CN1012210B - 管道加管衬的方法和设备 - Google Patents

Abstract

为装好的管道加管衬的方法，包括下述步骤：用一节其外径大于要加衬管道内径的、由具有保持复原力的塑料制成的管，为使其外径减小达15%而采用拔拉装置在拉力下将其拉过一型模并拉入要加衬的管道，型模直接或间接连在要加衬的管道上，拔拉装置连于衬管前端，拉力在衬管从型模拔出后能部分地抑制衬管外表面的径向膨胀；把外径减小到和/或保持在比要加衬的管道内径小的衬管拉过管道，放松拉力而在普通大气压和管道的环境温度下让衬管在管道内膨胀。

Description

本发明涉及为现有管道加管衬的一种方法和设备。在本发明的描述中涉及天然气管道、石油管道和给水管道，但可认为本发明适用于各种管道。

当给已安装好的管道加管衬时（当这种管道埋在地下时会由于地面移动而产生开裂），公知的办法是把一个加热的塑料管衬拔拉过一型模以减小其直径，然后把其拉进一段现有管道之中。

本发明的目的是提供一种给已装好的管道加管衬的改进的方法。在衬管被拔拉进现有管道之前用一型模减小其直径。“已装好”的管道是指那些已装在适当位置、用来完成其预期目的的管道。例如埋在地下用来输送天然气、石油、水或污水的管道，构成一个较大设施一部分的管道，如在石油和天然气提炼厂装置或储存装置里的、或支撑在地面上或者铺设安装以连接供给源与受给者的管道，比如连接油井与提炼厂或港湾的油管。

当管道埋在地下时而要进行上述加管衬的工作时，一般是使一台卷扬机靠近要加管衬的某节管道一端的开挖场地，从卷扬机处导引一根缆绳或类似柔性线穿过该管道到另一开挖处，在那边装在一塑料衬管的前端。靠近该第二开挖处有一管道加热和挤压装置，该装置有一加热器和一缩管模。在加热和挤压装置的出口端有一往复式“推进器”以扣住塑料管将其从装置中拉出并迫使其移向要加管衬的管道。

按照本发明，提供了一种给已安装好的管道加管衬的方法，它包括 如下步骤：取一节衬管，其外径大于要加衬的管道的内径;使用拔拉装置在拉力下将衬管拉过一型模，将衬管外径减小，该拔拉装置穿过管道并连接于衬管的前端;把外径减小到比要加衬的管道的内径小的尺寸的衬管拔拉通过已装好的管道;衬管由具有保持复原能力的聚乙烯或聚乙烯共聚物的塑料材料做成的;使由拔拉装置所施加的拉力在衬管从型槽内拔出后能部分地抑制衬管外表面的径向膨胀;在将衬管拉过已装好的管道以后，放松所述拉力而在普通大气压力和管道的环境温度下使该管在该管道内复原膨胀。

按照本发明，在将衬管模制之前可将其预先加热到35℃-90℃之间。在一种实施方案中，可将衬管预先加热到35℃-65℃之间，最好预先加热到45℃-55℃之间。衬管的部分预加热可在型模内完成。按照本发明衬管外径的减小达15%。

本发明的一个方面是：在模制衬管之前采用本发明涉及技术所公知的办法加热衬管。或者说此外，也可在衬管通过型模过程中加热衬管。在这种情况下，本发明提供了在衬管穿过型模的同时加热型模内表面的方法。

本发明的另一方面是：可以在环境温度下进行模制操作。选择适合于在环境温度下模制的衬管取决于，尤其是取决于，该衬管的尺寸、其SDR比和制成该衬管材料的特性。在环境温度下，操作者经过反复试探的方法可容易地确定是否可以某一特殊条件下成功地模制衬管。

通过一个关于其操作的最佳方面，本发明构想了一种型模。该型模表面全部或部分与模轴线成6度到32度之间的倾斜角，其表面没有超过32度角之外的部分，且沿模轴线延伸一定长度，该长度至少为衬管与此表面相接合的部位与衬管脱开模的部分之间的轴向距离的70%。

已有技术实际使用的模制方法的模由两部分分构成：第一部分为倾斜的型模表面，用来把直径减小到一最小值;第二部分为模内侧的轴向 延伸部分，有平行于模轴心线的壁和与上述最小值相等的内直径。我们发现，在实施本发明中，相对于该第一部分的轴向长度来减少所述第二部分的轴向长度，要不然把整个第二部分全部省掉，这样做更有利。特别是，采用这种设计的型模，其第一部分在其轴向上的延伸等于从该衬管与模倾斜面相接触的部位到该衬管从型模出来的出口孔之间的轴向距离的至少70%的轴向距离，且这段距离最好超过80%的上述距离，较有利为超过85%，这样实际上减少了需用以模制衬管的拉力。在实施本发明时，使用这样一种型模的另一结果是，当用一根合成碳氢化合物树脂的衬管时，如在实际中常用的聚乙烯或改性聚乙烯衬管时，从模出口孔拉出的衬管表现出与模制程度有关的，比现有技术中具有上述如此基本长度的第二部分的拉模所能产生的更强的径向膨胀趋势，现有技术中模的第二部分占总轴向长度的50%。在放松拉力后，这种趋势将产生比用现有技术的模产生的径向膨胀更大的与拉力成正比的径向膨胀。

本发明的步骤取决于下述两个因素：由放松拉力而引起衬管在要加衬的管道内的膨胀;由模制后衬管的复原力诱发的衬管的膨胀。由于使用上述具有相对于第一部分的轴向长度减少了的第二部分的轴向长度的模，可大大地增加由于放松拉力而引起的与拉力成正比的膨胀，从而改进了对管道加衬操作的控制。

相对于我们正在申请中的共同申请等，UK8806926，上述装置更进一步具有一显著优点。当推进器扣住该衬管并把它朝要加衬的管道推进时，由拔拉装置（如卷扬机）施加在该管道远端的拉应力会暂时减少，这是该种推进器工作时所固有的品性。当推进器放松其紧扣后，应力又恢复到原值。这会在工作中产生应力连续波动。在这种波动过程中，需要使在最大应力和最小应力之间的转换尽量平稳和具有最少量的激剧变化或跳动。

我们发现，由于本发明型模的最佳使用的结果，衬管应力变化的幅 度减小了而应力波动也平缓了，与现有技术的模相比较，本发明型模所产生类似程度的模制所需的拉应力要小，而且从模口挤压出来的衬管部分“回弹”趋势更大，考虑到与施加拉应力有关的非常大的拉力问题，这又在操作安全和效率两方面形成一重要的改进。

用本发明的方法，在单个操作中可以加衬的管道长度一般可在10米以上。在任何特殊情况下，可加衬的管道的有限长度将取决于下述几个因素的组合：在管道内衬管移动的摩擦阻力;进入管道后直径已变小的衬管承受变形的程度（该问题在直径较大，SDR比例相当大的衬管中碰到过）;在衬管前端的极限应力，即超过此应力时衬管可能会受到永久性破坏或伸长;带动拔拉装置的机械（如卷扬机）的功率;衬管直径和/或平直度的均匀性及管道内侧直径或平直度的均匀性。在任何特殊情况下，最合适的可行的加衬长度能通过反复试验容易地确定。采用本发明的方法，管道加衬的长度可达到450米或更多。模的表面抛光可用现有技术中已知办法做到。这种表面抛光应至少低于N7，较好的要一般低于N6，最好低于N5，理想的是在N4左右或更低。

已发现，当该型模的倾斜面相对于其轴心线具有相当小的倾斜角时是有利的，这个角的大小在12～29度之内，最好是20～25度。减小这个角度会帮助降低用来产生对衬管的压力所需的拔拉荷载，但对任何给定压缩程度的压力而言，同时也增加了模制面的面积。最佳角度将为，在任何特殊的情况下，使高荷载的所有缺点减少到最少，以一方面产生压缩和另一方面产生大的摩擦诱发模表面面积。该模表面形状可为截头圆锥体。换句话说，在上述模倾斜角范围内，模的倾斜面可有一个相对于其轴心线的可变倾斜角。当采用与本发明方法相匹配的保持恢复变形的材料构成的衬管时，衬管可处于其材料的恢复力的影响下并可望在加衬管道内发生径向膨胀，这是本发明的一个重要的和很好的特征。通过适当选用衬管的原始直径、在模制操作中的压力大小、以及与要加 衬的管道内直径有关的模出口直径，在管道内环境温度和压力下，在放松应力后，由恢复力而诱发了管道内衬管的膨胀，本发明能以上述措施而提供一种与管道紧密配合的衬管的方法。没有必要用现有技术所提供的方法使在管道内的衬管膨胀。这些方法如：用衬管内特大的大气压力，从内侧给衬管加温，或最初就对衬管使用非常高的拉力，使其在进入管道之前就引起其直径的预先减小。在任何特殊的情况下，为实施本发明方法而使用的精确的操作条件将取决于上述几个因素，而且将根据管道的内直径和管道被使用的目的（如是否用于水或气体）、衬管的材料和衬管的SDR（SDR表示在衬管模制前其直径与其壁厚的比）。

按照本发明的另一个目的是提供一种为现有管道加衬的设备，这种设备包括：一支撑机架，一装在该机架内用来减小从其内部拉过的衬管直径的型模，使该机架固定到要加衬的管上的固定装置，需要的话安装在型模内以能加温该型模使衬管拔拉通过时被加热的加热器。

衬管用的较好材料是聚乙烯，但具有必要的保持复原特性的其它材料，如聚乙烯的共聚物和十个碳原子以上的至少为一个α-烯烃的化合物也可同样使用。虽然在通过型模的过程中衬管的直径减少高达15%，但其减小值最好在5.0%到9.8%范围内，该减小值应允许衬管能拔拉过现有管道。现有管道内径常常不是准确的，可能沿管道长度而变化。而且衬管的恢复率可能随着环境条件和该衬管的材料的不同而变化，由于这些事实，上述较为简单的要求就变复杂了。与该管道的使用和提供现有管道充分内密封的要求相符的前提下，该衬管的壁厚应尽可能薄。最好衬管的壁厚对其直径的比在10～46之间。

把衬管拉过现有管道所选择的最大拉力应是在上述衬管的屈服强度的45%～55%之内为最好，特别是约50%。型模的入口直径对现有管道直径的比最好应在1.05∶1至1.15∶1范围内。可以使用往复运动的推进器增大所述把衬管拔拉过型模的拔拉装置所施加的拉 力。

为更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施例来例举的方式，同时参照附图，来描述本发明，其中：

图1是按照本发明的一种设备的侧垂直剖面图;

图2是如图1所示的一种改进了的设备的侧垂直剖面图。

参见图1，本设备由一个在一端装有管道夹紧装置2而在另一端装有型模3的支撑结构1所组成。型模3通常是圆筒形的，其较大直径的断面4由一圆锥形断面6连接到较小直径的断面5上。模有一抛光的模表面，此表面倾斜于模的轴心线，其倾斜角在6～32度之间，其中在12～29度之间较为有利，最好是在20～25度之间。抛光度至少要低于N7，一般情况下低于N6，最好低于N5，理想情况是N4左右或更低。断面4和5的直径比最好在1.05∶1至1.15∶1的范围内。已经发现这种配置能使作为大多数普通管的衬管和管道内径之间有足够的恰当间隙，而且正好在材料的直径尺寸恢复范围内。

在所描述的实施例中的型模3的壳体是空的，内装一加热盘管8，由供电线路9供电。经加热盘管8供电是为把衬管加热至35到90摄氏度这个范围内，而且最好是在50摄氏度。在衬管离开该模时，通过安装在衬管周围并能从衬管吸收热的环状热交换器12使模制后的衬管冷却。这种热交换介质可以是二氧化碳、空气、水或任何其它合适的液体。

管道夹紧装置2被固定在现有管道的自由端并与现有管道10一起形成一固定圈以阻止衬管7被拉出来的可能。管道夹紧装置连接在其上的支撑结构的形状可以是筒形的或可以由许多把管道夹紧装置2和模3连结在一起的支托架构成。

在上述的设备操作中，一般聚乙烯或其它合适的材料做的衬管7的一端可被做成斜的或在该端实际上预先做成一个前锥体，把一个带口的 金属前锥体套在其上。壁厚对衬管的直径之比最好在10～46的范围内。在衬管的斜面部分冲几个孔，这些孔与金属前锥体内的那些孔相对应，通过这些孔把钢铰线连到衬管上。钢铰线穿过模3和现有管道，然后与某种形式如固定在适当位置的卷扬机的拔拉装置相连。接通供电开关，把模加热到所需温度，再把衬管斜端插入该模的入口端。该钢铰线的拉力被增加到所需的值（一般为该衬管的屈服强度的45%至55%之间，特别是50%），直到衬管在模内开始运动并被拉入现有的管道内。用这种方法把该衬管完全拉进该现有管道内。放松钢铰线，然后允许衬管的材料复原特性使该衬管发生膨胀，直到该衬管与现有管道的内表面相接触。

如果需要，可用一衬管推进器来协助把衬管推进现有的管道内。在附图2中描述了这样一种装置。参照该图，推进器通常由一个机架21、液压缸22、夹管环23和安装在型模3和管道夹紧装置2之间的辅助件所组成。在操作中，推进器把衬管拉过型模3，然后推进现有管道内。

可以认为，上述实施例仅以列举的方式进行了描述，还可以有许多按照本发明的这种装置。例如该衬管可在进入型模拉长部件之前加热，如我们在正在申请中的共同申请案2186340中所述。

Claims (20)

1、一种给已安装好的管道加管衬的方法，它包括如下步骤：

取一节衬管，其外径大于要加衬的管道的内径；

使用拔拉装置在拉力下将衬管拉过一型模，将衬管外径减小，该拔拉装置穿过管道并连接于衬管的前端；

把外径减小到比要加衬的管道的内径小的尺寸的衬管拔拉通过已装好的管道；其特征在于：

衬管由具有保持复原能力的聚乙烯或聚乙烯共聚物的塑料材料做成的；

使由拔拉装置所施加的拉力在衬管从型槽内拔出后能部分地抑制衬管外表面的径向膨胀；

在将衬管拉过已装好的管道以后，放松所述拉力而在普通大气压力和管道的环境温度下使该管在该管道内复原膨胀。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于将该衬管在模制之前预先加热到35℃-90℃之间。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于将该衬管预先加热到35℃-65℃之间。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于将该衬管预先加热到45℃-55℃之间。

5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于将该衬管的至少一部分预加热在型模内完成。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于衬管是在环境温度下拔拉进型槽结构内的，没有在模内产生或向其供给热量，只是在衬管通过型模过程中在型模内表面与衬管之间由于摩擦而可能产生热量。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于衬管外径的减小达15%。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于将衬管拉过型模时，其直径的减小幅度在1.05∶1至1.15∶1的范围内。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于将型模直接或间接固定在要加衬的管道上。

10、一种给已安装好的管道加管衬的设备，包括：

一个用来减小穿过其内的衬管的直径的型模;

一个将型模夹紧到管道上的装置;

其特征在于还包括：

一个配置在型模和夹紧装置之间、用于当衬管从型模拉出以后将衬管扣住并向管道推进的推进装置。

11、根据权利要求10所述的设备，其特征在于型模具有空心壳体，其中装有加热型模的加热装置。

12、根据权利要求11所述的设备，其特征在于加热装置包括电加热盘管，它在使用时由供电线路供电。

13、根据权利要求12所述的设备，其特征在于在型模下游设有冷却装置，以冷却从型模拉出的被加热的衬管。

14、根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于该型模有一模表面，该表面全部或部分地与该模轴心线成一6度至32度的倾斜角，其中没有超过32度角的表面部分。

15、根据权利要求14所述的设备，其特征在于该型模表面的倾斜角度在12度到29度之间。

16、根据权利要求14所述的设备，其特征在于该型模表面的倾斜角在20度到25度之间。

17、根据权利要求14所述的设备，其特征在于该倾斜表面沿轴向延伸一长度，该长度相当于在有最大直径的型模表面部分和型模出口间整个轴向距离的至少70%的长度。

18、根据权利要求17所述的设备，其特征在于该延伸的长度所占比例至少为80%。

19、根据权利要求17所述的设备，其特征在于该延伸的长度所占比例至少为85%。

20、根据权利要求17所述的设备，其特征在于处于型模倾斜表面和型模出口之间的那段模内壁与模轴心线平行。

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