浅谈内喷涂技术在管道修复中的应用

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  摘要
  管道内喷涂技术,以其独有的技术优势,解决了小口径给水管道内壁銹蚀结垢和供水的“二次污染”问题。本文通过工程实例介绍了内喷涂技术工艺流程和质量检验等,并与传统的管道开挖修复方式进行了工程效益的对比分析。
  
  关键词:给水管道修复,内喷涂,工艺流程
  
  
  中图分类号:TU81 文献标识码:A 文章编号: 前言
  随着北京城市现代化进程的加快,人们生活水平的提高,人们对城市供水的要求已不仅仅满足对于水量和水压的基本要求,开始对水质也提出了更高要求。截至2010年底,北京市供水管网的总长度已近一万公里,供水面积近一千平方公里。在这庞大的供水管网中,有相当一部分管道由于铺设年代较早,采用的是镀锌钢管或普通铸铁管,这些管道内壁没有经过相应的防腐处理,在多年的使用,管道内壁形成了高低不平的锈垢,严重影响了管道的供水能力,并且还造成管线出现“黄水”等水质二次污染事件。因此,加强加快对这类给水管道的改造,是首都供水企业当前的重要任务之一。
  当前城市地下管线错综复杂,给水管道上方的地上设施也千差万别,城市居民对生活区域的周边环境也越来越重视,在这种情况下,如果采用传统的开挖换管方式对给水管道进行改造将变得十分困难,
  甚至不具备实施的可能性。而管道内喷涂技术,能在很大程度上克服了传统施工方式的弊端,并以其投资小、施工周期短、操作便捷、极少破坏地面设施和周边环境的优势,成为小口径给水管道改造工程的首选方案。
  一、内喷涂技术简介
  1、技术原理及适用范围
  管道内喷涂技术是一种非开挖管道修复施工技术,是利用空气动力学原理,以压缩空气在管道内壁形成的旋转气流携带磨料清除管道内壁的锈垢,然后再由旋转气流将液体环氧树脂涂料均匀涂敷在管道内壁上,产生一层隔绝给水管材与水接触、表面光滑的防腐保护涂膜,从而解决给水管道的内壁锈蚀问题,提高管道的供水能力、改善供水水质,并延长管道使用寿命。
  由于管道内喷涂技术的动力设备采用大型移动式空气压缩机,其动力性能以产气量和产气压力来衡量。根据多年的工程实践,为安全起见并考虑工程的可操作性,所选用的空气压缩机的产气量一般约在30M3/Min、压力一般为0.8~1.2Mpa,动力较为有限,因此该技术主要应用于管径为DN15~DN200的小口径镀锌钢管或普通铸铁管的修复改造工程。
  2、内喷涂技术的优点
  (1)施工周期短:一栋居民楼前的枝状配水管线可做到当天施工当天恢复供水,尽量避免因长时间施工停水给居民生活带来的诸多不便;尤其对饭店、宾馆、商厦等经营场所,无须因管道的长期改造施工而停产停业,最大程度地减少此类场所经济损失。(2)施工操作便捷:该技术不需要开挖换管,可以充分利用现有的管线设备井,仅在管线末端开挖工作坑,在坑内截管操作,便可清除管道内的水垢、水锈并进行防腐涂膜,尽可能减少对地面设施的拆迁破坏。(3)施工成本低:传统的旧管道改造工程内容包括开挖路面、挖土、运土、排水、管道铺设、阀门安装、试压、回填、恢复路面等多项内容,而内喷涂技术只需开挖工作坑,大大节约了改造资金。(4)能彻底解决水黄、水锈等问题:旧管道内壁进行除锈、除垢后,再涂敷一层食品级的环氧树脂防腐蚀涂层,无毒无害,能够避免水垢再生,提高了生活饮用水的水质。(5)提高管网的输水能力、节约能耗:该技术所使用的硅砂能够清除管道内壁细小凹凸部分内的残留物,使管道内径恢复正常;内壁涂膜的光洁度高,水流阻力小,从而极大地提高了管网的输水能力。(6)增强管道自行修复能力:对管道上的针眼状渗漏点,环氧树脂涂膜能自动进行封闭、修复。
  3、内喷涂技术的局限性
  (1)受气温制约:该技术要求施工现场的环境温度不低于10℃,环境温度达到20℃以上时,施工效果最佳;北京地区每年的3月下旬至11月上旬为有效施工期。(2)下雨天气不宜施工:在雨天或其他空气湿度大的天气条件下,涂料不易固化,影响管道内壁涂层质量,且不能保证当天通水,影响用户生活。(3)不宜夜间施工:该技术所使用的动力设备空气压缩机的噪音较大,为避免扰民,不宜夜间施工。
  二、工程实例
  1、工程概况
  北京电影制片厂北侧北影小区内的原上水管线为普通铸铁管,该管道已使用20多年,铸铁管道内壁产生大量水垢,造成小区内各住户家中水量小,水质差,2008年曾出现了较为明显的大面积“水黄”现象。
  通过对小区给水管线调查分析,需要改造的管线包括DN200×455米、DN150×550米、DN100×225米、DN75×415米,共计1642米。如果对这部分管线全部按明开挖换管施工,需要破除现状沥青混凝土路面1200㎡、方砖步道240㎡、绿化草坪220㎡,另需移除树木8棵,总费用约为148万元,工期至少需要35天。此外,工程施工过程中产生的机具噪音、粉尘污染、施工渣土、车辆进出干扰等问题将会给小区居民生活带来严重影响,后续小区环境恢复也将持续数月乃至更长时间。
  施工人员在管线调查时,同时对现况上水管线断管取样,经过对管材实验分析,该小区管道壁厚、腐蚀情况均符合内喷涂技术要求,同时小区内施工现场在安置空压机及储气罐后并不影响居民出行,自来水集团公司最终决定采用管道内喷涂技术对管线进行改造。
  2、施工准备
  施工准备包括对拟修复管道进行充分的调研及材料准备等。
  调研包括①搜集拟修复的给水管道的竣工图,以便了解管道的管龄、管道材质、结构及尺寸、施工方式及运行状况;②根据竣工图认真进行现场踏勘,听取管理单位或使用单位对管线使用情况的介绍,调查图纸与实际情况是否吻合,若有差异则应着重记录并分析;③修正竣工图图面与实际不符合之处,必要时可采取现场坑探或剥离方式予以核实;④调查管道的水压、水量和水质等情况;⑤现场作业环境调查。
  材料准备包括:涂料、硅砂、酒精、水。
  涂料:为A、B双组份液体环氧树脂涂料,其主要技术指标应满足《液体环氧树脂防腐涂料的性能指标》(SY/T0457-2000),其卫生指标应符合《生活饮用水输配水设备及防护材料安全性评价标准》(GB/T17219)的要求,并且有生产厂家提供的产品性能检验报告、使用说明、出厂合格证等技术文件以及卫生许可批件。
  砂:选用无毒、干净的硅砂,根据管材、口径、锈蚀程度不同,选用不同粒度大小的硅砂。
  酒精:为与液体环氧涂料配套使用的优级食用酒精,其乙醇浓度≥95.5%,用于调节液体环氧涂料的粘度。
  水:除锈完成后,冲洗管道时所用的水应是干净的自来水,严禁使用再生水。
  3、工艺流程
  工作坑开挖→设备连接→排水干燥→喷砂除锈→清水冲洗→管道内壁喷涂→管道烘干→恢复供水→工作坑回填→水质监测。
  结合上面的工作流程,本工程施工的几个关键步骤为:
  (1)工作坑开挖
  北影小区内上水管线分布多为鱼刺状,施工支线时在管道末端开挖工作坑,干线施工时以管线喷涂长度适宜处、管线弯头处、尽量不破坏现况路面为依据开挖工作坑,工作坑长1.2m宽0.9m,坑底挖至管底以下50cm以便于工作坑内管段间连接,该处作为喷砂、水、涂料的排泄点,进气处可在现况闸井中进行,无需再另行开挖工作坑。
  (2)排水干燥
  按内喷涂的技术要求连接空气压缩机、储气罐、砂罐、水罐、涂料罐、操作台等设备,然后再与拟修复的管道相连。
  启动空压机向储气罐中充气,待储气罐中的气压升至0.8MPa時,可以开启储气罐的出气阀及砂罐的砂阀向拟修复的管段中送气。观察出风口的气量,如气量不够,应检查各管路连接,排除故障后再次试气,直到气量能够满足喷涂工作要求为止。
  高压气体将管线中的存水进一步排出,同时由于气流与管壁的摩擦产生热量,可以将管道内壁逐步烘干。当测试管道进风口温度在60℃、出风口温度30-40℃时,视为管道内部已干燥, 此时可关闭储气罐的出气阀。
  (3)喷砂除锈
  开启储气罐的出气阀,然后开启砂罐上的进气阀、砂阀向管线内送气送砂,高压旋转气体带动石英砂对管道内壁的锈垢进行切削,以去除管内的锈瘤和污垢。
  除锈开始时,应快速少量送砂,以免堵塞管道,随后可以10秒钟为间隔,开闭砂阀送料,砂罐中砂量不够时可暂停送气,向砂罐中加砂后再开气,如此反复多次,直至将管道中锈垢彻底除净。但值得注意的是,喷砂除锈过程应充分考虑管道材质、壁厚和原管道的承压情况,要适可而止,以免将管道打穿或打爆管壁.可以密切观察管道出风口处管内壁除锈的情况,或中途停止作业拆除支线处盖堵,来检查喷砂除锈的效果。喷砂过程中,气流的流速应控制在35~70米/秒,施工时需在管道出风口安装集尘箱,以减少砂料、粉尘飞溅对周边环境的污染。
  (4)清水冲洗
  在水罐中注满洁净的自来水。打开储气罐的出气阀和水罐的进气阀和水阀,用高压气体带动水流对除锈完毕的管道进行冲洗。
  冲洗过程中应快速开闭水阀,反复多次,以脉冲式气压将管道内杂质彻底清除,待管道出风口处水雾清亮洁净时,可关闭水阀停止加水。但仍应向管道内连续送气,时间约10分钟,以使管道内部温度升高、管壁充分干燥,保证后续的环氧涂层与管壁的结合力。
  (5)管道内壁喷涂
  按涂料的产品说明书进行涂料配制,其用量跟施工管段的长度、管径和所用涂料品种有关,一般可按下列公式计算理论用量:
  G=KπDLρ/A
  式中 G—涂料用量(kg)
   K—裕度系数(取1.2)
   D—施工管段内径(m)
  L—施工管段长度(m)
  T—涂层湿膜厚度(m)
  ρ—涂料密度(kg /m3)
  A—涂料固体含量(%)
  按照上述公式进行配制涂料,将配制好的涂料注入涂料罐,先开启储气罐的出气阀,然后开启涂料罐上的进气阀和涂料控制阀,高压旋转气体压送环氧树脂涂料向管道内喷涂。检查管线出风口,确认涂料是否到达,如未到达则应适当调高气压。涂料到达出风口后,观察管道端头有絮状涂料飞出,此时仍应保持高压连续送气,使管道底部积留的涂料能够完全排出,直至絮状涂料消失,然后将气压调低继续送气至涂膜表层表干。
  喷涂过程中,安排专人在各支线排气阀处间断式排气.涂膜表层表干后,其内部仍需继续干燥、固化,此时可根据环境温度、施工时限要求等情况选择自然干燥或强制干燥。自然干燥即拆除各管路设备,使管道两端接触外界空气,常温自然风干;强制干燥即保持管路设备的连接,继续向管道内部输送高压气体,通过气体与管壁摩擦产生的热量将涂膜烘干以确保喷涂工程质量。
  (6)恢复供水及水质检测
  管道内壁涂层干燥时间满足要求后,则进行管道的恢复连接,并通知相关部门进行开闸通水。工程完工后随机在任一居民住户内的用水点接取水样进行检测,同时在消火栓、泄水阀或支线上最近的用水点进行取水检测。
  北影小区完工后经过水质检测结果完全符合《生活饮用水水质卫生规范》(卫监发2001-161号)。
  4、工程效益分析
  对北影小区采用管道内喷涂技术对已锈蚀管线进行改造时,充分利用了管线上现有的设备井,仅在小区各枝状管线末端开挖工作坑20处,共计80㎡的沥青路面及方砖步道未涉及绿化草坪及树木的拆除、移位事宜,有效保护了小区的居住环境。实际施工工期仅用了10天,工期缩短25天;结算造价为46万元,与传统开挖换管相比节省投资达69%;同时,由于内喷涂技术不但清除了管道内壁原有的锈垢,而且在管道内壁形成了摩阻系数很低的光滑的环氧树脂涂层,极大地提高了管线的输水能力,有效解决了管道水质的二次污染。
  经过两年半的运行实践检验,北影小区管网整体运行稳定,小区用户水质检测均合格,未再次出现“黄水”现象,小区居民对此次管道内喷涂改造工程给予了很高的评价。
  结 束 语
  管道内喷涂技术自2003年在北京应用以来,解决了数千栋楼、数十万户居民的用水水质问题。实践证明,此技术投资小、操作便捷、社会影响小、彻底解决“水黄”、水锈等问题,并取得了良好的经济和社会效益,已经成为供水企业进行小口径给水管道修复的重要途径之一。在国家大力倡导建设资源节约型社会以及“绿色工程、科技工程、民生工程”的大环境下,管道内喷涂技术将大有用武之地,有着广阔的应用和发展前景。
  
  
  
  参考文献
  []《给水金属管道内壁修复涂膜施工技术规程》Q/YT001-2009
  [2]《钢质管道液体环氧涂料内防腐层技术标准》 SY/T 0457
  [3]《给水排水管道工程施工及验收规范》 GB50268 97
  [4]《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》 GB/T 8923
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