非开挖翻转内衬修复技术在燃气管道应用的思考_工程实践

摘要

摘要：本文介绍了非开挖翻转内衬修复技术在国外的应用状况，对此项技术的特点与应用条件进行了分析，并针对非开挖翻转内衬修复技术的问题进行了思考。关键词：燃气；管道；修复；翻转内衬

摘要：本文介绍了非开挖翻转内衬修复技术在国外的应用状况，对此项技术的特点与应用条件进行了分析，并针对非开挖翻转内衬修复技术的问题进行了思考。

关键词：燃气；管道；修复；翻转内衬

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

　随着埋地管道使用年限的增长，由于外防腐层的破坏、阴极保护的失效以及杂散电流的影响等因素而产生腐蚀，引发管道失效。采用非开挖修复管道已成为在役管道恢复输配能力的主要手段之一，燃气管道非开挖修复正处于快速发展的良好时期。由北京市燃气集团有限责任公司主编的《城镇燃气管道非开挖修复更新工程技术规程》CJJ/T147-2010已获批准并将于201 1年1月1日正式实施，CJJ/T147覆盖的修复技术涵盖插入法、折叠管内衬法、缩径内衬法、裂管法及翻转内衬法^[1](Cured-in Place Pipe)(以下简称CIPP)，本文主要针对CIPP进行分析讨论。

　2、CIPP技术的国外应用状况

　根据相关资料，国外输气管线大约运行40年左右才会出现较大的腐蚀损害(管道普遍有阴极保护系统)，而国内的埋地燃气管线一般运行不超过20年就进入了腐蚀泄漏的事故多发期。当在役管道由于腐蚀泄漏而影响输送效率或造成安全隐患时，修复原有管道或更换新管是解决问题常用的两种选择。在城市中特别是在北京、上海、广州等大型城市，全线开挖更换新管的施工操作是非常困难的，加之由于局部的受损而废弃更换整条管线明显不符合建设“节约型”社会的要求，欧美发达国家仅不足5%的待修复管道采用换管更新手段也反映了非开挖修复技术的优势。因此，运用非开挖修复技术来恢复管道的输送能力、消除原管道安全隐患得到来自国内燃气行业越来越多的关注。

　CIPP技术是非开挖管道修复技术中的重要组成部分，最早是由英国工程师于20世纪70年代为修复下水管道_开发而来，随着技术的成熟，逐步扩展到包括燃气管道在内的多种地下管道修复领域，到20世纪80年代后期，该项技术已遍及欧洲、美洲、东南亚等40多个国家和地区，在美国、德国、日本等发达国家发展尤其迅速。据了解，德国柏林燃气集团在管道修复手段上只保留CIPP技术与PE管内插技术。据其统计，CIPP技术修复管道里程累计达到594km，内插法修复管道里程为11km。CIPP占比达到98%以上。另据不完全统计，德国某管道修复企业从开发到应用并不断改进CIPP技术的20年间，在欧美国家(包括美国、德国、捷克、土耳其等)累计修复的燃气管线里程数约合700km(截止至2009年)；而另一日本公司2002～2007年的管道修复仅在欧洲的CIPP工程量就达144km，遍及西班牙、意大利、法国、德国、瑞士、奥地利、匈牙利、波兰等国。

　3、CIPP技术的主要工艺特点

　CIPP技术是将热凝的环氧树脂胶浸透覆有密封涂层(热塑性聚氨弹性体)的纺织纤维软管作为管道的衬里材料，通过气压或水压将软管翻转进入埋地管道内，使浸有热凝环氧树脂胶的一面粘贴在管道内壁，并保持恒定的管内压力使树脂胶固化，形成一个原管道、环氧树脂胶、纺织纤维与密封涂层组成的复合结构^[2]，从而修复原管道，恢复管道的输配能力、消除原管道安全隐患。

　在埋地燃气管道的修复技术中，CIPP技术具有一些独特的优势

　(1) 过弯能力较强：现今的CIPP技术工艺水平可以达到一次性无褶皱通过2个大于1.5D的45°弯头或1个大于3D的90°弯头。因过弯能力强，可减少现场开挖工作坑数量，大大提高了现场适应性。

　(2) 占地面积较小：施工仅需开挖所需工作坑处的场地，与其他修复技术相比，CIPP技术无需大量占用沿管道方向的拖管场地。

　(3) 适用范围较广：现今的CIPP工艺水平可以达到完全覆盖管径从DN20的室内管线直至DN1200的燃气管道，与其他修复技术相比，CIPP技术在燃气管道修复中适用范围较广。

　(4) 输送能力适应能力强：内衬材料外涂层的表面光滑连续，修复后管道横截面积几乎没有减小，对原管道的输配能力不会造成任何影响。

　4、关于CIPP技术的思考

　(1) CIPP技术修复后形成一个原管道、环氧树脂胶、纺织纤维与密封涂层组成的复合结构，除局部原管道的点腐蚀区域管道外，内压仍需要原管道承受，复合结构的其他部分主要承担气密性修复的功能。因此，CIPP技术应明确定义为气密性修复的范畴，而不能将其视为可独立承压的结构性修复。作为一种非结构性修复技术，修复后管道的承压运行仍要依托于原管道结构的完整性。除了由于局部腐蚀造成的裂纹泄漏，管壁连续减薄或强度已不满足服役需要的焊缝所带来的泄漏隐患这些缺陷点外，原管道在预期的综合寿命时间段内依然具有承压能力，这是现阶段运用好CIPP技术的重要条件。

　(2) 张淑洁、王瑞、王欢研究了适用于CIPP管道修复的管状纺织复合材料的强度计算方法，得出管状纺织复合材料受内压时环向应力是轴向应力的2倍.材料的破坏容易出现在环向的结论^[3]。但CIPP复合结构强度计算方法仍有待深入研究。

　(3) 作为气密性修复工艺，CIPP技术修复目的：

　1) 修复管道的腐蚀泄漏及消除泄漏隐患

　根据DVGW(德国燃气与水工业协会，以下简称DVGW)翻转内衬的相关标准，将50mm的腐蚀孔洞作为内衬材料的一个修复指标^[4]。在现有条件下对在役管道腐蚀程度的评估仍是个难题。而且在气密性修复的框架内，如需要原管道修复后具有较高的承压能力，也需要全面评估在役管道腐蚀程度。

　2) 延长管道的服役寿命

　完全粘贴在钢管内壁上的内衬软管由于热塑性聚氢弹性体涂层的化学稳定性完全可以避免或减少内部腐蚀损伤。DVGW翻转内衬的相关标准中具体指出了测试在运行压力下修复50mm的腐蚀孔洞的内衬材料寿命的方法^[5]，预测的等限分为30年及50年，也就是说现在的内衬寿命水平已经可以达到在修复50mm腐蚀孔洞的条件下预期可安全运行至少30年。在欧洲，获得燃气管线运营商认可的修复后管线预测寿命正是30年。

　在内衬材料恢复了管道的气密性后，为了防止管道外壁的腐蚀不再原有基础上持续恶化，需要在修复后的原管道上安装阴极保护系统。CIPP修复管道与阴极保护配合工作，可以说衬后管道的服役寿命是衬后管道与阴极保护系统共同决定的。使用CIPP技术进行修复的管道更多的是长时间没有使用或者未充分使用阴极防腐保护，因此不断重复出现腐蚀损伤的老旧管道，或者是具有有效阴极防腐保护但出现了技术问题的管道，原则上只要对这些原老旧管道的腐蚀评估得当，然后通过CIPP技术以及加装阴极保护的方式进行修复，保持其修复前的腐蚀状态并且因此不再出现新的损伤，修复后管道拥有至少30年的服役寿命是完全可以预期的。但用于CIPP的阴极保护系统与常规设计的差异仍需深入研究，特别是如加大阴极保护电流对原管道防腐层的影响。

　5、结语

　CIPP修复技术作为管道非开挖修复技术的一种，实现了仅需开挖工作坑就可在原位使旧管道得到翻新。随着CIPP技术的不断发展，德国已成功解决了0.4MPa以上的次高压及高压燃气管道的修复问题根据DVGW标准，现在已知的最高修复压力达3.0MPa)。随着国内燃气管道运行年限的不断增加，燃气管道非开挖修复需求将不断涌现，应用在燃气管道上的非开挖CIPP技术魅力及市场潜力将日益凸显，继续深入研究CIPP技术并使之国产化，其应用前景将无比广阔。

参考文献：

[1] CJJ/T147—2010，《城镇燃气管道非开挖修复更新工程技术规程》[S].

[2] 张淑洁，王瑞，高艳章等.管道非开挖纺织内衬修复技术综述[J].现代纺织技术，2007(2) 48-50

[3] 张淑洁，王瑞.王欢.管道修复用管状纺织复合材料强度的设计原理[J]复合材料学报，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：董蓟伟¹ 孙明烨² 曹国权³ 翟博³ 龚明² 1.北京燃气集团高压管网分公司北京 100011；2.北京市煤气热力工程设计院有限公司北京 100032；3.北京天环燃气有限公司北京 100025)