宋海英 王铭伟

摘 要：普通的碳钢管道在腐蚀性介质中极易失效穿孔，采用非金属内衬技术是目前广泛应用的碳钢管道保护技术之一。利用HDPE的低密度、高强度、高韧性、高耐磨性、长寿命及优良的耐蚀性等特点，将其作为衬里材料加在碳钢管道内部可以有效阻挡腐蚀介质的侵蚀，是近年来发展起来的新技术，并在多个项目获得成功应用。该技术根据实际情况的不同可以作为预制管时用也可作为现场修补手段使用。该文对常用碳钢管道HDPE内衬技术及其特点分别进行了介绍。

关键词：HDPE 管道 内衬 腐蚀

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）01（b）-0006-02

Abstract： Carbon steel pipelines are sensitive to pittings in corrosive solutions， polymer lining is one of the most widely used internal protection techniques for carbon steel pipe. HDPE is a kind of polymer with low density， high strength， high abrasion resistance， long service time and corrosion resistance. It's an effective lining material to prevent carbon steel pipeline corrosion. The application of HDPE lining in steel pipeline is a novel process which has been successfully used in several projects. HDPE lining can be used in prefabricated pipeline or be applied as repair measure base on site situation. The fabrication process and characters of HDPE lining techniques are introduced.

Key Words： HDPE； Pipeline； Lining； Corrosion

随着油气田的开采，其含水量和含盐量不断增加，腐蚀性也日益增强，传统的碳钢或不锈钢材质管线难以抵御腐蚀性介质的侵蚀。对此目前的改进措施有升级金属材质，如采用镍合金、钛合金或金属复合管等，但这样做成本昂贵。也有采用纯非金属，如玻璃钢管道、水泥管道、聚乙烯（Polyethylene，简称为PE）管道等，但这些非金属管道由于脆性或承压能力较低等原因仍无法有效替换部分金属管道。且上述方法都无法对已有旧管线进行维修和修补。

高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，简称为“HDPE”），是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，具有极佳的耐腐蚀性。近年来随着材料加工技术的进步，HDPE内衬技术在油气管道中得到广泛的应用。HDPE内衬碳钢管道同时利用了碳钢管道的高强度和HDPE层的耐腐蚀性，且有专用施工设备可以对已有的碳钢管线进行HDPE内衬铺设和修补，实现对已有管道的非开挖修复，大大降低工程量和施工费用。该技术还可用于市政的供水、煤气、排污等管线，避免城市马路的“开膛破肚”给居民的生活和交通带来极大的不便，况且有的地方由于交通、地面建筑、繁华地区和受保护地区是不允许开挖的，这就亟待非开挖修复管道技术的出现。

1 HDPE内衬碳钢管道的特点

与碳钢管道相比，HDPE内衬碳钢管道主要有如下优点。

（1）内衬材料HDPE的摩擦系数仅为钢的1/20[1]，其耐磨性是普通金属的3～5倍，可以有效降低通球过程中对管道内壁的损伤。

（2）渗透性极低：仅为低密度聚乙烯的1/5，可有效杜绝腐蚀介质对金属基体的侵蚀。

（3）密度：0.94～0.97 g/cm3，单位重量轻，便于施工和运输。

（4）拉伸屈服强度约30 MPa，断裂伸长率大于400%，肖氏硬度约60～70，具有较好的强度、韧性和硬度，在施工及运行过程中不易损坏。

（5）体积电阻>1016Ω·m，耐腐蚀能力强，对酸、碱、盐等众多物质具有很好的耐腐蚀性。

（6）防结垢，可有效避免结垢引起的腐蚀和流体阻力增大。

（7）寿命可长达50年。

同时，HDPE内衬碳钢管道技术也存在部分技术难度和局限性，例如焊口处由于温度较高必须进行焊后补口处理，且原位补口难度较大；由于HDPE材料耐温性较差，高温下内衬管容易与碳钢管道分离导致失效[2]，因此操作温度高于80℃的管道不适合采用HDPE内衬技术进行保护。

2 HDPE内衬碳钢管道的施工方法

2.1 工厂预制HDPE碳钢内衬管生产工艺

工厂预制HDPE碳钢内衬管的主要生产设备包括：塑料挤出机、定径套、冷却槽、牵引机、切割机等[3]。工作时由塑料挤出机挤出料坯，定径套在牵引机驱动下在管道内壁形成薄膜，由冷却定型装置在一定差压作用下将HDPE薄膜固定在管线内壁，经切割机裁剪后形成成品。塑料挤出机拉伸比介于1.25到1.55之间。定径套最好选择前段有水环或水眼的设备，以避免在牵引速度较快的情况下由于料坯未充分冷却而形成裂纹、麻点等缺陷。挤出成型过程应采用适宜的冷却方式和冷却水温对高温管坯进行冷却定型。

工厂预制HDPE碳钢内衬管工艺有如下特点。

（1）整套工艺流程在工厂内部完成，流程参数易控制和调整，质量有保障，产品可靠性高。

（2）可实现流水线作业，生产效率高。

（3）不受环境因素影响。

（4）工厂内无法实现环焊缝补口，仍需现场进行补口作业。

2.2 碳钢管道HDPE局部内衬修补法

除了工厂预制，HDPE内衬技术还可以用于已有碳钢管道的修补和维护[4]。HDPE内衬修补技术具有施工简单、快捷、开挖少、工期短等特点[5]，目前已在很多项目得到成功应用[4，6]。该工艺的实施主要有如下步骤。

2.2.1 管道清理

虽然对于新管道通常不需要清洗，现存管道却可能需要，一旦管道停止运行，铁锈等杂质极易在管道中沉积，需要将管道用法兰连接以便清洗。任何对内衬管进入管道构成阻碍的有影响的烃类和腐蚀结垢产物必须予以考虑。如果需要清洗，通常使用通球或吹扫来完成。每段需要修补的管线管道端部需将钢管开挖并断开，焊接上钢法兰。安装管段划分的首要决定因素是弯头和其他例如地形，可到达程度和管道清洗状况，注意不能超出可达到的安装长度。在内衬管安装中禁止出现的管件和过量的弯头会引起拉应力的增加[8]，必须移除，用内衬法兰或适配的弯头替代。理想弯头的曲率半径近似于50倍管道直径。

2.2.2 内径核实

完成管道（开挖）切割、钢法兰安装并将所有限制因素被移除以后，需要对管道口径进行核实以确保后续HDPE内衬施工路径畅通。用一定外径的清管器通过钢管可获得无障碍的管道内膛。定径清管器体由钢制成，可清除焊瘤、铁锈等残渣。如通球遇到障碍阻挡说明该处存在影响HDPE内衬施工的杂质，需要清除处理。

2.2.3 HDPE内衬管安装

根据修补的每处管段长度和内径选取HDPE管。内衬管由热熔焊接连接——衬管端部加热至熔融温度，在一定压力下连接并冷却。焊口检查并去除外部卷边焊缝。将特殊制造的钢法兰焊接在钢管上，并将牵引头熔接在内衬管端部。钢缆通过机器人或压缩空气和清管器从管道另一端口穿入钢管。将滚轮缩径机置于内衬管穿入钢管的管端法兰处。用液压滚轮缩径机以3～6 m/min的速度将HDPE内衬管完全拉过管道。然后去除拉应力，内衬管逐步恢复接近于其原始直径，与钢管内壁紧密贴合。内衬管被拉出后固定在熔接位置上，进行管端部铣削、光面处理并与HDPE法兰熔接。上述步骤完成后移除夹紧装置，将HDPE法兰缩入钢管，与钢法兰相匹配。将钢法兰螺栓上紧，采用限位环以提供密封压力。

2.2.4 试压

所有内衬管修补施工完毕后，可对整条管线进行气压或水压试验，检查修补处或法兰连接处是否有泄漏。

2.2.5 清理收尾

根据实际情况或业主要求钢法兰进行外防腐，管线准备回填并投入使用。

从具体施工工艺上HDPE内衬修补技术还可细分为涂敷法、翻转内衬法、O型冷拔法等。这些方法各有特点，如涂敷法最突出的特点是一次施工距离长，对管道要求低，可直接通过标准弯头；翻转内衬法采用热固性树脂增强了与金属基体的结合强度；O型冷拔法牵引效果更明显。冷敷法的缺点是对管道清洁度要求高，施工周期长；翻转内衬法一次施工距离短，而且由于使用了有一定毒性的热固性纤维树脂材料，工艺更加复杂且不适用饮用水管道；O型冷拔法后期也需要加温加压以实现内衬材料与金属内壁的贴合。实际应用中应根据现场的具体情况选择适宜的施工方案。

3 结语

HDPE材料具有极好的耐蚀性、耐磨性、机械强度和韧性等优异性能，通过将HDPE作为内衬材料施加在金属管道内表面可以有效综合利用两种材料的优势：既可以利用HDPE层避免金属管道受到腐蚀介质的侵蚀影响，同时也保持了金属管道的高强度，满足了管道对压力的要求。将HDPE内衬技术应用到已有管道的修补上还可以简化施工难度、加快施工进度，有效延长已有管线的使用寿命，避免管道泄漏的发生，具有较高的经济效益和社会效益。在应用中可以根据实际情况选择适宜的施工方案。

参考文献

[1] 吕彦莉.西张水源地供水管道HDPE管穿插内衬改造技术[J].山西建筑，2015，41（13）：125-126.

[2] 向明光，吴国斌，殷泉东.HDPE内衬油管的技术特性及应用[J].内江科技，2009（6）：89，175.

[3] 张光涛，位延堂.HDPE内衬管的生产技术要求及应用[J].国外塑料，2011，29（6）：43-45.

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