CN101095008A - 采用空气和流过的蒸汽固化的现场固化内衬的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用柔性的树脂浸渍的现场固化内衬对现有管线或者管道添加内衬的方法，其中，将内衬拉进，用空气充胀树脂浸渍的膨胀囊，并在无空气压力损失的情况下用流过的蒸汽固化树脂。所述内衬包括管状的树脂吸收材料，其具有形成外覆层的非渗透膜。所述膨胀囊也包括：管状的树脂可吸收材料，其具有形成为外覆层的非渗透膜；以及排放组件，排放组件位于尾端且经过受压翻转装置进入折叠的内衬中。随着所述膨胀囊到达远端，所述排放组件离开翻转中的膨胀囊并连接于排放软管。然后，将蒸汽导入所述翻转装置以固化树脂，且使其通过排放管排出。在固化后，用空气代替蒸汽以冷却内衬，将端部切除以恢复通过主管道的设施。

Description

采用空气和流过的蒸汽固化的现场固化内衬的安装方法

技术领域

本发明涉及一种现场固化内衬的安装方法以及用于实现所述方法的装置，其中所述安装方法为：将树脂浸渍的内衬拉进现有管路中，利用空气翻转树脂浸渍的膨胀囊(inflation bladder)，再利用连续流过的蒸汽在没有压力损失的情况下使树脂固化。所述方法和装置尤其适合于大直径现场固化内衬的安装环境。

背景技术

普遍公知的是，用于引导流体的现有管路及管线，尤其是诸如生活污水管道、雨水排放管道、水管及气管之类的地下管道，由于退化或流体的泄漏而经常需要修理。这种泄漏可能是从周围向内泄漏进管路的内部或者导引部分。或者，这种泄漏可能是从管路的导引部分向外泄漏进周围环境中。无论是向内渗透或向外渗透，这种泄漏都应避免。

现有管路中的泄漏可能是缘于原有管路的安装不当，或者缘于因为正常老化而导致的管子本身退化，或者是由于所输送的腐蚀性或磨蚀性材料的影响。管子接头处或管子接头附近的裂缝可能是缘于诸如地震之类的环境因素，或者是大型车辆在管子上方地面上的移动，或者是类似的自然或者人为的振动，或者其它类似的原因。无论何种原因，这样的泄漏都是不希望的，泄漏可能导致管线中传输的流体的浪费或者导致对周围环境的损害，也可能造成危险的公共卫生灾难。如果泄漏持续下去，则由于土壤以及管道的侧面支撑的损失，有可能导致现有管路的结构性毁坏。

由于持续增长的劳动力成本、能源成本和机械成本，通过挖出并更换管道的方式修理可能正在泄漏的地下管道或者地下管道部分变得越来越困难且越来越不经济。因此，对现有管线进行现场修补或复原的各种方法被设计出来。这些新方法避免了开挖和更换管道或管段所带来的花销和危险，并且还避免了对公众所造成的巨大不便。当前广泛应用的最成功的管道修理方法或者非开挖修复方法中的一种称为Insituform方法。美国专利No.4,009,063、No.4,064,211以及No.4,135,958中对此种方法做了详细描述，其内容都通过援引全部并入本说明书。

在Insituform方法的标准操作中，在现有管路中安装细长的柔性管状内衬，所述柔性管状内衬由毛毡织物(felt fabric)、泡沫或者类似的树脂可浸渍材料制成，并且具有浸渍了热固性固化树脂的外部非渗透覆层。总的来说，如在后来确定的两个Insituform专利中所述，采用翻转法(eversion process)来安装内衬。在翻转法中，作用至翻转内衬的内部的径向压力将内衬挤压在管线内表面上，并使内衬与管线的内表面接合。然而，Insituform方法还通过以下方法实施：利用绳索或者缆绳将树脂浸渍内衬拉进管道中，使用在内衬中翻转的、流体不能透过的独立膨胀囊或者膨胀管使内衬紧贴现有管线的内壁固化。这种树脂浸渍内衬一般叫做“现场固化管路”或者“CIPP内衬”，这种安装叫做CIPP安装。

CIPP柔性管状内衬具有光滑的外层，所述外层由在内衬的初始状态时覆盖在内衬外部的、相对柔软的、基本非渗透的聚合物制成。内衬在安装过程中翻转后，翻转后的所述非渗透层位于(end up)内衬的内侧。当柔性内衬现场安装在管线中时，从内部对管线进行加压，优选利用诸如水或空气之类的翻转用流体沿径向向外压迫内衬，以使其与现有管线的内表面接合并帖服。

一般来说，在安装现场立起翻转塔以提供翻转内衬或膨胀囊所需的压位差。作为替代方案，美国专利No.5,154,936、No.5,167,901(RE35,944)以及No.5,597,353中示出和记载了一种翻转装置，所述美国专利的内容通过援引全部并入本说明书。通过再循环软管将热水导入翻转的内衬而开始树脂的固化，所述再循环管连接于翻转中的内衬的端部。翻转用水通过诸如锅炉或者热交换器之类的热源循环利用，再返回到翻转的内衬直到内衬的固化完成。然后，浸渍在可浸渍材料中的树脂被固化，以在现有管线中形成坚硬的、紧密配合的刚性管内衬。这种新的内衬能有效地密封任何裂缝，并能修补任意管段或者管接头部分的老化，以防止向现有管线的内部或者外部的进一步泄漏。固化的树脂还用于强化现有管道壁，以提供针对周围环境的附加结构支撑。

当通过拉进充胀法安装管状的现场固化内衬时，内衬采用与翻转法相同的方式浸渍树脂，并以折叠(collapsed)状态置于现有管道中。一般情况下，底端具有弯头(elbow)的下行管、膨胀管或管道置于现有的人孔或者进出位置处，且翻转中的膨胀囊通过所述下行管并展开，绕弯头水平部分的开口向后翻边(cuff)。接着，将现有管道中的折叠内衬置于膨胀囊向后翻边的端部之上并固定于所述端部。然后将诸如水等翻转用流体送入所述下行管，水压将膨胀囊从弯头的水平部分推出，并使折叠的内衬膨胀并紧贴现有管道的内表面。所述膨胀囊的翻转持续到所述膨胀囊到达并延伸进下游的人孔或者第二进出位置。此时，可以对受挤压而紧贴现有管道内表面的内衬进行固化。将热水引入到膨胀囊内而开始固化，所述热水再循环以促使浸渍在内衬中的树脂固化。

内衬中的树脂固化后，膨胀囊可以去除，或者留在固化内衬的现场。如果将膨胀囊留在现场，总的来说，所述膨胀囊将会是这样一个囊：其具有相对薄的树脂可浸渍层，所述树脂可浸渍层位于外部非渗透层的内侧。在这种情况下，如本技术领域中公知的那样，翻转后的树脂可浸渍层将会使得膨胀囊粘在内衬的树脂浸渍层上。此时，需要进入人孔或者进出位置打开内衬以释放用于膨胀所述膨胀囊的水并切掉延伸到人孔中的端部。当要去除膨胀囊时，可以通过在逃离端(evasion end)拖拉回拉(holdback)绳以去除膨胀囊，所述回拉绳连接于膨胀囊尾端，用于控制其翻转速度。此操作一般是在从接收端刺破膨胀囊以释放用于翻转膨胀囊的水且开始树脂固化之后进行。最后，可以去除下行管。设施通过加了内衬的管线将再次被连接起来。如果存在交叉的设施连接，则在利用加了内衬的管线恢复所述设施之前，将再次打开所述交叉的设施连接。

在Insituform方法所使用的现有水翻转方法中，使用冷水翻转内衬。内衬在现有管线中充分翻转之后，再使热水循环通过连接于内衬翻转面的平置管中。在固化周期中，使热水循环。在中直径和大直径的内衬中，随着内衬直径的增加，翻转所需的水量急剧增加。无论用于翻转或者拉进充胀，所有用于充胀内衬的水必须在加热和固化周期中被加热。另外，一旦完成固化，必须通过添加冷水或者连续循环来冷却固化水，直至固化水处于这样的温度：固化水可以在沿管路的端部切掉内衬后释放入下游管线中，或者可以从固化内衬中抽出并转移至适当的处理系统中。

采用这种用水的设备的主要不便之处在于翻转用水的数量和可用性。一般必须将水从55加热到180以对固化起作用，然后还须在将其释放入适当的处理系统之前添加更多的水以将其冷却至100。

通过采用空气替代水而产生翻转力可以克服这种不便，且一旦浸渍的内衬充分翻转，就能用蒸汽对所述内衬进行固化。尽管水是产生蒸汽所必须的，但是蒸汽形式的水量仅为用于水翻转、固化和冷却所需水量的5～10％。这意味着：即使在不便供水的地点，也可以采用蒸汽进行固化。水量剧烈减少的原因是：与加热的一磅水相比，蒸汽状态的一磅水能提供更多的能量。温度每降低一度，对应于一磅水的一磅蒸汽释放近似1000BTU的热量，而一磅水仅释放lBTU热量。这种减少的用水需求加上加热周期的有效缩短，大大减少了固化周期和安装时间。

在使用空气翻转且蒸汽固化中具有此种明显有益效果的情况下，为什么业界还迟迟不愿放弃水翻转和热水固化呢？

当用水翻转树脂浸渍的内衬时，内衬的在翻转头(inverting nose)到翻转装置之间的未翻转部分，受与通过内衬所转移的水量相等的力的作用而浮起(buoy up)。在CIPP内衬的情况下，这意味着内衬的有效重量大大减小，因而将未翻转内衬朝向翻转头拖拉所需的力减小。而当用空气产生翻转力时，未翻转的内衬位于管子的底部，作用在内衬的翻转头上的空气压力必须将全部重量的内衬向前拖拉。

无论以什么方式产生翻转能量，必须克服三种力以翻转CIPP内衬。这些力为：

1.翻转内衬(将内衬的内侧向外翻出)所需要的力。这种力根据内衬的厚度、材料类型以及内衬厚度与直径的关系而变化。

2.从翻转装置向翻转头拖拉内衬所需要的力。

3.拖拉内衬通过翻转装置所需要的力。

上述第一种力(1)对于空气翻转和水翻转来说是相同的。

第二种力(2)在水翻转和空气翻转之间变化巨大，因而会限制空气翻转的长度。在不对安装的CIPP内衬造成负影响和/或对现有管道造成损害的情况下，能够采用多大的压力进行内衬翻转是有限制的。对于水翻转和空气翻转来说均可以用润滑剂来减小拖拉力。

第三种力(3)可以基于装置的设计而变化。在现在使用的大多数装置中，当第一种力和第二种力中的一个或者两个增加时，拖拉内衬通过装置所需要的力将增加。这是由以下事实所导致的：为了增加可用的翻转能量，当前使用的典型装置限制受压流体从内衬入口下方的压力腔流失进入装置以及翻转中的内衬的翻边和绑着的端部。这种限制一般通过增加气动括约肌密封套(pneumatic sphincter gland)中的压力，或者通过使用翻转流体供应能量的密封套来实现。一般情况下，密封套材料和翻转的CIPP内衬的压缩限制了这种向内的运动。这反过来导致翻转的CIPP和密封套之间摩擦的增大。

作为替代技术方案，鉴于蒸汽所携带的能量已经提出了使用蒸汽。在Insituform专利No.6,708,728和No.6,679,293中已经公开：采用空气膨胀膨胀囊且采用流过的蒸汽，所述专利的内容通过援引并入本说明书中。在这些最近授权的专利中采用拉进充胀技术的方法，且这些方法现在用于小直径的内衬中。对于这些尺寸的内衬来说，这些方法优于水翻转法。然而，这些专利中公开的净化滤筒不适合于中直径和大直径的内衬。中等尺寸的内衬是指直径介于近似21英寸至45英寸之间的内衬。大直径内衬是指直径超过近似45英寸的内衬。

尽管利用热水进行固化的现有方法具有上述的各种优点，但是能量和劳动力成本以及涉及到大量使用水等缺陷有增加的趋势，所述水可能携带有由于通常所使用类型的树脂所产生的苯乙烯。因此，需要提供一种适合于中直径内衬和大直径CIPP内衬的修复方法，其中采用空气通过树脂浸渍膨胀囊将内衬充胀，所述膨胀囊具有内部空气/蒸汽排放管，且通过流过的蒸汽将树脂固化，以利用蒸汽提供的能量，由此提供一种比现有使用的各种修复方法更快和更经济的安装方法。

发明内容

总的来说，根据本发明，提供了一种通过拉进充胀法安装现场固化内衬而修复现有管线的方法。用空气充胀树脂浸渍的膨胀囊，且在无压力损失的情况下，用流过的蒸汽固化浸渍在内衬和膨胀囊中的树脂。将树脂浸渍的内衬拉进要修复的现有管线中且在端部切割以延伸超出现有管线。在膨胀囊的尾端安装有排放装置，所述膨胀囊具有覆盖有非渗透涂覆层的树脂可浸渍材料层。所述排放装置包括具有回拉连接装置的开口端。具有覆盖端的相对端或者前端插入膨胀囊的尾端且绑在膨胀囊的尾端或者回拉端，所述覆盖端具有蒸汽阀。

将回拉绳和打孔的扁平软管连接于所述回拉连接装置。将树脂浸渍的内衬拉进主管道(host pipe)。将膨胀囊拉过具有翻转套(inversion boot)的受压翻转腔。将内衬的近端绑在膨胀囊的翻转套上。将受压的空气供入翻转腔阀，翻转空气使得膨胀囊翻转并充胀拉进的内衬。

一旦在主管道的远端能看到排放管时，即停止翻转。切割打孔的扁平软管并将远端连接于蒸汽软管。将管端组件连接于内衬的近端，且将膨胀囊翻转以允许膨胀管与所述管端组件相结合，且在翻转完成时使排放装置露出。

将排放软管连接在露出的排放装置的远端。连接于扁平软管近端的蒸汽软管连接于锅炉。将蒸汽送至扁平软管以加热内衬，然后开启排放管上的排放阀以保持内衬中的压力。保持蒸汽和空气流直到：温度显著提高，空气减少，且全部的蒸汽用于固化树脂。在固化周期的末尾将蒸汽阀慢慢关闭并加入空气以开始冷却。如传统安装那样将内衬的端部切掉。

因此，本发明的目的是提供一种改进的修复现有管线的方法，所述方法通过以下方法来安装现场固化内衬：拉进树脂浸渍的内衬并通过用空气翻转膨胀囊而翻转树脂浸渍的膨胀囊。

本发明的另一目的是提供一种改进的膨胀囊，其用于安装现场固化内衬，所述膨胀囊具有安装在膨胀囊尾端的排放管。

本发明的又一个目的是提供一种改进的以拉进充胀法安装现场固化内衬的方法，所述方法中，采用流过的蒸汽进行树脂的固化。

本发明的再一个目的是提供一种改进的以拉进充胀法安装现场固化内衬的方法，其中采用空气翻转膨胀囊充胀内衬，采用蒸汽固化膨胀囊和拉进内衬中的树脂。

本发明的再一个目的是提供一种排放装置，其安装在膨胀囊的尾端，以允许空气排出且允许蒸汽流过膨胀囊和内衬。

本发明的再一个目的是提供一种改进的现场固化内衬的安装方法，  其中所述方法利用蒸汽进行固化，即通过连接于膨胀囊尾端的打孔扁平软管沿着膨胀囊的长度调节性地提供蒸汽。

根据本申请文件，本发明的部分其它目的和优点将会变得清楚和显而易见。

因此，本发明包括：若干步骤一个或者多个所述步骤彼此之间的联系；以及具有特点、特征以及部件之间联系的装置。这些内容将在下面公开的内容中示例，且本发明的保护范围将在权利要求书中阐明。

附图说明

为了更全面地理解本发明，现结合附图进行下述说明，其中：

图1(a)和1(b)是剖面正视示意图，其示出了在对主管道添加内衬的安装过程开始时，在典型的州际高速公路的涵管(culvert)中，将树脂浸渍的内衬从所述涵管的上游或者翻转端向所述涵管的下游或者远端拉进；

图2(a)、2(b)和图2(c)是剖面示意图，其示出了向现场固化膨胀囊安装时的排放组件；

图3是俯视图，其示出了根据本发明的、绑于图2中的排放软管组件上的现场固化膨胀囊；

图4是剖面示意图，其示出了根据本发明的、用于对图3的膨胀囊进行空气翻转的受压翻转装置；

图5是剖面示意图，其示出了根据本发明的、在安装过程中处于主管道远端的膨胀囊的翻转面，其具有观测活板以对排放管的位置定位；

图6是剖面示意图，其示出了图5中主管道远端的膨胀囊的翻转面，所述膨胀囊具有现场端部封闭框架；

图7(a)是沿图6中7-7线的端部封闭框架的剖面图，且图7(b)是沿A-A线的剖面图；以及

图8(a)、图8(b)以及图8(c)是俯视图，其示出了根据本发明的，在现场固化膨胀囊中形成空气释放口的步骤。

具体实施方式

图1(a)和(b)示出了具有现有管道(passageway)12的典型高速路涵道(culvert)11，管道12横穿过高速路13和14的下方。图1(a)示出了上开口16，图1(b)示出了下开口17。在施工现场，适度制冷的卡车1 9提供树脂浸渍的内衬，所述树脂浸渍的内衬通过下开口端17处的绞盘43从上开口16拉进。内衬18包裹有聚丙烯套以防止损害并控制纵向拉伸。

相关领域中公知类型的柔性现场固化内衬由至少一层柔性树脂可浸渍材料制成，诸如具有外部非渗透聚合物膜层的毛毡层等。毛毡层和膜层沿着接缝线缝合以形成管状内衬。为了确保内衬的非渗透性，在接缝线上设置呈条带式的热塑性膜或者在接缝线上挤上共用的(compatible)挤出材料。美国专利No.6,708,728和No.6,679,293中详细公开了这样的内衬。

对于较大内衬直径的内衬来说，可以采用多层毛毡材料。毛毡层可以是天然或合成的柔性树脂可吸收材料，诸如聚酯纤维或者丙烯酸纤维等。外层中的非渗透膜可以是诸如聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃，诸如聚氯乙烯等乙烯基聚合物，或现有技术中公知的聚氨酯。在所有非开挖修复安装方法的初始步骤中，要对现有管线进行清理和摄像等准备工作。

参见图2(a)、图2(b)和图2(c)，其示出了具有覆盖端(capped end)22和蒸汽阀23的排放管21插入在膨胀囊24的末端。排放管21由一定长度的套有钢套的蒸汽软管26形成，包括具有回拉(holdback)连接装置28的敞开端27。排放管21的相对端或前端29插入膨胀囊24的尾端，且所述膨胀囊的尾端通过钢带31绑在排放管21的尾端或者回拉端。排放管21覆盖有塑料膜管34，塑料膜管34通过多个索带36系住以防止膨胀囊24的撕裂。

如图3所示，排放管21的覆盖端22插入膨胀囊24且用带子31固定在膨胀囊24中。回拉索32连接于回拉连接装置28。冷凝管33也安装于排放管21的敞开端27。

膨胀囊24还可以包括图8所示的空气释放口81，所述空气释放口形成在距离膨胀囊24的端部约2至4英寸处。这使得随着膨胀囊24的翻转，膨胀囊24中的空气在通过翻转装置中的阀之前排出。释放口81以如下方式形成：在膨胀囊24的顶层切割1/2英寸的孔82，采用从三个侧面固定的第一补片(patch)83覆盖孔82，然后用也是从三个侧面固定的第二补片84叠置其上。补片83和补片84由外侧具有非渗透层的内衬材料形成。

空气释放口81的典型尺寸如下：第一补片83为近似3至6英寸乘3至6英寸，且置于孔82上方。通常，补片83为3英寸乘5英寸的矩形，其两短边和远侧长边固定于膨胀囊24的外层。第二补片84需要略大，可以为近似4至7英寸乘4至7英寸。典型的，补片84为4英寸乘6英寸的矩形，其两短边和尺寸相近的长边牢固固定于膨胀囊24的外覆层。

在根据本发明的方法的安装开始之前，采用一种称为“浸湿”的工艺将可固化的热固性树脂浸入内衬18的毛毡中。如添加内衬领域广为公知的，所述浸湿方法通常包括：通过形成于外部非渗透膜层的端部或开口将树脂注入到毛毡层中；抽真空；并使浸渍的内衬通过轧辊。在Insituform美国专利No.4,366,012中记载了一种这样的真空浸渍过程，所述专利的内容通过援引并入本说明书中。很多种树脂都可使用，如聚酯树脂、乙烯酯类树脂、环氧树脂等，可以根据需要进行改良。优选使用在室温下相对稳定，但在加热时易于固化的树脂。

浸渍的内衬18从主管道12的上开口16到下开口端17设置近似20英尺。绳或索15从上开口16穿到下开口17。然后将索15连接于拉进绞盘43并拉向上开口16。

随着内衬18进入主管道12，由聚丙烯42或者其它适合的塑料膜或套形成的卷41被置于拉进的内衬18下方且包裹在所述内衬的周围。随着内衬18被绞盘43拉进主管道12，套20折叠在内衬18上且绑着或捆着，以保护内衬18。继续拉进内衬18，直到内衬18的远端18b与主管道12的端部相隔理想距离。在尾端18b中形成开口18c，以辅助确定排放管21的准确位置。

通过空气翻转装置将膨胀囊24翻转入内衬18。在所述实施例中，翻转装置51具有至少一个阀或者密封套，以用于在采用空气翻转膨胀囊24时与所述膨胀囊相结合。装置51包括至少一个美国专利No.5,154,936中所示类型的括约肌阀(sphincter valve)52，且位于拉进的内衬18的尾端。装置51包括：入口端53；以及具有翻转套56的出口端54，以与膨胀囊24的直径相配合。将空气注入阀空气入口57以操作阀52并结合膨胀囊24。翻转套56包括翻转空气入口58，以用于注入空气以控制膨胀囊24的翻转。

翻折且拖动膨胀囊24使其通过翻转装置51，直到其足以通过翻转套56的表面。接着将膨胀囊24在翻转套56上翻折并牢固地绑(banded)于其上。然后将拉进的内衬18绑在翻转套56上，且处于已绑着的膨胀囊24之上。用于操作翻转装置51的括约肌阀52以及用于翻转膨胀囊24的翻转空气软管连接于翻转装置51。

在使用水翻转方法的传统拉进充胀安装法中，下行管中水柱的高度保持了膨胀囊和内衬中的压力。通过将浸渍的内衬暴露在热量中而开始固化。这通常通过将加热的水导入翻转管或者通过使热水在再循环软管中循环来实现，所述再循环软管通过连接于翻转中的膨胀囊尾端的回拉绳拉进翻转中的膨胀囊。一般来说，根据所选择树脂的种类和内衬的厚度，采用热水固化要耗时3到5小时。在固化后，去除膨胀囊之前需要进入下游的人孔以释放加热的水。

对于中直径和大直径的内衬来说，这带来了很大问题，尤其是当对如图1所示具有很大斜度的典型高速路涵管重新加衬时。这不仅需要大量的水，而且由于高度差而产生的额外压力将会撑裂(rupture)膨胀囊。为了避免这种情况，希望利用空气膨胀并利用蒸汽固化。另外，蒸汽所携带的能量将会以较低能量成本来更快地固化内衬。

例如，下表I示出了对现场固化管进行水固化和蒸汽固化所需要水和能量的对比，其中，所述现场固化管为114英尺，直径为42英寸，且具有9.5英尺下行管和3.5英尺下游端。

表I

CIPP蒸汽固化和水固化所需能量和水的对比
								114.1英尺42”直径CMP(101CMP+9.6英尺下行管+3.5下游端)
土壤温度(ground tempreture)华氏60度无地下水(ground water)
水翻转和固化				空气翻转和蒸汽固化
													108ftx39.67#/ft树脂	4284
	水的磅数	68,501			所需的蒸汽磅数@每一磅蒸汽1.5磅树脂	2856
													预估的水的加仑数	342
									水的加仑数	8,208			实际使用的加仑数	225
	水温	55			实际使用的蒸汽的磅数	1878
									固化温度	180
	温度差	125
	加热水所需要的BTU数	8,562,631
									每小时500万BTU的锅炉加热的小时数	2.4
	固化时间：一个锅炉@350万间歇加热(时间的20％)的小时数	2.5

	固化所需要的BTU	1,750,000
									预估的总的BTU数	10,312,631			用于蒸汽固化的BTU数	1,821,362
	整个加热和固化	5小时*			整个加热和固化	3小时*
1.空气翻转蒸汽固化所使用的水是水翻转法所使用的水的2.7％；225加仑vs.8,208加仑。(注意这还不包括在大多数水翻转中用于冷却而加入的水)
								2.空气翻转蒸汽固化所使用的能量是热水固化所使用的能量的17.7％(蒸汽固化1,821,362BTUvs.热水固化10,312,631BTU)
3.蒸汽固化的加热和固化周期是热水固化的60％。

图4示出了美国专利No.5,154,936中公开的一类典型管翻转装置51，所述专利的内容通过援引并入本说明书中，以根据本发明的一个优选实施例进行使用。翻转装置51可以水平安装在主管道的上游端。美国专利No.5,154,936中所示出的各种连接器安装在翻转装置51上，以允许导入空气来操作括约肌阀52，并将翻转空气供入膨胀囊24的内部且供入蒸汽，以实现膨胀囊24和内衬18中树脂的固化。

通过翻转装置51将膨胀囊24送入并绑在翻转端部。内衬18的暴露的上游端绑在膨胀囊24上。阀52受压，膨胀囊24翻转进内衬18。向空气入口供应足够的空气压力以实现翻转。在送入膨胀囊24时向膨胀囊24的表面涂覆润滑剂，以在所述膨胀囊的翻转过程中利于其通过密封套的移动。

调节翻转空气的供应以及膨胀囊的压力，以保持均匀的翻转速度。建议的压力为：

直径(Dia)	36”	42”	48”	54”
					压力(Psig)	4.0	3.5	3.0	2.5

当膨胀囊24经过翻转装置51且回拉端到达翻转装置51时，用于导入蒸汽的打孔的扁平软管(lay flat hose)71连接于回拉连接装置28。随着回拉连接装置28、回拉索32和扁平软管71进入翻转装置51，进行固化。

一般来说，扁平软管71为能够承受最小压力下的蒸汽温度的任意柔性软管材料，诸如橡胶等。适合的橡胶包括：Viton橡胶、EPDM橡胶以及腈涂布的聚酯增强软管材料。这些软管应当耐油且耐天气变化。一般情况下，扁平软管71为4″直径软管。然而，3″和2″直径适合用于根据本发明的空气翻转蒸汽固化的安装。在和蒸汽同时使用之后，没有发现腈涂布的聚酯加强软管的物理性能出现任何弱化。此软管本身并不用于运载蒸汽，而是用在其他的管/内衬中，因此扁平软管所承受的压力受多种输送压力和要进行固化的管/内衬的内部压力之间的压力差的影响。这种压力差一般处于固化开始时的近似1.5psi到固化周期将近结束时的0.5psi之间。

以预定图案对扁平软管71进行打孔，且在远端封闭。在固化过程中，这些所打的孔沿径向产生高压蒸汽喷射和涡流，以减小翻转的内衬中的温度梯度，且无论扁平软管71的位置或者转动，均能促进热传递。根据主管道的直径以及要添加内衬的主管道的长度，所打的孔的直径尺寸范围可以为从1/16”至1/4”。在扁平软管的全部长度上应用两孔重复图案，其中，所述两孔定位于所述扁平软管的相对两侧且沿纵向具有4”至12”的间隔。选择孔的尺寸以使沿着扁平软管的全部长度上的蒸汽喷射有足够的速度，且所有蒸汽喷射的体积流动的总和与锅炉容量相匹配。

通过在如上所述的CIPP管的固化和安装中使用扁平软管，可以实现以下三个重要目标。

1.沿着CIPP管的整个底部长度喷射蒸汽能量，这避免了从近端到远端的温度分层。

2.随着孔与近端之间的距离的增加，从各孔射出的蒸汽的实际数量减小。这意味着能使喷射蒸汽的平均驻留时间最优化，以固化CIPP管。

3.扁平软管的位置确保了即使在主管道的下垂区域发生冷凝液聚集，CIPP管的底部也能固化。扁平软管200的外部温度和通过所打的蒸汽孔将射入冷凝液中的蒸汽确保了有效的固化。

以在固化周期中注入CIPP管的每磅蒸汽所固化的树脂磅数来衡量，以这种方式向固化中的内衬提供蒸汽，极大提高了固化效率。沿着管长度的能量的均匀分布，也使得从管的顶部到底部和从管的远端到管的近端同时开始放热。

当膨胀囊24继续翻转且到达确定的下开口端17时，排放管21开始离开翻转面。可以通过在自下开口端17延伸的内衬的远端18b中切割观测口18c来确定准确的位置。这在图5中更详细地示出。当停止翻转时保持膨胀囊24中的空气压力。此时，如图6所示，将排放管21引向端部封闭组件61。图7(a)和7(b)示出了封闭组件61的细节。继续翻转直至膨胀囊24被封封闭组件61停止且排放管21结合在封闭组件61中。

封闭组件61包括具有上平压板62以及相配合的下平压板64，所述上平压板具有增大的中央区域63，下平压板具有增大中央区域66，以在排放管21离开下开口17时，使其结合。上平压板62和下平压板64通过多个螺栓67固定在内衬18的远端周围。

此时，将蒸汽导入所连接的打孔的扁平软管71，以开始对膨胀囊24和拉进的内衬18中的树脂进行固化。在本发明的示例性的实施例中，扁平软管71是直径为4英寸的高温热塑性管。在距离相对的折叠部(folds)的折叠边缘半英寸处，每隔一英尺钻八分之一英寸的喷口。这种喷口的图案在近端处提供了更多的蒸汽，即使软管71在安装过程中转动，也能保证良好的混合。通过蒸汽入口软管提供蒸汽，以向入口管线提供蒸汽，所述蒸汽入口采用汇流阀调节以提供气体/蒸汽混合物。调节气体/蒸汽混合物的流动，以保持近似3～6psi的固化压力，直至气体/蒸汽混合物的温度达到：在排放管处测得的温度为理想的近似170～220。

以psig为单位的所推荐的加热和固化压力如下：

管直径	50	60	70	80	90
						加热压力(Psig)	6.0	5.0	4.2	3.7	3.3
固化压力(Psig)	6.0	5.0	4.2	3.7	3.3

根据具体的树脂以及管的厚度，一旦固化完成，即关闭蒸汽流同时调节空气流以保持受压固化。将排放阀调节至六点钟位置保持至少一小时，以冷却至近似130。

一旦温度冷却至所需要水平，空气流压力减小至零，排放阀完全打开。可能已聚集在膨胀囊24中的任何冷凝液通过排放组件21上的冷凝液排放件33排出。

这里所述的现场固化管(CIPP)内衬的空气翻转和蒸汽固化安装是一种节省成本且有效的用于安装和固化中至大直径(18”～84”)内衬的方法。采用蒸汽固化而不对翻转内衬进行放气所需要的工艺，与更典型的利用热水对这些相同直径的CIPP内衬进行固化的工艺极为不同。在采用热水固化的工艺中，典型地，热水被再循环至锅炉。相反，为避免冷凝和压力损失，蒸汽固化采用单程通过的通流法。这种冷凝导致在内衬的底部产生冷却区域，且不能提供固化所需的能量。利用蒸汽对中直径和大直径CIPP内衬进行固化，还需要与利用蒸汽对小直径CIPP内衬进行固化不同的技术。

蒸汽固化中所使用的水仅是热水固化中所使用的水的近似5％，所使用的能量仅是热水固化中所使用的能量的近似15～30％，因此当使用适当时，蒸汽固化是比热水固化更加环保的固化方法。早期进行的将CIPP内衬蒸汽固化法扩展至18”和18”以上直径内衬的尝试中，经常出现安装的CIPP内衬的底部固化不完全的情形，而使用大量蒸汽和/或蒸汽和空气以克服上述固化问题的尝试也仅偶有成功。另外，大量蒸汽的导入具有延长固化周期时间和增加能量耗用的倾向。即使具有延长了的固化周期和增加了的能量，也难以在某种野外条件下实现有效的固化。可以相信，这是由于温度分层以及在管道和固化中的内衬的下段中聚集形成了冷凝区域。聚集的冷凝液隔热并阻碍了热量从上方的蒸汽层传递至树脂层。

中直径至大直径CIPP内衬的热水固化，固化每磅树脂一般需要近似1500至2000BTU的热量。相反，小直径内衬(6”～12”)  的蒸汽固化，固化每磅树脂需要近似700至1000BTU的热量。

即使在CIPP内衬的底部出现冷凝液聚集成池的区域，所述的方法也能始终以每磅树脂近似300至500BTU热量而实现CIPP的完全固化。这之所以可能，是因为采用了蒸汽喷射法，所述蒸汽喷射法能控制蒸汽喷射位置以消除温度分层并消除聚集成池的冷凝液对固化的不利影响。所述方法还沿着CIPP内衬的长度控制蒸汽喷射的数量和位置，以使得在蒸汽作为冷凝液或者水蒸汽在从CIPP内衬的远端排出之前，每磅蒸汽向树脂毛毡层传递最多的热量。

如这里所述，将蒸汽注入端部封闭的软管，在膨胀的CIPP内衬的翻转中所述软管平放。设置具有控制阀的独立排放口(或多个排放口)以控制水蒸汽和冷凝液从CIPP内衬的远端排出。所述软管包括沿软管整体长度间隔设置(以一定尺寸和间隔设置)的多个喷口。将所述围绕软管圆周的喷口的位置设计为：无论软管在置于CIPP内衬中的过程中如何转动，沿着软管长度的多个喷口都将朝向CIPP内衬的底部。这使得在整个固化周期中蒸汽连续喷射向任何聚集成池的冷凝液。射入冷凝液中的蒸汽将冷凝液加热至确保固化所需要的温度以上。

蒸汽喷射软管的封闭端使得注入的软管的内部压力高于CIPP内衬的内部固化压力。随着注入的蒸汽沿着软管的长度移动，蒸汽被通过喷口强制排出，以在CIPP内衬内部形成蒸汽层。随着蒸汽移动远离蒸汽喷射软管的注入端，蒸汽喷射软管的内部压力和CIPP的内部压力之间的压力差减小。因此，从各喷口喷射的蒸汽量沿着蒸汽喷射软管的长度而减少。

这实现了三件事情：

1.可以延长CIPP内衬中大多数蒸汽的驻留时间，以向树脂毛毡层传递最多的能量。

2.随着蒸汽向着CIPP内衬的排放端移动，连续向蒸汽层增加额外的能量，这保持了更高的能量传递速率。

3.向蒸汽层进行的蒸汽喷射同时产生涡流，这消除了温度分层且促进了能量传递。

了解CIPP内衬的物理性能(直径、长度、厚度、树脂和催化系统)和锅炉的每小时以BTU计的可用输出，就能够调节喷口的尺寸以与锅炉的推荐的固化周期中每小时的蒸汽输出磅数相匹配。

很容易明白，根据本发明的方法使得人们可以利用流过的蒸汽固化树脂而获得有益效果。通过实施所述方法，能够容易地将管状构件翻转通过现有管线。通过设置可选择开启的排放阀和在翻转中的膨胀囊的尾端设置排放管，可以保持膨胀囊和充胀的内衬中的压力，且能够在翻转入口处导入蒸汽，并能使蒸汽流过固化中的内衬，以利用蒸汽中更多的可用能量，比人们利用循环热水固化显著更快地固化树脂。

由此可见，从通过上述描述已变得清晰的内容中，上述目的已经有效实现；并且，由于对于实施上述方法，所述产品以及所述构造可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下进行特定变化，因此包含在上述说明以及附图中所示的所有内容都应当解释为示意性的而非限制性的。

还应理解的是，所附的权利要求书旨在概括本说明书描述的本发明的所有一般和特定的特征，以及可能落入本发明保护范围的所有陈述。

Claims (26)

1.一种利用从第一进出位置到第二进出位置的柔性树脂浸渍内衬来非开挖修复现有管线的方法，其中，通过翻转柔性树脂浸渍内衬以使所述内衬与现有管线相贴合且固化所述树脂，所述方法包括以下步骤：

提供柔性树脂浸渍内衬的供应源，并将所述柔性树脂浸渍内衬的一端从所述第一进出位置向所述第二进出位置拉进所述管线中；

提供柔性膨胀囊的供应源；

在所述膨胀囊的尾端设置排放装置；

用空气将具有所述排放装置的所述膨胀囊翻转入所述柔性树脂浸渍内衬的内部，以使所述排放装置可以到达所述第二进出位置；

将蒸汽导入所述膨胀囊的内部，并使蒸汽流过所述膨胀囊且通过所述排放装置排出；以及

使所述内衬中的树脂固化。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述膨胀囊包括树脂浸渍的材料层。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述膨胀囊中的树脂与所述内衬中的树脂一起固化。

4.如权利要求4所述的方法，其中所述排放装置为具有第一覆盖端和敞开的第二端的管，且在所述管的覆盖端具有可选择开启的阀。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述排放管固定于所述膨胀囊的尾端，且所述覆盖端延伸进入所述膨胀囊的内部。

6.如权利要求1所述的方法，还包括将柔性扁平软管固定于所述膨胀囊的尾端的步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其中通过所述扁平软管将蒸汽导入所述膨胀囊。

8.如权利要求6所述的方法，还包括在完成翻转之前将蒸汽软管连接于所述扁平软管的尾端的步骤。

9.如权利要求6所述的方法，还包括设置柔性扁平软管的步骤，所述扁平软管具有多个喷口，所述喷口沿着所述扁平软管的长度方向贯穿处于平置状态的扁平软管基体而形成。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述喷口沿着平置的扁平软管的两边缘交替形成。

11.如权利要求6所述的方法，还包括在使所述扁平软管的尾端进入所述膨胀囊中之前，将蒸汽源连接至所述扁平软管的尾端的步骤。

12.如权利要求11所述的方法，包括通过翻转装置翻转所述膨胀囊的步骤，所述翻转装置具有用于在所述膨胀囊中产生压力的至少一个柔性括约肌阀。

13.如权利要求12所述的方法，其中利用导入所述括约肌阀下游的翻转装置中的空气翻转所述膨胀囊。

14.一种通过翻转柔性树脂浸渍管来非开挖修复现有管线的方法，包括步骤：

提供柔性树脂浸渍管的供应源；

将所述管翻转入现有管路；

将打孔的扁平软管连接于翻转中的所述管的尾端；

设置用于使蒸汽流过已翻转的所述管的排放装置；

将蒸汽导入所述扁平软管和已翻转的管的内部，且使所述蒸汽流过所述排放装置；以及

使所述浸渍的管中的树脂固化。

15.如权利要求14所述的方法，包括在处于平置状态下的扁平软管的边缘交替形成多个喷口的步骤，以用于沿着已翻转的浸渍管的长度方向散布蒸汽。

16.如权利要求15所述的方法，其中将蒸汽喷射入形成于所述管的底部的任何冷凝液池。

17.一种排放组件，其用于利用树脂浸渍内衬来非开挖修复现有管线，所述排放组件包括：

细长的中空管状构件，其具有位于第一端的可选择开启的阀，以及封闭所述组件的第一端的覆盖件；以及

管状构件，其具有敞开的第二端，在软管管段的覆盖端置于所述管的内部且该敞开的第二端朝向所述内衬的端部的情况下，所述敞开的第二端适合于绑在所述柔性树脂浸渍管的尾端的内部。

18.如权利要求17所述的排放组件，还包括固定在所述敞开的第二端的冷凝液排放装置。

19.如权利要求17所述的排放组件，还包括安装在所述敞开的第二端的回拉连接装置。

20.一种柔性树脂内衬，包括：

一定长度的内衬材料，其由具有外部非渗透层的树脂可浸渍材料制成且形成为管；以及

空气释放口，其形成于所述管的尾端，所述释放口以下述方式形成：在所述非渗透层中形成邻近所述可浸渍材料的孔；用内衬材料制成的一补片设置在所述孔的上方且朝向所述管的长度的一部分不连接；设置第二补片构件，以部分覆盖固定于所述非渗透层上的第一补片构件，所述第二补片构件具有未固定区域以与所述第一补片构件的未固定区域相配合，允许空气在管翻转时通过所述孔逸出。

21.一种用于现场蒸汽固化内衬的扁平软管，包括：

一定长度的柔性软管，所述软管由能够承受蒸汽温度的材料制成；以及

多个孔，其形成于处于扁平状态的软管的边缘。

22.如权利要求21所述的扁平软管，其中所述孔在边缘处交替形成。

23.如权利要求21所述的扁平软管，其中所述软管的远端封闭。

24.如权利要求21所述的扁平软管，其中所述多个孔以距离4到18英寸的间隔排列形成。

25.如权利要求21所述的扁平软管，其中所述软管为橡胶软管。

26.如权利要求25所述的扁平软管，其中所述软管为腈覆盖的聚酯加强的排放软管。

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