CN110454645B - 一种埋地非金属管道保护壳及基于其的管道铺设施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种埋地非金属管道保护壳，包括管体保护单元和管道接头保护单元，管道接头保护单元设置于管道连接的接头处，管体保护单元和管道接头保护单元均包括可拆卸连接的下壳体和上壳体，下壳体与上壳体内部均为空腔，下壳体与上壳体连接于一体时能够形成容纳管道的空腔。该保护壳结构简单，易于安装，便于现场施工，还可多次重复使用，使用一定时间后，还可以将管道从保护壳中取出进行回收。本发明还公开了基于该管道保护壳的管道铺设施工方法，施工工艺简单，易于操作。

Description

一种埋地非金属管道保护壳及基于其的管道铺设施工方法

技术领域

本发明属于管道保护技术领域，特别涉及一种埋地非金属管道保护壳及基于其的管道铺设施工方法。

背景技术

油田已经大量使用非金属管道，作为地面油气集输和注水等管道。相对于长输管线而言，非金属集输管道的特点是：压力高、管径小、管道长度短、自然环境及地形复杂、服役周期短。由于非金属管道自身的材料特点，对外力破坏的抵御能力较低，后续开挖作业不当、植物根系生长、鼠蚁啃咬等都可能引起管体损伤进而导致管道失效，因此有必要对埋地的非金属管道采取外保护措施。

目前国内油田的非金属管道不配备保护设施，相关施工标准里也未明确提出管道应增加保护措施。该领域内，现有技术采用轴承钢以及采用钢筋混凝土板作为埋地管道的防护措施，在安装过程中耗时耗力，不利于现场施工；还有采用直接将网状的塑料网缠在管道外壁上，只能防止回填时对管道造成的小型冲击，一旦塑料网遭到破坏，应力源会直接作用到管道上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种埋地非金属管道保护壳及基于其的管道铺设施工方法，解决了埋地非金属管道抗外部破坏能力不足的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种埋地非金属管道保护壳，包括管体保护单元和管道接头保护单元，管道接头保护单元设置于管道连接的接头处，管体保护单元和管道接头保护单元均包括可拆卸连接的上壳体和下壳体，下壳体与上壳体内部均为空腔，下壳体与上壳体连接于一体时能够形成容纳管道的空腔。

进一步，上壳体与下壳体采用榫卯结构拼接，或上壳体与下壳体采用螺栓连接。

进一步，上壳体一端开有凹槽，另一端设有凸起，相邻的两个上壳体通过凹槽与凸起拼接；

下壳体一端开有凹槽，另一端设有凸起，相邻的两个下壳体通过凹槽与凸起拼接。

进一步，在上壳体顶端设有吊装环。

进一步，在上壳体外壁或吊装环外部涂有一层用于警示的彩漆。

进一步，在上壳体与下壳体连接处设有增强结构，增强结构包括卡箍或插销；

在上壳体的内壁或外壁加设加强筋，或/和，下壳体的内壁或外壁加设加强筋。

进一步，下壳体包括左右对称设置的第一壳体和第二壳体，第一壳体和第二壳体通过榫卯结构拼接。

进一步，下壳体与上壳体形成的空腔内填充有遇油水膨胀橡胶。

进一步，管道接头保护单元的下壳体与上壳体上各设有若干个失效检测器，失效检测器包括观察块和变形片，观察块和变形片均由石英玻璃制成，在观察块与变形片接触的一侧预制有楔形槽，当观察块与变形片组装后二者形成楔形空腔；

变形片与遇油水膨胀橡胶接触。

本发明还公开了基于所述埋地非金属管道保护壳的管道铺设施工方法，包括以下步骤：

1)依据设计深度和管道入沟长度挖掘管沟，在管沟的底部放入下壳体，使下壳体同管沟的底部和侧壁贴合；

2)将管道放入管沟内，使管道位于下壳体内部，然后安装上壳体；

3)重复步骤1)和2)，完成整条管线的铺设；

4)通过水压试验确认管道的完整性后，随后依据设计方案进行回填。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的埋地非金属管道保护壳，包括管体保护单元和管道接头保护单元，均包括可拆卸连接的下壳体和上壳体，上下壳体形成容纳管道的密闭空间，将管道保护起来，防止管道外部损伤，该保护壳结构简单，易于安装，便于现场施工，还可多次重复使用，使用一定时间后，还可以将管道从保护壳中取出进行回收。

进一步，上下壳体通过榫卯连接，不需要螺栓连接，便于现场安装。

进一步，相邻的上壳体及相邻的下壳体也采用插入式连接，通过凸起与凹槽实现搭接结合，不需要额外的连接件，便于现场安装。

进一步，在上壳体顶端设有吊装环，方便现场吊装。

进一步，上壳体或其顶部的吊装环可制成鲜艳颜色，在开挖时具有警示作用，此外对于半埋入或不埋入的情况，还可作为管道标识。

进一步，上下壳体连接处采取强化连接措施，使各结构单元之间紧密连接形成具备足够强度的保护壳，以满足抵抗土层运动和地质灾害的要求；在壳壁内部或外部设置加强筋，提升结构稳定性，以满足承载能力的要求。

进一步，将下壳体分成两部分，采用拼合式结构，灵活性强，丰富了施工作业的方式。

进一步，在各组件之间的对接面上采取密封措施，由管体保护单元连接而成的保护壳将具有防渗水功能。

进一步，在保护壳的空腔内填充遇油水膨胀橡胶，如果发生泄漏，则遇油水膨胀橡胶将吸收失效点泄漏出的油水介质，阻止流体介质外泄到周围环境；同时遇油水膨胀橡胶自身体积发生膨胀，进而封堵失效点。此外，遇油水膨胀橡胶的导热系数小，因此对于管道和管道接头可以起到保温的作用。

进一步，当平行单色光自外侧射入失效检测器时，由于光线发生了干涉效应，可以从观察块观测到明暗交替的干涉条纹。在不承受内部压力的情况下，变形片平直，形成的干涉条纹平直、排列规整；当发生泄漏时，遇油水膨胀橡胶因吸收液体介质而自身体积发生膨胀，变形片受到挤压而产生弯曲、变形，楔形空腔的形状发生变化，即光传播的路径发生了变化，进而干涉条纹及其排列方式将随之发生变化。因此通过观测干涉条纹的变化，以及发生变化的区域，即可以发现泄漏，定位失效位置。

本发明公开的管道铺设施工方法，依据设计方案，首先开挖管沟，在管沟内放入下壳体，在下壳体内放入管道，然后安装上壳体，完成整条管线的铺设，最后通过试压确认管道的完整性后再进行回填。由于采用了保护壳，因此可采用一次性回填，简化回填施工；而且有效降低了后续开挖作业损伤管道的风险，尤其是采用半埋入等方式，可极大简化开挖施工。

附图说明

图1为本发明的管体保护单元的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为本发明的管体保护单元与管道的安装结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明的管道接头保护单元的结构示意图；

图6为管道接头保护单元与管道接头的安装结构示意图；

图7为管道接头保护单元内部遇油水膨胀橡胶和失效检测器的结构示意图；

图8为失效检测器的结构示意图；

图9为失效检测器在不承压状态下产生的干涉条纹的示意图；

图10为失效检测器在受挤压状态下产生的干涉条纹的示意图。

其中，1为上壳体，2为下壳体，21为第一壳体，22为第二壳体，3为紧固螺栓，4为吊装环，5为凹槽，6为凸起，7为榫头，8为卯眼，9为管体保护单元，10为管道，11为遇油水膨胀橡胶，12为失效检测器，121为观察块，122为变形片，123为楔形空腔。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1或图5所示，本发明的一种埋地非金属管道保护壳，包括多个可拆卸连接的保护壳单元9，每个保护壳单元9均包括可拆卸连接的上壳体1和下壳体2，下壳体2与上壳体1内部均为空腔，下壳体2与上壳体1连接于一体时能够形成容纳管道10的空腔。保护壳单元包括管体保护单元和管道接头保护单元，管体保护单元的结构如图1所示，上壳体1的结构为异型结构，上壳体1与下壳体2采用榫卯结构拼接，不需要螺栓连接，便于现场安装。管道接头保护单元如图5和图6所示，上壳体1与下壳体2采用半圆柱体结构，两侧设有凸耳，凸耳通过紧固螺栓3固定连接。

管体保护单元和管道接头保护单元的外形结构不限于此，仅仅是给出两种实施例。当然，管体保护单元和管道接头保护单元的结构也可以是相同的。

更优的，如图2所示，上壳体1一端开有凹槽5，另一端设有凸起6，相邻的两个上壳体1通过凹槽5与凸起6拼接；下壳体2一端开有凹槽5，另一端设有凸起6，相邻的两个下壳体2通过凹槽5与凸起6拼接。通过凸起6与凹槽5实现搭接结合，不需要额外的连接件，便于现场安装。

上壳体1与下壳体2采用钢制外壳，其可以防御外部损伤。

在上壳体1顶端设有吊装环4，在上壳体1外壁或吊装环4外部涂有一层用于警示的彩漆。在开挖时具有警示作用，此外对于半埋入或不埋入的情况，还可作为管道标识。

在上壳体1与下壳体2连接处设有增强结构，增强结构一般采用卡箍或插销，使各结构单元之间紧密连接形成具备足够强度的保护壳，以满足抵抗土层运动和地质灾害的要求。

更优地，下壳体2包括左右对称设置的第一壳体21和第二壳体22，第一壳体21和第二壳体22通过榫卯结构拼接。采用拼合式结构，灵活性强，丰富了施工作业的方式。

在上壳体1与下壳体2的连接处及第一壳体21和第二壳体22的连接处设有密封结构，如密封胶或密封垫片，使得保护壳具有防渗水功能。

在上壳体1与下壳体2内壁上附着有遇油水膨胀橡胶11，当上壳体1和下壳体2拼合后，遇油水膨胀橡胶11贴合包覆在管道10外表面，形成密封面。如果发生泄漏，则遇油水膨胀橡胶11将吸收失效点泄漏出的油水介质，阻止流体介质外泄到周围环境；同时遇油水膨胀橡胶11自身体积发生膨胀，进而封堵失效点。此外，遇油水膨胀橡胶11的导热系数小，因此对于管道10可以起到保温的作用。

管道接头位置是非金属管道失效的多发点，且失效形式以渗漏、接头脱开为主，接头失效将导致输送的介质外泄，污染环境、危害人身安全。如图7和8所示，在管道接头保护单元的上壳体1与下壳体2上设有若干个失效检测器12，失效检测器12由观察块121和变形片122两部分构成。观察块121和变形片122均由石英玻璃制成，组装完毕后二者之间留有微小的楔形空腔123，内部为空气，具备光学干涉特性。

当平行单色光自外侧射入失效检测器12时，由于光线发生了干涉效应，可以从观察块121观测到明暗交替的干涉条纹。如图9所示，在不承受内部压力的情况下，变形片122平直，形成的干涉条纹平直、排列规整；如图10所示，当发生泄漏时，遇油水膨胀橡胶11因吸收液体介质而自身体积发生膨胀，变形片122受到挤压而产生弯曲变形，楔形空腔123的形状发生变化，即光传播的路径发生了变化，进而干涉条纹及其排列方式将随之发生变化。因此通过观测干涉条纹的变化，以及发生变化的区域，即可以发现泄漏，定位失效位置。

如图4所示，当管道铺设施工时，具体采用如下施工工艺：

1)布管和开挖管沟：

依据选定的路线，在预计开挖位置的一侧布放管材和保护壳组件。依据设计深度和适宜的管道10入沟长度挖掘管沟，并将挖出的土方堆在管沟边预留的另一侧。在沟底放入下壳体2，使下壳体2同管沟的底部和侧壁贴合(见图3。

若下壳体2包括左右对称设置的第一壳体21和第二壳体22时，在沟底放入第一壳体21和第二壳体22并完成对接拼合，使连接后的下壳体2同管沟的底部和侧壁贴合。

2)管道10连接：

在沟边连接适宜长度的管道10，并放入沟内，使其位于下壳体2内部，然后安装上壳体1。

3)依次重复步骤1)和2)，完成整条管线的铺设。

4)施压和回填：

通过水压试验确认管道10的完整性后，随后依据设计方案进行回填。

当管道接头保护单元内设有遇油水膨胀橡胶11和失效检测器12时，非金属管道铺设施工试压时，其应用工艺为：

1)安装接头保护装置：管道铺设完毕并做好试压准备后，在接头部位安装管道接头保护单元，要求接头及其两侧的管体完全包裹、密封在保护壳内部。观察此时的干涉条纹，并拍照记录。

2)打压：向管道内部注水直至指定的测试压力，经过规定时间的保压后，观察干涉条纹，并拍照存档。同打压前相比，如干涉条纹未发生明显变化，则此接头没有发生失效；如干涉条纹发生了明显变化，则此接头对应区域发生了失效。

3)修复：泄压，对干涉条纹发生明显变化的接头进行修复。

4)重复试验：反复进行步骤2)至步骤4)，直至确认所有接头都不存在失效。

5)试验完毕泄压：接头保护单元持续对运行中的管道接头持续起到保护作用。

当管道10维修施工时，采用如下步骤：

1)开挖：如上壳体1上方有较厚的土层，则首先使用人工开挖的方式清理覆土，使吊装环4外露，随后吊起失效及相邻位置的上壳体1。如果上壳体1上方的土层较薄，则可以采用直接吊起的方式。

2)修复：完成受损管体的修复或替换。

3)施压和回填：通过水压试验确认管道10的完整性后，清理开挖位置的保护壳内部，重新安装上壳体1，随后依据设计方案进行回填。

当管道10回收施工时，采用如下步骤：

1)开挖：如上壳体1上方有较厚的土层，则首先使用人工开挖的方式清理覆土，使吊装环4外露，随后吊起上壳体1。如果上壳体1上方的土层较薄，则可以采用直接吊起的方式。

2)移出组件：拆卸管道10，并将管体移出管沟，移出下壳体2。

3)回填：填埋管沟，恢复地表。

当非开挖管道替换(使用的非金属管材需具有足够的轴向抗拉强度和柔性)时，采用如下步骤：

1)移出旧管道：如果管道10的长度适宜，可在一端直接将管体牵拉出保护壳；如管道10长度大，可将其划分为若干个作业段，在每个节点位置打开适宜数量的上壳体1，分段将旧管道牵拉出来。在牵拉出旧管道之前，在其尾部连接牵引绳，以便于后续穿入新管道。

2)穿入新管道：随后使用拆卸旧管道时穿入的牵引绳，将新管道一次性或分段牵拉进入保护壳，并对各段之间进行连接，通过水压试验确认管道10的完整性。

3)回填：对于分段作业而言，清理开挖位置的保护壳内部，重新安装上壳体1)，随后依据设计方案进行回填。

Claims (8)

1.一种埋地非金属管道保护壳，其特征在于，包括管体保护单元和管道接头保护单元，管道接头保护单元设置于管道连接的接头处，管体保护单元和管道接头保护单元均包括可拆卸连接的上壳体(1)和下壳体(2)，下壳体(2)与上壳体(1)内部均为空腔，下壳体(2)与上壳体(1)连接于一体时能够形成容纳管道(10)的空腔；

下壳体(2)与上壳体(1)形成的空腔内填充有遇油水膨胀橡胶(11)；

管道接头保护单元的下壳体(2)与上壳体(1)上各设有若干个失效检测器(12)，失效检测器(12)包括观察块(121)和变形片(122)，观察块(121)和变形片(122)均由石英玻璃制成，在观察块(121)与变形片(122)接触的一侧预制有楔形槽，当观察块(121)与变形片(122)组装后二者形成楔形空腔(123)；变形片(122)与遇油水膨胀橡胶(11)接触。

2.根据权利要求1所述的埋地非金属管道保护壳，其特征在于，上壳体(1)与下壳体(2)采用榫卯结构拼接，或上壳体(1)与下壳体(2)采用螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的埋地非金属管道保护壳，其特征在于，上壳体(1)一端开有凹槽(5)，另一端设有凸起(6)，相邻的两个上壳体(1)通过凹槽(5)与凸起(6)拼接；

下壳体(2)一端开有凹槽(5)，另一端设有凸起(6)，相邻的两个下壳体(2)通过凹槽(5)与凸起(6)拼接。

4.根据权利要求1所述的埋地非金属管道保护壳，其特征在于，在上壳体(1)顶端设有吊装环(4)。

5.根据权利要求4所述的埋地非金属管道保护壳，其特征在于，在上壳体(1)外壁或吊装环(4)外部涂有一层用于警示的彩漆。

6.根据权利要求1所述的埋地非金属管道保护壳，其特征在于，在上壳体(1)与下壳体(2)连接处设有增强结构，增强结构包括卡箍或插销；

在上壳体(1)的内壁或外壁加设加强筋，或/和，下壳体(2)的内壁或外壁加设加强筋。

7.根据权利要求1所述的埋地非金属管道保护壳，其特征在于，下壳体(2)包括左右对称设置的第一壳体(21)和第二壳体(22)，第一壳体(21)和第二壳体(22)通过榫卯结构拼接。

8.基于权利要求1～7任意一项所述埋地非金属管道保护壳的管道铺设施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)依据设计深度和管道(10)入沟长度挖掘管沟，在管沟的底部放入下壳体(2)，使下壳体(2)同管沟的底部和侧壁贴合；

2)将管道(10)放入管沟内，使管道(10)位于下壳体(2)内部，然后安装上壳体(1)；在下壳体(2)与上壳体(1)形成的空腔内填充遇油水膨胀橡胶(11)；

3)重复步骤1)和2)，完成整条管线的铺设；

4)进行水压试压，逐个检查失效检测器(12)，观察干涉条纹，如干涉条纹未发生明显变化，则此接头处没有发生失效；如干涉条纹发生了明显变化，则此接头对应区域发生了失效；

5)通过水压试验确认管道(10)的完整性后，随后依据设计方案进行回填。

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