改性聚乙烯内衬膜法修复给水管道的技术研究

张东兴 徐洪福 魏希柱 宋学峰 许成君
（哈尔滨工业大学 给水排水系统研究室） （大庆石油管理局供水公司）

　　摘要: 本文提出利用改性聚乙烯管作为内衬膜修复旧给水管道的方法，并研究出一套旧管道修复工艺流程。通过现场实验证明，所研究开发的旧管道修复技术，可以延长旧管道的使用寿命，具有显著的社会效益和经济效益，有着广阔的应用前景。

　　关键词: 母管；改性聚乙烯；内衬；旧管道修复

　　1． 问题的提出

　　给水管网是给水系统的重要组成部分。给水管道在常年的运行中，由于物理、化学、电化学、微生物学等作用，沿管道内壁会逐渐形成不规则的“生长环”。它随着管龄的增长不断增厚，不但使过水断面减少，而且严重影响供水水质。因此，为了改善供水水质，仅从改进水处理工艺和加大投氯量等措施是不够的，应从管道卫生学的观点考虑。对于“超期服役”的给水管道，国内主要采取换管的方法，这样做不仅工期长，而且施工困难、成本高。如果考虑到水质原因，腐蚀穿孔的管道也要更换，那么，供水公司做这项工程所需投资将十分巨大。
　　随着社会经济的不断发展和人民生活水平的逐渐提高，科技进步对现实工程实践贡献率也越来越大。对供水行业来说，现在已经进入到加强管理、提高效益、减少事故和降低漏失的时期。以前对旧管道的修复缺少有效的做法。随着科学技术的日益进步和社会发展，现在可以而且能够通过采用新的技术来解决这个问题。本研究通过实验室的材料分析和现场实验提出一种旧管道更新技术，即利用改性聚乙烯薄膜作为内衬管，使旧管修复达到恢复通水能力，改善水质，减少阻力，并达到防腐的目的。

　　2．课题达到的技术经济指标

　　① 旧管道修复所需工程费用及材料费用总和为M，更换一条同样管道所需工程费用及材料费用总和为F。
　　　　经济指标 M=(0.25----0.30)F
　　② 恢复通水能力达95%。
　　③ 通过实验检测证明内衬材料无毒，无害，对水质无任何影响。
　　④ 衬管法一次性进深为200m---300m。
　　⑤ 衬管法所修复的管径均为500mm。

　　3． 材料实验

　　改性聚乙烯内衬管是本次实验中采用的新材料。
　　聚乙烯（PE）是最重要的通用材料之一，产量居各种塑料之首位。聚乙烯可以用多种方法生产，由于工艺路线和条件不同，所制得聚乙烯的分子结构（支化度）、分子量、密度、结晶度均有所区别，相应的物理性能也表现各异。例如：低密度聚乙烯（LDPE）较柔软，但强度低，不能满足本次实验的要求；高密度聚乙烯（HDPE）硬度大，柔软性差，易应力开裂，同样不能满足本次实验的要求。
　　为此，本次实验我们将低密度聚乙烯（LDPE）与高密度聚乙烯（HDPE）共混改性来制造满足需要的改性聚乙烯内衬管。LDPE/HDPE共混物的物理性能见表1所示，共混物的红外光谱图见图1。共混物在不同温度下的应力—应变曲线，不同温度下的拉伸屈服应力，不同荷载下的应变—时间曲线见图2，3，4所示。

　　表1及图1给出了两种不同密度的聚乙烯共混物的性能、结构与组成的关系。两种密度不同的聚乙烯按各种比例共混后可得到一系列有中间性能的共混物。这些共混物的性能变化很有规律，符合根据原材料共混物所计算的线性加和值，断裂伸长率及拉伸强度的变化稍有特殊。当在HPPE中掺入的比例少于60/40时，断裂伸长率基本不变，但此时拉伸强度却出现了极大值。经计算认定符合本实验性能要求。由挤出机挤出。^[4]

4． 工艺流程、技术关键问题

　　a、工艺流程
　　由于于国家尚无具体的国标、行业标准，来指导施工，本研究是在试验、推广阶段。所以，只能通过科研实验与合理施工来掌握这项技术，总结、编制出施工管理规程，来指导推广这项工作。我们进行这次实验的主要步骤为：
　　① 勘察 管道都埋在地下，首先应通过盖特凯管道摄像机探测系统，实际了解被修复管段（母管）的管径、埋深、坡度、管段附件（如消火栓、阀门等）以及相关联管段等管线具体情况。判断管道的腐蚀严重程度以及漏失的状况，
　　② 断水 关闭与被修复管段相连接的阀门，使此管段处于断水状态。然后对被修复管段进行开口，用水泵将管段中剩余的水抽干。
　　③ 清洗 旧管线经过多年运行，管内有相当数量的沉积物附着在管壁上，或沉积在管径底部。清洗管道的方法由两种，即“气压脉冲法”和“高压射流法”。
　　④ 排渣 当清洗管段完成后，管道内还残留着一定量的残渣，利用高压水泵将这些残渣清除出。
　　⑤ 干燥 当管道内的“生长环”及残渣被清除干净后，使管段自然通风干燥或利用空压机吹风干燥。
　　⑥ 涂衬 修复管段完全干燥后，在内衬管外壁均匀涂上适量的粘合剂，然后利用牵引机具把内衬管牵入母管，改性聚乙烯管外壁、铁管内壁之间有大量的空间（空气），加温、加压开始时，改性聚乙烯管逐渐鼓起时，两管夹层之间的气、水必须迅速排出，否则将影响其形成质量及速度。排气、水孔阀的大小要根据计算来确定。气、水排出条件，最好是在无压条件下顺利外排，如果孔阀过小，会使铁管内部存气，造成改性聚乙烯管成型圆度不足及延长打压成型时间，而开孔过大会造成堵孔难度。
　　⑦ 连接 当改性聚乙烯管与母管结合紧密后开始泄压，然后将做好内衬的管段与其它管段重新连接好，然后，打开与之相连接的管段上的阀门，此管段则投入正常运行之中。
　　b、技术关键
　　技术关键问题是，薄膜内衬采用什么样的粘和剂，两个管段之间如何连接。粘和剂需经实验选定，采用不同配比的混合液（粘和剂、固化剂）。两管段间的连接方法为：在连接处预留比母管多出一定长度的内衬管，然后利用法兰进行连接。内衬管要求薄壁、强度大，需特殊制造，大口径的薄壁管，并能使内衬管在母管内容易滑动前进。

5． 现场实验

　　实际施工管线长度318.8米，牵引钢丝绳分两次穿入，改性聚乙烯管是一次牵入318.8米，牵引时中间留有观察窗，检查改性聚乙烯接口环缝焊接情况。出现一处接口开裂，进行了补焊并增加了补强板。
　　现场实验于1998年11月24日17点10分开始，到11月25日2点50分全部结束。11月30日由有关人员通水验收。

6． 结论

　　通过实验室的聚乙烯内衬材料试验，我们认为该种材料是进行旧管道内衬法修复的优质材料，经过广泛调研，这种材料已经达到国际先进水平，其性能参数完全可以满足实际工程的需要。在内衬材料分析的基础上，经过现场实验验证，建立一套完整的旧管道内衬修复法的实施工艺。
　　1．本研究将无毒，无公害、防腐的材料改性聚乙烯用于旧管道的修复上。把改性聚乙烯薄膜衬入旧给水管道与水接触，减小了阻力系数，增大了输水能力，提高了供水水质。所研究开发的旧管道内衬修复工艺，可以延长旧管道的使用寿命，修复后的旧管道可以发挥出同样情况下新管道的作用。
　　2．提出了一整套切实可行的旧管道修复实施方法。在专用实施机具的牵引下，将已经凹成“U”型的内衬管拉入旧管道，当衬管到达恰当的位置，在内衬管内部加压，使内衬管和旧管道紧密结合在一起。
　　3．显著的社会效益和经济效益
　　内衬材料具有无毒、防腐、寿命长、不结垢等优点，可以防止管道中水质受到“二次污染”，从而进一步提高了城市供水系统的服务水平。旧管道修复所需工程费用及材料费用总和为M，更换一条同样管道所需工程费用及材料费用总和为F。则达到经济指标：M=0.28F。所以，利用内衬管修复旧管道与重新敷设一条新管段相比要节省大量的费用。
　　4．该修复工艺具有操作简单、停水时间短、施工工期短，不需要大面积开挖等特点。有着广阔的推广前景

7．参考文献

　　1．赵洪宾 给水管道卫生学研究 研究生教材。
　　2．钱知勉 塑料性能应用手册 上海科学技术出版社。
　　3．朱炤男等译 塑料实用性能实验手册 上海科学技术出版社。
　　4．刘英俊等 塑料填充改性 中国轻工业出版社。

A STUDY ON THE RESTORATION METHOD OF WATER SUPPLY CONDUIT BY LINING TRANSFORM POLYTHENE PIPE

Dongxing Zhang Hongfu Xu Xizhu Wei
(Water Supply &Waste Water Systems Laboratory Harbin Institute of Technology)

Xuefeng Song Chengjun Xu
(Water Supply Company of Daqing Oil Administration)

　　Abstract：This paper presents a restoration method of water supply conduits by using a transform polythene pipe to line in it. And this paper presents a suit of techniques to do this work. The field experiment proved that it might prolong the life of the conduit. The technique has remarkable society and financial profits, and it will be widely used in the water supply industry.
　　Keywords: protopipe; transform polythene; line; old conduit restoration

　　注：该课题的理论研究与现场实验是在赵洪宾教授指导下进行的。