安装所述空压机的端口放入清管球，通过压气驱动所述清管球穿过所述管道过程中，清洁所述管道内壁。4.如权利要求3所述的非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，还包括:在将所述牵引绳穿过所述管道之前，在所述清洁处理之后对所述管道进行测径处理，包括如下步骤: 在所述管道安装所述空压机的端口放入测径球，通过压气驱动所述测径球穿过所述管道过程中，检查所述测径球的测径板，观察其刮伤变形情况，进而判断所述待修复钢制管到内径变化。5.如权利要求4所述的非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，还包括:在将所述牵引绳穿过所述管道之前，在所述测径处理之后对所述管道进行三通检查，包括如下步骤: 在所述管道安装所述空压机的端口放入磁力探测仪，通过压气驱动所述磁力探测仪穿过所述管道过程中，确定所述管道是否存在三通，如果所述管道内存在三通，管道穿插工作需要在此结束，在此处安装一个转换接头和钢制三通来分出一根支路管线。6.如权利要求5所述的非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，还包括: 在所述待修复管道安装所述空压机的端口处固定安装发射装置，其连接所述空压机，所述发射装置用于将所述清管球、所述测径球或者所述磁力探测仪固定后发射至所述管道中；以及 在所述待修复管道的另一端固定安装回收装置，其用于回收所述清管球、所述测径球或者所述磁力探测仪。7.如权利要求6所述的非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，所述第一动力装置及所述第二动力装置均为绞车。8.如权利要求7所述的非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，所述发射装置通过卡具固定安装在所述管道上，通过密封圈密封。9.如权利要求1所述的非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，所述管道端口处安装牵引防护套，其用于防止所述柔性连接管在穿过所述管道过程中所述管道端口对所述柔性连接管的切割；以及 所述刚性绳与所述柔性连接管之间设置定位防护球。10.如权利要求9所述的非开挖穿插修复地下钢制管道的方法，其特征在于，所述柔性连续管内衬层材质为高密度聚乙烯或者交联聚乙烯，增强层材质为钢带、钢丝和玻璃纤维树脂预浸带。
【文档编号】F16L55/162GK105864562SQ201610423783
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】夏平原, 陈万军
【申请人】长春高祥特种管道有限公司