專利名稱：鋼管道長距離內襯高密度聚乙烯(hdpe)管的新工藝及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸油、輸氣及污水的鋼管道內襯的工藝及設備，尤其是一種鋼管長距離內襯高密度聚乙烯(HDPE)管的工藝及設備。
目前，全國各油田均有大量的輸油、輸氣及污水管道，內腐蝕嚴重，到了報廢期，若更新這些管道，需開挖管溝，不但工程造價高，且施工周期長，有時還影響地面建筑物和公共設施。若修復這些管道，目前常用的工藝是內襯玻璃鋼或聚合物水泥砂漿，這兩種方法都存在施工周期長的缺點，且施工質量不可控因素較多。
在專利92204613.1中，敘述了一種鋼管內穿插塑料管方法，但該方法工藝復雜造價較高。在專利93210938.1中敘述了另一鋼管內穿插襯管的方法，但該方法施工過程中需有較大的能源動力。
本發明的目的是提供一種使鋼管與內襯帖合更好，并能延長使用壽命的鋼管內襯工藝及其設備。
本發明的技術方案是該工藝是通過以下各步驟進行，首先對鋼管線進行清潔，然后預制襯管，將襯管通過壓變裝置壓成雙層C形，然后牽引至被襯鋼管中，用擴張器將襯管擴張成圓管，安裝導管送入流體，進行襯管與被襯管過盈帖合工序，將定位器推入襯管端口，在聯接管與鋼管聯接的兩端開工藝孔，聯接管與內襯好的鋼管焊接，通過工藝孔對聯接管及焊口進行封堵工藝孔工序。
被襯管的長度設定在1000米--3000米，預制襯管的外徑等于或大于被襯管的內徑，對襯管進行加熱處理的溫度為60℃--90℃，襯管被壓成雙層C形后冷卻到36℃以下，再牽引至被襯管，工藝孔開在聯接管兩端100-200mm處，用聚合物水泥沙漿通過工藝孔對聯接管進行防腐處理，內襯管與被襯管過盈帖合工序為對襯管加壓3--10小時，在襯管內插入清管器，清管器插在襯管的下游，在清管器后面加入流體壓力1-12MPa，在襯管的上游端提供背壓力0.2-2MPa，使清管器在襯管內行進，將襯管和鋼管帖合，行進結束時，襯管在內壓下維持50-160小時。然后釋放壓力，襯管與被襯管過盈帖合工序為送入熱流體對襯管進行加熱后，在清管器后提供較小的壓力，清管器在襯管未冷卻之前穿過襯管，并對襯管的圓周施以向外的徑向力，以擠壓襯管和鋼管之間的空氣，使襯管和鋼管進一步帖合，同時清管器用冷水驅動穿過襯管，使襯管與鋼管壁帖合。封堵工藝孔的工序為通過工藝孔插入頂端帶有防腐層的堵頭，并進行封焊。
實現鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管工藝使用的設備，內襯管壓變裝置53的底座39上，固定有頂部為凹形中部可調節高度的支架41，還固定有整體成拱門構型背面設有加強筋的龍門架42，龍門架42上部與支撐輪總板44固定，支撐輪總板44為半圓形平面結構，相對于龍門架42可進行上下調節，支撐輪總板44上設有3至4個成輻射形分布的調節盒43，可相對于支撐輪總板44的圓心進行徑向調節，至少有一個以上的支撐輪4通過軸承安裝在調節盒43的頂部，支撐輪45為中心平面上有弧形下凹的卷筒形狀，并與被壓變截面的內襯管的外圓周相配合，成型輪3、4、5的軸向剖面的輪邊緣均為圓弧形，直徑逐漸增大并通過軸承安裝在底座39上，兩個抱輪6通過軸承固定在抱支架62上，抱輪6中心對稱平面為弧形下凹的卷筒形狀，其相對距離可調節，其弧形與所抱壓的內襯管外緣形狀大小相配合，減速機36通過超越離合器37與成型輪3聯接，成型輪3與鏈輪38安裝在同一軸上，成型輪4通過安裝在同一軸上的雙排鏈輪49、鏈條40與鏈輪38聯接，成型輪5通過安裝在同一軸上的鏈輪48、鏈條40與鏈輪49聯接。
實現鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管工藝使用的設備，定位器25內壁為圓筒形，外壁為鋸齒形。定位器的外壁設有固定槽，通過螺釘將定位器25與鋼管壁固定。
采用上述工藝后，對于腐蝕損壞的鋼管道或新鋪設的管道，該發明能實現長距離，管線在原位內襯高密度聚乙烯(HDPE)，使管道具有流體輸送能力，并可阻止管道內部的腐蝕和油田出砂量大的油、氣、水混輸的管道的砂蝕，使管道的使用壽命延長20-50年。整個工藝過程都不破壞內襯管的尺寸特性，從而保持了它恢復時所必要的尺寸特性。
不必整段的更換腐蝕損壞的管道。這將有效的減少修理費用和保養的停工時間，從而大大降低生產成本。不需開挖大量的土方，使施工費用降低，時間縮短，同時不影響地面建筑設施和道路的正常使用。
由于高密度聚乙烯管便于更換，而且比較便宜，從而能經濟的修理。高密度聚乙烯管穿入雙層C形襯管膨脹復原后與鋼管完美地組成的復合管，可恢復到原有鋼管的流動特性，并減少鋼管壁的進一步磨損和腐蝕損壞，因此，大大地延長了管道的經濟壽命。施工過程簡單、快速、節約成本、停工時間短。
下面結合附圖對本發明的實施例做詳細說明。
附
圖1是本發明實施的一個示意圖；附圖2是經三級壓變和一級抱壓后的襯管截面圖附圖3是襯管壓變截面過程的縱斷面圖；附圖4是其中一級壓變截面裝置的橫斷面附圖5是抱壓機構的橫斷面圖；附圖6是將細線用清管器拉過要加襯的鋼管；附圖7是用細線將牽引纜繩拉過管子；附圖8是將壓變截面后的高密度聚乙烯(HDPE)雙層C型內襯管拉入鋼管；附圖9是對雙層C型內襯管兩端進行擴張的專用工具——擴張器；附圖10是擴張前的高密度聚乙烯(HDPE)雙層C型內襯管位于鋼管中；附圖11是用擴張器將內襯管兩端擴張成圓筒狀；附圖12是清管器位于未完全擴張的襯管中；附圖13是一個示意的側視圖說明按照本發明完全膨脹開的管襯；附圖14是兩端裝入定位器的襯管；附圖15是兩段已加襯高密度聚乙烯(HDPE)的管子聯接示意圖；附圖16是彎頭處聯接兩段已襯好高密度聚乙烯(HDPE)的管子施工工藝示意圖。
附圖17為內襯管壓變裝置的主視圖。
附圖18為內襯管壓變裝置的俯視圖。
附圖19為內襯管壓變裝置的剖視圖。
實施本發明時，首先應對舊鋼管線進行徹底的清潔，一般1000-3000米一段，對新管線鋪設成1000-3000米一段，然后去除鋼管內表面的尖銳物，以防止內襯過程中對內襯管的損傷。
將內徑比鋼管大0.5-3mm的內襯管，經內襯管壓變裝置53壓成如圖2所示的雙層C形，也就是本發明所要求的插入鋼管時的雙層C形內襯管。
如圖1所示，將高密度聚乙烯(HDPE)塑料管熔接在一起，然后通過加熱設備54將襯管51加熱到50-95℃，再送入內襯壓變裝置53(設備53可以是有動力的也可以是無動力的)，將襯管51的截面壓變成圖2所示的形狀后進入冷卻裝置52，(用水或空氣為冷卻介質)，冷卻至10-50℃，以便使其具有較高抗拉強度。并較長時間保持其壓成的雙層C型，在上述管襯壓變過程中，襯管的牽引力是必須的，它是通過要襯鋼管的另一端的卷揚機或其它牽引設備提供的，這個牽引力是受控制的，以使襯管能順利地通過塑料管壓變截面設備和插入管道而又不在軸向有較大的拉伸或產生破壞。
參看附圖3、附圖4和附圖5，這是涉及用于連續將塑料襯管截面壓變成雙層C型的優選形式。如附圖3所示，有四個對塑料管材的折疊步驟，三個步驟是沿著對稱的中心平面上逐漸壓癟凹進管材底部，圖4所示的是其中的一步；第四步如圖5所示是橫向尺寸的壓小即對底部凹進的管材進行橫向折疊。四步中的每一步都涉及彎曲過程，但基本上避免了襯管51的管壁橫截面的伸展或拉長，圖4中所示的是成型輪之一，其由動力驅動，對襯管51的支撐，是靠可分別向中心調整并安裝在一可上下調整支架上的4組支撐輪組7、8、9、10，每一組是同進同出可調的兩個或三個支撐輪。支撐輪組7、8、9、10安裝在同一塊拱門形平板上，每一組由2個或3個支撐輪組成，其中心對稱平面為弧形下凹的卷筒形狀，并基本上與被壓變截面管材的外圓周相配合。
成型輪3、4、5的軸向剖面的輪邊緣為圓弧形，其曲率半徑約等于被壓變襯管的四分之一，成型輪3、4、5可以是由動力驅動的主動輪，也可以是被動自由輪，若為主動輪，則要求在對內襯管壓變截面過程中，三個主動輪外緣的線速度相等。
抱輪11和12是一對根據所加工的管材可進行相對距離調節的輪子，其中心對稱平面上為弧形下凹的卷筒形狀，其弧形與所抱壓的塑料管材外緣尺寸相配合，經一對抱輪11和12對壓后的成雙層C形的塑料管材經冷卻裝置52進行強制冷卻，推薦用冷卻水冷卻，在氣溫較低時也可采用風冷。
如附圖6所示清管器位于清洗干凈的鋼管中在壓力驅動下從管段的一端運動到另一端，并將細線13從一端拉入另一端。如附圖7所示，用細線13將纜繩15拉過要加襯的鋼管。如附圖8所示，專用牽引頭16與雙層C形襯管牢固的聯接在一起，并在纜繩15的拉力下將雙層C形襯管51拉入要加襯的鋼管段。附圖10所示的是雙層C形襯管51處于鋼管中未膨脹開時的自然狀態。為使雙層C形襯管51脹開，首先用機械方式使用如圖9所示的擴張器17，將襯管兩端擴張并密封，附圖11所示是襯管兩端已安裝好擴張器17的襯管，擴張器17是用機械方法壓入雙層C形襯管51中，襯管的一端與擴張器一起用機械方式緊固在鋼管壁上，另一端與擴張器17聯接后自由放置在鋼管的另一端；必要時(比如寒冷冬季)將60-90℃的熱水從擴張器17的中心通道流入雙層C形襯管，以便襯管恢復筒狀較為容易。
雙層C形襯管51在鋼管中恢復筒狀的過程如附圖11所示，被襯鋼管施工段的上游端，鋼管內雙層C形襯管51中用機械方法壓入擴張器17，擴張器17的聯接管上裝有壓力表18和安全閥21；被襯鋼管施工段的下游端，鋼管內，雙層C形襯管51中用機械方法壓入擴張器17，擴張器17的聯接管上裝有壓力表18和下截止閥19，下截止閥19與壓縮機20相聯(雖然也可以用高壓水泵提供壓力)，啟動壓縮機20，將鋼管內的雙層C形襯管51中的壓力升到0.2-2MPa(根據襯管的直徑、壁厚和溫度確定)，保持壓力3-10小時后，襯管基本上恢復了圓筒狀，但襯管與鋼管之間還存有少量的空氣，為了使襯管與鋼管緊密的貼合，將襯管中卸壓后移去下游端的擴張器17，放入一個校準的清管器22，如圖12所示，清管器22在高壓空氣或高壓水的推動下，在襯管中從下游端向上游端運動，將襯管與鋼管夾層中剩余的空氣擠壓出去，此時清管器22后面的壓力是前面壓力的5-6倍(1-12MPa)，從而使襯管表面100％與鋼管的內表面貼合。清管器22到達另一端(即上游端)后，將被上游端的擴張器17擋住，留在鋼管內，此時關閉兩端擴張器17聯接管上的閥門18和21，使襯管內壓力保持50-160小時，從而使管襯以筒形凍結在鋼管內壁上。
圖13是卸壓后移出擴張器17和清管器22的鋼塑復合管，高密度聚乙烯襯管51在鋼管中處于輕微的圓周壓縮狀態。圖14所示的是為了固定已襯好的一段襯管，用機械方法將定位器25推入襯管中(若有必要可先在襯管中500-1000mm處安裝張緊裝置，待將定位器25推入后再將該張緊裝置移去)，定位器25的特征是其縱剖斷面有鋸齒形，末端有臺階和定位槽26，用螺釘27使其與鋼管固定，從而牢固的將襯管固定于鋼管內不能蠕動。
圖15所示的是兩加襯直管段之間的聯接工藝，首先將已作內襯防腐處理(聚合物水泥砂漿或玻璃鋼內襯或其它防腐材料)的聯接管與兩管段焊接，然后，對焊縫30內壁通過工藝孔33涂抹防腐材料31，最后將頂端預制有防腐層32的堵頭29插入工藝孔33中，外面焊死。
在使用本發明進行舊管道的修復或新管道的防腐施工時，遇到管道轉彎是常見的工程問題，本發明推薦在轉彎處開挖操作坑，將鋼管從轉彎處分為兩段分別進行內襯高密度聚乙烯管，然后再將其聯接，其方法如圖16所示，首先將已作內襯防腐處理(聚合物水泥砂漿或玻璃鋼內襯或其它防腐材料)的聯接彎管34與兩直管段焊接，然后，對焊縫30內壁通過工藝孔33涂抹防腐材料31，最后將頂端預制有防腐層32的堵頭29插入工藝孔33中，外面焊死。在舊管道的修復和新管道的防腐中，遇到三通、壓力表、閥門等，均可參照本發明所推薦的兩直管段或彎頭聯接兩管段的工藝進行施工。
權利要求
1.一種鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管的新工藝，該工藝是通過以下各步驟進行，首先對鋼管線進行清潔，然后預制內襯管，其特征在于將襯管(51)通過內襯管壓變裝置(53)壓成雙層C形，然后牽引至被襯鋼管中，用擴張器(17)將襯管擴張成圓管，安裝導管送入流體，進行襯管與被襯管過盈帖合工序，將定位器(25)推入襯管端口，在聯接管與鋼管聯接的兩端開工藝孔(33)，聯接管與內襯好的鋼管焊接，通過工藝孔(33)對聯接管及焊口進行封堵工藝孔工序。
2.根據權利要求1所述的鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管的新工藝，其特征在于被襯管的長度設定在1000米--3000米，預制襯管(51)的外徑等于或大于被襯管的內徑，對襯管進行加熱處理的溫度為60℃--90℃，襯管被壓成雙層C形后冷卻到36℃以下，再牽引至被襯管，工藝孔(33)開在聯接管兩端100-200mm處，用聚合物水泥沙漿通過工藝孔(33)對聯接管進行防腐處理，
3.根據權利要求1所屬的鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管的新工藝，其特征在于內襯管與被襯管過盈帖合工序為對襯管加壓3--10小時，在襯管內插入清管器(22)，清管器(22)插在襯管的下游，在清管器(22)后面加入流體壓力1-12MPa，在襯管(51)的上游端提供背壓力0.2-2MPa，使清管器(22)在襯管(51)內行進，將襯管(51)和鋼管帖合，行進結束時，襯管在內壓下維持50-160小時。然后釋放壓力，
4.根據權利要求1所述的鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管的新工藝，其特征在于襯管(51)與被襯管過盈帖合工序為送入熱流體對襯管(51)進行加熱后，在清管器(22)后提供較小的壓力，清管器(22)在襯管未冷卻之前穿過襯管(51)，并對襯管的圓周施以向外的徑向力，以擠壓襯管和鋼管之間的空氣，使襯管和鋼管進一步帖合，同時清管器用冷水驅動穿過襯管，使襯管與鋼管壁帖合。
5.根據權利要求1所述的鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管的新工藝，其特征在于；封堵工藝孔的工序為通過工藝孔(33)插入頂端帶有防腐層的堵頭(29)，并進行封焊。
6.實現權利要求1所述的鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管新工藝使用的設備，內襯管壓變裝置(53)的底座(39)上，固定有頂部為凹形中部可調節高度的支架(41)，還固定有整體成拱門構型背面設有加強筋的龍門架(42)，龍門架(42)上部與支撐輪總板(44)固定，支撐輪總板(44)為半圓形平面結構，相對于龍門架(42)可進行上下調節，支撐輪總板(44)上設有3至4個成輻射形分布的調節盒(43)，可相對于支撐輪總板(44)的圓心進行徑向調節，至少有一個以上的支撐輪(45)通過軸承安裝在調節盒(43)的頂部，支撐輪(45)為中心平面上有弧形下凹的卷筒形狀，并與被壓變截面的內襯管的外圓周相配合，成型輪(3)、(4)、(5)的軸向剖面的輪邊緣均為圓弧形，直徑依次增大并通過軸承安裝在底座(39)上，兩個抱輪(6)通過軸承固定在抱輪支架(62)上，抱輪(6)中心對稱平面為弧形下凹的卷筒形狀，其相對距離可調節，其弧形與所抱壓的內襯管外緣形狀大小相配合，減速機(36)通過超越離合器(37)與成型輪(3)聯接，成型輪(3)與鏈輪(38)安裝在同一軸上，成型輪(4)通過安裝在同一軸上的雙排鏈輪(49)、鏈條(40)與鏈輪(38)聯接，成型輪(5)通過安裝在同一軸上的鏈輪(48)、鏈條(40)與鏈輪(49)聯接。
7.實現權利要求1所述的鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管新工藝使用的設備，定位器(25)內壁為圓筒形，外壁為鋸齒形。
8.根據權利要求7所述的鋼管長距離內襯高密度聚乙烯管新工藝使用的設備，定位器的外壁設有固定槽，通過螺釘將定位器(25)與鋼管壁固定。
全文摘要
本發明涉及一種輸油、輸氣及污水的鋼管道內襯的新工藝及設備,該工藝使鋼管與內襯帖合更好,并能延長使用壽命。該發明是通過對鋼管線進行清潔,對內襯管進行加熱,通過內襯管壓變裝置壓成雙層C形,經冷卻后牽引至被襯鋼管中,進行內襯管與被襯管過盈帖合等工藝實現的。實現該工藝所用的內襯管壓變裝置由支架、龍門架、支撐輪總板、調節盒、支撐輪、成型輪、抱輪等組成。
文檔編號B29C63/34GK1277101SQ9911226
公開日2000年12月20日 申請日期1999年6月11日 優先權日1999年6月11日
發明者郎豐生, 周立超 申請人:郎豐生, 周立超