不锈钢内衬技术

在杭州市原水管网改造中的应用

引言：2019年杭州市虎跑路原水主管线完成了非开挖内衬修复改造，伴随着修复后的管道相继运行投产，得到了广大用户和供水集团内部对供水安全及质量的一致认可和好评。

关键词：供水管网  不锈钢内衬  氩弧焊接  非开挖修复  漏损

Introduction: In 2018, the main water supply pipeline of Hupao Road in Hangzhou City completed the repair and renovation of the non-excavated lining. With the pipeline running and putting into operation one after the other, the water supply safety and quality were unanimously recognized and praised by the vast number of users and the water supply group.

Key words: Water supply network    Stainless steel lining repair    Argon arc welding  Excavation-free restoration    Leakage

1、非开挖内衬修复技术发展现状及市场前景

现如今各大城市地下管网面临的问题是：管道年久待修、安全系数低、爆管事故频发、漏失率增高，供水管道运行中出现的漏损问题给企业带来了巨大的经济损失，同时导致的次生供水安全问题越来越复杂，如何提升供水管网运行的安全系数，是供水企业首要思考的现实问题。如果大面积开挖更新管网将面临诸多难题：①地下管网错综复杂，各类管网层层叠加，新管线无管位可铺设；②开挖对交通、居民供水等影响较大，工期长，产生大量的建筑垃圾，影响了当今城市的美观；③遇到河流、过桥、湖泊、建筑物等特殊部位的管道采用开挖换新已无法实现。以上诸多难题的出现，开挖换新管实现的难度非常大。随着技术革新，针对现状问题出现了非开挖内衬修复技术，这种技术在国内发展近20年，以施工周期短、成本低、开挖作业面积小，不影响城市道路环境等显著优势，得到了全国水司的大力推广，旧管道内衬后，对运行压力成倍提升、安全系数、供水水质都有极大的改善，彻底解决了供水管网在运行过程中出现的问题。对原管道进行非开挖内衬修复对旧管道进行改造就显得日益重要。

目前，国内外在供水管网非开挖内衬修复中使用率***高的主要有：穿插U-HDPE管内衬、不锈钢管内衬工艺。穿插U-HDPE管内衬修复也是***早的、***成熟的工艺，但是其在城区面临的***大的问题就遇到三通、弯头、变径等特殊部位必须开挖，城区管网铺设复杂，作业坑少挖很难实现。然而不锈钢内衬修复工艺，凭借着开挖点少，开挖面积小，材料食品安全可靠等优点，和杜绝了供水的二次污染，独立承压性高，遇到三通、弯头、变径等特殊部位不用开挖断管的优势，近十年来得到了快速的发展，已用于华北、华南、西北、东北、华南、等多个城市的供水管网改造，正逐渐引起供水企业的兴趣和关注。

2、 不锈钢技术介绍及工艺流程

不锈钢内衬技术，是在旧管道内部穿插内衬薄壁不锈钢管，或将不锈钢板采用卷板形式在管道内部进行焊接，整体成型，从而达到防渗漏、防腐蚀的目的，也提高原管道耐压水平。本文以不锈钢内衬技术在杭州市供水管网改造中的应用为例，对不锈钢内衬技术的施工工艺流程、施工过程控制进行了介绍，对施工效果进行了分析，对其应用前景进行了展望。

不锈钢内衬板材拟采用奥氏体 S304(06Crl9Nil0)级，由于该板材具有耐腐蚀、寿命长、承压高、内壁光滑、不易结垢等优点，管道内衬修复后能起到堵漏、防腐、降阻、提压的作用。工程施工主要焊接操作在管道内完成，内衬管与原管道内壁紧密贴合，可以随着原管道的起伏、走向和尺寸变化而贴实。施工占地面积小，2个作业坑之间跨度可以在300-800米，因此该技术相对其他管道修复技术具有更强的适应性和灵活性。

3、杭州项目工程概况

杭州市赤水埠水厂原水管改造项目待修管线位于杭州市西湖景区虎跑路，管径为DN1000mm。主管道为水泥管道，部分钢管，管顶埋深约为1.5—5米左右。其中9处弯头、1处三通。

该管道已安装服役多年，现已经出现不同程度点泄漏，管道功能性已经严重丧失，对安全运行及爆管隐患造成的次生灾害是无可估量的，故为提高管网安全运行系数，亟待对管网更换或者修复，由于传统大开挖更换新管工艺比如投资额度大、赔偿费用极高，机械投入大、环境污染大等原因已完全不适用与本管道，故拟采用开挖较少，操作坑较小且没有对操作坑位置有苛刻要求的非开挖内衬不锈钢技术进行整体修复。修复管段总长度约为5134米。

内衬设计要求：使用壁厚2.0mm的山西太钢不锈钢06Cr19Ni10（304），要求等径内衬；衬管后管道正常工作压力不低于0.25MPa，试验压力不低于0.6MPa，修复后寿命不低于50年。

4、工程质量控制

本工程施工过程中，关键控制点是清管补漏、焊接质量控制。

（1）旧管道清管补漏

不锈钢内衬工艺使用简易PIG牵引清洗技术与人工对原管道进行局部处理结合的方式对原管线进行清洗处理，将附着在管道内壁上的垢层刮除干净。管道清洗后的管道内部要达到基本无垢、无杂物、结瘤、毛刺，必须除去棱角等影响内衬修复质量的物体存在。

为防止内衬完成后，地下水进入内衬层与原管道的夹层中间，对内衬管产生外压造成破坏，根据CCTV检测，对管道内泄漏点做环向做加强处理，采用麻丝加堵漏剂对漏点进行填充堵漏修复（如图所示）。

（2）焊接质量控制

   ①．根据原管道内径定制相匹配的不锈钢板材，经过预处理后运入原管道内，用专门的撑管设备将不锈钢板撑至与原管道必须紧密贴合，然后分点固定，***后经氩弧焊接成型。

②．不锈钢内衬管焊接过程中焊口无损检测是关键控制点，我们主要通过自检、互检和渗透检测来做到质量控制，保证焊接达到标准要求。

自检、互检、专检：每段管坯焊完后，由焊接质量负责人、班组长等组成互检小组，按技术要求对焊缝用5倍放大镜进行外观检验，无气孔、无裂纹、无烧穿，确保不漏水承压达到要求为合格。如发现疑点做好记录，由焊接技术负责人批准补焊方案后，由焊工就地补焊，必须用电磨工具磨除后，再继续施焊，不得用重复熔化方法消除缺陷。要求必须做到：当日完成的焊口当日实现检测，当日消除缺陷；在自检和互检后不能再有影响焊缝质量的缺陷出现。

渗透检测：总的原理为通过着色更加直观的检测出焊缝缺陷位置，自检工序完后利用ＨＤ通用型着色探伤剂组合对每道焊缝进行着色显像处理，原理是首先用清洗剂去除表面污垢、杂质，再喷渗透剂（红色），原理为如果焊缝有气孔、裂纹，渗透剂会持续向里面渗去，再喷显像剂（白色）利用红白色差检验出焊缝有缺陷部位，进行补焊。

5、特殊部位处理工艺

本次施工分为两条并行管线两条独立内衬段，并且均为过河底段、过铁路段，所以中间有多处弯头，加上其中有一处DN1000的垂直三通，这些特殊部位运用不锈钢内衬技术是不需要开挖的，从而避免了许多工农、市政等多个部门的协调手续和施工困扰。

①．弯头处理：管内弯头处，采用多张切割好的不锈钢板拼接，在管内焊接成与原管道弯头内壁紧贴的不锈钢弯头；或者视弯头大小在地面焊接，向内凹陷，拖入在管内再环向焊接。不锈钢端口法兰安装、焊拼，焊接缝打磨抛光。

②．三通、四通支线处理：对于钢制三通、四通且大于DN400口径的，可利用在其内部做内衬处理。

6、 现场安全文明施工

针对本工程特点，我们必须制定严格的安全文明施工措施。

（1）管内施工期间，要保持管内空气流通，可采用两相或三相风机在下管端口的另一端口对管内进行强制通风；用风速仪测定管内风速，控制风速不大于2m/s；进入管道前30分钟应取样，严格控制可燃气体、有毒气体浓度及含氧量在安全指标范围内，分析合格后才允许进入管道内作业。有毒有害气体含量不得超过GBZ1-2002 工业企业设计卫生标准规定的***高容许浓度，主要监测氧气含量，氧含量值应为18%-22%。如在管道内作业时间长，至少每隔1小时分析一次，如发现超标，立即停止作业，迅速撤出人员。

（2）在工地主要出入口设置“五牌一图”标牌：工程项目简介牌、工程项目责任人员姓***、文明施工牌、安全生产牌、消防保卫牌、工地施工总平面布置图。

7、内衬后效果分析

截止目前，杭州市虎跑路DN1000不锈钢内衬施工管道已竣工并已相继运行投产，运行效果良好，据此我们对不锈钢内衬后效果进行简要的分析。

（1）承压能力分析

表1  304型奥氏体不锈钢(06Cr19Ni10)力学性能

针对不锈钢焊接质量问题，我们做了焊接质量评定，分别对焊缝进行了抗拉强度和抗弯曲性能检测。检测结果表明，焊缝抗拉强度均不低于母材强度，断裂点多数在焊缝中心区以外，180°弯曲表面无裂纹。

其次，内衬后邀请第三方检测机构对焊缝进行***渗透检测，并且***焊缝检测结果合格。***后，不锈钢内衬后工程质量验收时进行了气压试压，升至试验压力0.6MPa，保压30min以上，无压降，试压合格。 

（2）耐腐蚀性分析

304奥氏体不锈钢表面附有一层厚度为几埃的坚固的铬氧化膜，它在空气、水或其它含氧介质中几乎能立即形成，并能在划伤或损坏后自行修复。从而使不锈钢具有耐腐蚀性。不锈钢钝化酸洗后，保护膜（铬氧化物薄膜）重新形成。氯化物含量在200 毫克/升以下时，304 不锈钢在天然水中很少发生缝隙腐蚀。

304奥氏体不锈钢含铬大于18％，铬是使不锈钢获得耐蚀性的基本元素，当钢中含铬量达到12％左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在不锈钢表面形成一层很薄的氧化膜（自钝化膜），可阻止不锈钢基体腐蚀。选用厚度为2.0mm的304奥氏体不锈钢，综合性能好，可耐多种介质腐蚀，特别是对于自来水，其腐蚀率一般小于0.004mm/a，按正常运行50年，表面腐蚀仅0.2mm，余厚度1.98mm，仍可满足承压0.4MPa的需要。

（3）水力学分析

不锈钢管壁光滑，其他物质不易附着在其表面，耐腐蚀管道内壁不易结垢。其摩擦系数远远小于普通钢管，可降低介质在管道内的沿程阻力损失；同种口径和流量的管道工况下，水的流动压头损失比混凝土管的低，可提高输送距离或减小泵的输送压力、减少投资、节约输送成本。

依据Hazen-Williams公式评价不锈钢管道与旧管道的过流能力，计算混凝土管内衬后过流能力，可以看出内衬后管道的过流能力增减。（按DN1000口径计算）

8、结语

通过杭州市赤水埠水厂原水管改造项目（虎跑路DN1000原水管道内衬不锈钢），可以看出，不锈钢内衬技术具有施工周期短、临时占地面积小、安全可靠、不阻碍交通及周围环境等显著特点。其不锈钢内衬层具有耐腐蚀、寿命长、承压高、内壁光滑、不易结垢等优点，管道内衬修复后能起到堵漏、提压、防腐、降阻的作用，能有效恢复和保持供水管网的供水能力和运行安全。

由此可见，随着新材料及修复技术的不断研发，修复材料在国内实现批量生产后，我国的非开挖修复技术将进入全新的发展阶段，不锈钢薄板材料已被大众认可，此技术已被给水等管网运营企业所广泛认知，因此不难看出，非开挖不锈钢内衬修复技术在未来城市供水管网改造中的重要性和必然性。