單層保溫配重管腐蝕缺陷點維修方法

梁光輝，康雪津，孟俊瑜，王常文

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

單層保溫配重管腐蝕缺陷點維修方法

梁光輝，康雪津，孟俊瑜，王常文

海洋石油工程股份有限公司，天津300452

目前國內(nèi)已有10余條單層保溫配重管服役于各大海上油田，但近幾年的內(nèi)檢測發(fā)現(xiàn)，數(shù)條管道已出現(xiàn)了腐蝕缺陷點，因此快速、有效地維修這些缺陷點已成為保障海上油田正常、安全運(yùn)營的關(guān)鍵。通過兩個案例，介紹了采用局部補(bǔ)強(qiáng)、管卡、管道更換等方法，對單層保溫配重管兩種典型的腐蝕缺陷進(jìn)行維修的做法。在概述了海底管道保溫結(jié)構(gòu)形式、單層保溫配重管節(jié)點防護(hù)的基礎(chǔ)上，重點論述了管道缺陷點的定位、長距離舊管道的回收及更換的維修方法；管卡安裝法維修、補(bǔ)強(qiáng)材料法維修的管道局部維修方法。

單層保溫配重管；腐蝕缺陷；管道更換；局部補(bǔ)強(qiáng)；管卡；維修

1 概述

我國近海生產(chǎn)的原油多具有高黏度、高凝固點及高含蠟的特點，為了減少溫降，防止因原油冷凝、結(jié)蠟和生成水化物而引起各種操作問題，鋪設(shè)的海底管道必須采用保溫結(jié)構(gòu)。

管道保溫就是在管道外表面上包覆保溫材料，從而增加熱阻，減少流體溫降。一般保溫管道在保溫材料外表面還要包上鋼或塑料外套以防止保溫材料的破壞。在世界各地的海上油田，已經(jīng)成功地鋪設(shè)了許多條保溫管道。其中有用鋼管作保護(hù)套管的，即雙層保溫管，結(jié)構(gòu)如圖1所示；也有用塑料或橡膠作保護(hù)套管的，即單層保溫配重管，結(jié)構(gòu)如圖2所示[1]。

圖1 雙層保溫管剖面

圖2 單層保溫配重管剖面

2 單層保溫配重管節(jié)點防護(hù)

由于單層保溫配重管的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，其節(jié)點的防護(hù)設(shè)計及施工質(zhì)量是直接影響管道質(zhì)量和壽命的主要因素。根據(jù)中石油管道科學(xué)院對海底管道腐蝕原因的調(diào)查分析，凡是出現(xiàn)質(zhì)量問題的管道，75%～85%是因節(jié)點處防護(hù)密封不嚴(yán)造成的，節(jié)點防護(hù)的質(zhì)量是未來影響海底管道安全的至關(guān)重要因素[2]。

早期是采用瀝青瑪蹄脂澆注、填充管道接口的節(jié)點防護(hù)方法，其優(yōu)點是材料來源豐富，成本較低，施工操作要求不高。缺點是瀝青瑪蹄脂含有芳香族雜環(huán)類致癌物，會對海洋環(huán)境產(chǎn)生污染；施工時需加熱到200℃以上進(jìn)行融化，煙霧較大，空氣污染嚴(yán)重，影響施工人員的身體健康；由于加熱溫度高，易造成燙傷、火災(zāi)等安全事故，也會使管端防腐保溫層局部過熱破壞，影響管道的整體防腐保溫效果，無法保證海底管道的安全運(yùn)行。因此2006年以后，單層保溫管項目均不再使用該工藝。

高強(qiáng)開孔硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是一種比較新型的補(bǔ)口材料，它由有機(jī)多異氰酸酯與聚醚（或聚酯）多元醇反應(yīng)制成。高強(qiáng)開孔硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料具有如下優(yōu)點：

（1）制品不收縮，與混凝土粘接強(qiáng)度高，不易脫落。

（2）材料強(qiáng)度高（＞2.0 MPa）、干密度?。ǎ?00 kg/m3）、開孔率高（＞70%）。

（3）吸水后密度＞1 000 kg/m3，滿足海上管道敷設(shè)要求。

采用瀝青瑪蹄脂或高強(qiáng)開孔硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料進(jìn)行單層保溫配重管節(jié)點補(bǔ)口的結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 單層保溫配重管節(jié)點補(bǔ)口結(jié)構(gòu)示意

3 腐蝕缺陷問題的提出

國內(nèi)使用單層保溫配重管已有10余年的時間，已有10余條管道采用了這種結(jié)構(gòu)形式[3]。近幾年，國內(nèi)不斷加強(qiáng)海底管道的檢測和評估，及時了解管道的運(yùn)行狀態(tài)，變被動維修為主動維護(hù)。通過對多條海底管道的內(nèi)檢測，發(fā)現(xiàn)部分單層保溫配重管存在多處較為嚴(yán)重的腐蝕點，這些腐蝕點中有的是外腐蝕，有的是內(nèi)腐蝕[4]。至于腐蝕的根本原因，到底是外管機(jī)械破損、封頭失效、油品問題還是母材材質(zhì)問題，暫時還未有明確定論，本文也不作敘述。

4 腐蝕缺陷點維修方法

對于腐蝕缺陷點的維修，總體來說有兩種方法：

（1）局部補(bǔ)強(qiáng)法或者管卡法維修。如果管道的腐蝕缺陷點數(shù)量較少，或者腐蝕缺陷特別嚴(yán)重需要緊急維修，同時缺陷點的位置滿足補(bǔ)強(qiáng)或管卡安裝條件，可采用該方法來進(jìn)行維修。這種維修方法通常不需要停產(chǎn)。

（2）管道更換。如果管道腐蝕缺陷點集中在較短的范圍內(nèi)，且數(shù)量較多，可考慮將包含這些腐蝕缺陷點的管段切除，而后更換為新的管段；如果整條管道腐蝕缺陷點較多，且分布于整條海底管道，則需要根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全與剩余壽命評估，必要時需要將整條海底管道全部更換。這種方法需要停產(chǎn)。

本文主要闡述根據(jù)內(nèi)檢測結(jié)果，如何對發(fā)現(xiàn)的腐蝕缺陷點進(jìn)行維修。以以下兩條管道為例進(jìn)行說明。

A管道：長14 km，直徑8 in（1 in=25.4 mm）的混輸管道。

B管道：長22 km，直徑8 in的原油管道。

4.1 A管道的維修方法

對A管道進(jìn)行內(nèi)部檢測后，發(fā)現(xiàn)管道存在多處內(nèi)部和外部的缺陷，其中較大的3個缺陷點位置為KP10526.29（腐蝕深度63%，KP0點為管道一端的發(fā)球筒處）、KP11993.51（腐蝕深度88%）、KP12448.45（腐蝕深度75%）。對該管道剩余強(qiáng)度的分析表明，管道在檢測后正常生產(chǎn)和承壓都沒有問題。但考慮到腐蝕還在繼續(xù)進(jìn)行，按照平均腐蝕速率1.914 mm/a計算，對于腐蝕深度已達(dá)88%的腐蝕缺陷，預(yù)計在檢測后6個月內(nèi)將可能發(fā)生腐蝕穿孔。鑒于這種情況，管道必須在內(nèi)檢測后盡快完成維修工作。

通過分析評估管道缺陷點分布范圍及缺陷程度，發(fā)現(xiàn)包含這3個嚴(yán)重缺陷點的最短管長為1.922 km，除了這3個嚴(yán)重的缺陷點外，該管段還有11個腐蝕深度為14%～48%的腐蝕缺陷點。因此最終決定采用更換管段的方法進(jìn)行維修。

為降低風(fēng)險和將誤差控制在較小范圍內(nèi)，切割更換缺陷管段長度增加至2.2 km，見圖4。該維修作業(yè)涉及到腐蝕缺陷點的定位、查找、標(biāo)記，管道置換清洗，挖溝機(jī)吹泥，涂層清理，管道冷切割，老管道回收，新管道鋪設(shè)，清管試壓、新管道保護(hù)等程序。

圖4 管道更換示意

本文只對維修作業(yè)中的幾個關(guān)鍵創(chuàng)新點進(jìn)行闡述，對常規(guī)程序不再贅述。

（1）缺陷點的定位。該管道缺陷點的定位并無經(jīng)驗可循，是國內(nèi)首次根據(jù)內(nèi)檢測結(jié)果的里程數(shù)據(jù)、鋪管打點記錄、管道調(diào)查結(jié)果，進(jìn)而準(zhǔn)確定位內(nèi)檢測發(fā)現(xiàn)的腐蝕缺陷點位置的。其具體定位方法如下：

第一，將管道一端平管法蘭面確定為基準(zhǔn)點，即維修作業(yè)里程零點。

第二，各個缺陷點的里程位置為距離平管零點的實際距離。

第三，維修里程位置由內(nèi)檢測報告中所提供的缺陷點里程減去平管法蘭面里程值（即發(fā)球筒距離平管法蘭的里程值）得到。

第四，大地坐標(biāo)的計算方法。在海底管道路由打點圖中，以基準(zhǔn)點為準(zhǔn)，按照缺陷里程值標(biāo)出缺陷點在海底管道路由上的大地坐標(biāo)，而后從圖中取得初步的定位坐標(biāo)。

根據(jù)以上方法計算出缺陷點的大地坐標(biāo)后，可通過施工船上DGPS定位系統(tǒng)進(jìn)行定位和查找。但通常情況下管道鋪設(shè)打點位置與實際管道位置有一定誤差，且管道存在一定的埋深，無法用傳統(tǒng)的潛水員探摸方法尋找管道。在這種情況下，需要使用USBL信標(biāo)結(jié)合挖溝機(jī)聲吶，使挖溝機(jī)沿著垂直于管道路由方向開挖，并通過聲吶尋找管道，發(fā)現(xiàn)管道后挖溝機(jī)沿著管道方向開挖作業(yè)坑暴露管道，最后潛水員下水可快速找到腐蝕缺陷點。這種尋找管道和缺陷點的方法簡單、省力、效率高，可以在非平潮時間完成。并且在潛水員下水時攜帶信標(biāo)，通過水面定位指導(dǎo)潛水員水下行動，潛水員能快速尋找到開挖后的管道和缺陷點。

（2）長距離舊管道的回收及更換。海底長距離舊管道作業(yè)線的回收及沿原路由鋪設(shè)、連接新管道，這在國內(nèi)也是首次作業(yè)。管道吹泥暴露后（見圖4，吹泥點T1至吹泥點T2），在切割點B位置進(jìn)行水下冷切割（切割之前，確認(rèn)已經(jīng)完成整條管道清洗作業(yè)），將需更換的舊管道的一端連接到鋪管船上的A/R絞車，控制絞車張力，按照海底管道鋪設(shè)的逆過程，通過絞錨控制鋪管船向船尾方向行進(jìn)，舊管道將會被回收至作業(yè)線上。管道拖拉頭通過張緊器后，起動張緊器，夾住海底管道，進(jìn)行張力轉(zhuǎn)換，以張緊器代替A/R絞車向管道提供張力，釋放A/R絞車，然后回收A/R絞車鋼纜；繼續(xù)回收管道使拖拉封頭到達(dá)第一工作站，切割拖拉封頭；張緊器保持張力向后移船，在作業(yè)線站內(nèi)進(jìn)行節(jié)點聚氨酯泡沫清理及管道切割、回收工作；重復(fù)上述操作，直到切割、回收約2.2 km，到A點停止。

在切割、回收至A點后，在A點開始焊接新海底管道，海底管道在鋪管船的作業(yè)線上被單根（單根長度12.2 m）接起來，然后通過操作鋪管船的錨機(jī)，向前移船將海底管道一根接一根地鋪至海底，由此將新管道鋪設(shè)在原管道路由上。

新管鋪設(shè)至B點后，完成鋪管作業(yè)。潛水員水下檢查新舊管道位置，如有必要則進(jìn)行搬管作業(yè)，調(diào)整新舊管道位置，使其位于同一直線，然后潛水員水下標(biāo)記位置，并將原管道多余部分切除。對B點-T2點管段舷側(cè)起吊，進(jìn)行法蘭焊接。最后潛水員水下連接法蘭，緊固加力，至此完成維修的主體作業(yè)。整個更換過程僅采用了1對法蘭，有效地保證了管道的完整性。

4.2 B管道維修方法

對B管道進(jìn)行內(nèi)部檢測后，發(fā)現(xiàn)幾處嚴(yán)重的腐蝕缺陷點，位置為KP93.5（腐蝕深度為95%，KP0點為管道一端的發(fā)球筒處）、KP385.11（腐蝕深度為84%）、KP1956.25（腐蝕深度為56%）。根據(jù)管道腐蝕點的位置、嚴(yán)重程度及業(yè)主的要求，對這幾個點采用補(bǔ)強(qiáng)及管卡的方法進(jìn)行維修。

采用補(bǔ)強(qiáng)或管卡進(jìn)行維修需要完成缺陷點的定位與查找、基坑作業(yè)面的開挖、表面涂層的清理、管卡安裝位置的打磨處理、管卡安裝、防腐及后處理等作業(yè)程序。

根據(jù)缺陷點狀況，腐蝕深度為95%與84%的2個腐蝕點采用常規(guī)機(jī)械管卡維修。腐蝕深度為56%的腐蝕點周圍還有多個較小的腐蝕點，涉及的長度已不滿足機(jī)械管卡安裝條件，故該點采用補(bǔ)強(qiáng)材料進(jìn)行維修。

（1）管道缺陷點的定位方法。與A管道中的定位方法相同，在此不再贅述。

（2）管卡安裝法維修。按照缺陷點定位方法計算出大地坐標(biāo)后，進(jìn)行管道查找及作業(yè)面開挖。然后對管道的缺陷位置進(jìn)行清理，由于這幾個腐蝕缺陷點都是在節(jié)點位置，所以只需要清理節(jié)點位置的鐵皮、熱收縮帶、保溫材料等，直至裸露出管道表面即可。若節(jié)點位置不滿足管卡安裝空間的要求，則需要使用高壓水涂層清理設(shè)備清除附近的水泥配重層，直至滿足后續(xù)施工的要求為止。

管道表面清理打磨之后，潛水員采用目視、探摸、錄像及水下超聲波測厚儀對腐蝕缺陷點進(jìn)行檢查、確認(rèn)，然后將周圍管道表面打磨光滑。

清理和檢查結(jié)束后，安裝卡具：

第一，在封堵卡具上綁扎吊帶、卡環(huán)和必要的安裝工具。

第二，在卡具的一側(cè)系一條導(dǎo)向繩，卡具下放到水中后，潛水員下水，并在水下指揮卡具的下放，直至卡具扣在海管的安裝位置上。

第三，卡具安放到海底管道上之后，若發(fā)現(xiàn)位置不當(dāng)，則由潛水員將手扳倒鏈栓在卡具上，而后用手扳倒鏈將卡具挪動到海底管道上要求的位置，使卡具準(zhǔn)確就位?？ň咴诤５坠艿郎系奈恢谜{(diào)整好之后，潛水員打開卡具上的試壓孔放空，而后使用棘輪扳手安裝卡具上的螺栓和螺母，并使用液壓扳手緊固卡具上的螺栓和螺母，直至卡具的兩個半瓦間的間隙小于2 mm為止，見圖5。

圖5 封堵卡具的安裝

第四，卡具安裝后，對卡具進(jìn)行水壓試驗，以驗證其有效性。首先由潛水員將試壓軟管連接到卡具的排氣閥上，并分別在水上和水下各安裝一個壓力表；而后通過試壓泵向卡具內(nèi)注水打壓，建議打壓的壓力值與管道操作壓力一致，穩(wěn)壓30 min，以此檢驗其密封性。

第五，卡具安裝完成后，使用水下防腐材料對卡具兩側(cè)的裸露管段進(jìn)行防腐處理。

（3）補(bǔ)強(qiáng)材料法維修。對于不滿足卡具安裝的缺陷，采用材料補(bǔ)強(qiáng)的方法進(jìn)行維修，現(xiàn)以貝爾佐納材料補(bǔ)強(qiáng)為例進(jìn)行說明。涂抹貝爾佐納材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)共分6層，涂抹的過程為：第一層，Belzona1831（水下超級金屬）；第二層、第三層，Belzona9341（增強(qiáng)帶）；第四層，Belzona1831；第五層、第六層，Belzona5831（防腐涂層）。涂抹結(jié)束后，待補(bǔ)強(qiáng)、防腐材料固化后即完成了維修。

[1]張曉靈.單層鋼管保溫配重新產(chǎn)品在海洋油田中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2009，35（3）：22-26.

[2]孫愛民.單層保溫配重海底管道節(jié)點防護(hù)設(shè)計和優(yōu)化[J].中國海洋平臺，2007，22（5）：49-51.

[3]咸勇清，王國，韓宇.單層保溫管在蓬萊油田的應(yīng)用[J].中國造船，2013，54（S1）：195-203.

[4]張秀林，郭慶錕，孫吉星，等.單層保溫海底管道鋼管外壁腐蝕評價方法探討[J].中國海上油氣，2009，21（6）：416-423.

Corrosion Defects Repair Methods for Single L ayer Thermal Insulated Pipeline with Concrete Weighted Coating

LIANG Guanghui，KANG Xuejin，MENG Junyu，WANG Changwen
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China

At present，more than 10 single layer thermal insulated pipelines with concrete weighted coating serve for large offshore oilfields in China.As corrosion defects were found in severalpipelines during pipeline internalinspection in recent years，how to repair such defects quickly and efficiently to ensure the oilfield production safety becomes more and more important.This paper introduces repair methods of defects for single layer thermal insulated pipelines with concrete weighted coating through two actual project cases，involving pipe local reinforcement，pipe clamp and pipeline replacement.It illustrates the field joint coating of the pipeline，then puts emphasis on the repair methods including defect locating，retrievaland replacement of old long distance pipeline，and the localrepair methods using pipe clamp and reinforcement materials.

single layer thermal insulated pipelines with concrete weighted coating；corrosion defect；pipeline replacement；localreinforcement；pipe clamp；repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.06.005

梁光輝（1983-），男，江蘇徐州人，工程師，2007年畢業(yè)于天津大學(xué)，碩士，現(xiàn)主要從事海底管道檢測維修工作。

2015-05-13