長(zhǎng)慶至呼和浩特原油管道維修工藝

楊建中，蔣慶梅

(中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000)

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長(zhǎng)慶至呼和浩特原油管道維修工藝

楊建中，蔣慶梅

(中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000)

根據(jù)長(zhǎng)慶至呼和浩特(長(zhǎng)呼)原油管道內(nèi)檢測(cè)報(bào)告，分析了管道缺陷類型和管道缺陷形成的原因，介紹了常用管體缺陷修復(fù)方式。針對(duì)長(zhǎng)呼原油管道的特點(diǎn)，當(dāng)腐蝕處的打磨深度小于12.5%，且無應(yīng)力集中或金相異常現(xiàn)象時(shí)，不進(jìn)行額外處理，當(dāng)管道腐蝕處的打磨深度不小于12.5%，或腐蝕損失位于焊縫處時(shí)，需采用B型套筒進(jìn)行修復(fù)。對(duì)比分析了常用的防腐補(bǔ)口、保溫層和外防護(hù)層修復(fù)方式。長(zhǎng)呼原油管道防腐補(bǔ)口采用防水型高溫型粘彈體防腐膠帶+雙層聚乙烯冷纏帶的修復(fù)方式，保溫層采用現(xiàn)場(chǎng)聚氨酯發(fā)泡的修復(fù)方式，外護(hù)層采用防水型高溫型粘彈體防腐膠帶+壓敏膠型熱收縮帶的修復(fù)方式。另外，還提出了管體缺陷修復(fù)工藝、防腐保溫層修復(fù)工藝和外防護(hù)層修復(fù)工藝的技術(shù)要求和施工注意要點(diǎn)。

長(zhǎng)呼原油管道 缺陷 防腐層 保溫層 防護(hù)層 修復(fù)

長(zhǎng)慶至呼和浩特(長(zhǎng)呼)原油管道全長(zhǎng)563 km，管徑457 mm，設(shè)計(jì)輸量5 Mt/a，是“十二五”能源管網(wǎng)規(guī)劃重點(diǎn)工程，也是國(guó)內(nèi)第一條長(zhǎng)距離保溫管道。長(zhǎng)呼原油管道自2012年10月投產(chǎn)運(yùn)行以來，為保障呼和浩特石化原油供應(yīng)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著國(guó)內(nèi)管道完整性管理工作的推進(jìn)，為保證管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行，2015年9月管道運(yùn)行方委托檢測(cè)單位對(duì)長(zhǎng)呼管線部分管段進(jìn)行了內(nèi)檢測(cè)。在該次檢測(cè)的120 km管段中共檢測(cè)出缺陷260處，管道缺陷集中分布于焊縫補(bǔ)口位置附近，缺陷最大深度接近管壁的50%。為防止缺陷進(jìn)一步發(fā)展，保障管道的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需分析缺陷產(chǎn)生的原因，并對(duì)現(xiàn)有缺陷進(jìn)行有效的維修。

1 缺陷類型和形成原因

1.1 防腐和保溫特點(diǎn)

長(zhǎng)呼原油管道為埋地保溫管道，其防腐保溫層結(jié)構(gòu)為：熔結(jié)環(huán)氧粉末防腐層(厚度0.4 mm)+聚氨酯泡沫塑料保溫層(厚度40 mm)+聚乙烯防護(hù)層(最小厚度為6.0 mm)。管道防腐保溫采用管中管生產(chǎn)工藝，在管道防腐保溫廠預(yù)制。熱煨彎管、冷彎彎管防腐保溫采用與直管段相同的防腐保溫結(jié)構(gòu)，外護(hù)管采用塑料焊接，在防腐保溫廠預(yù)制。防腐保溫管管端加封防水帽。埋地管道現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口推薦的防腐層為無溶劑環(huán)氧涂層(300 μm)+輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶(高溫型)，保溫層采用聚氨酯現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡，防護(hù)層采用輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮帶。

1.2 缺陷主要類型和形成原因

內(nèi)檢測(cè)報(bào)告和開挖驗(yàn)證結(jié)果顯示，檢測(cè)段管道共有金屬損失缺陷260處。一類缺陷96處，二類缺陷164處(一類：缺陷呈片狀及環(huán)向帶狀分布，或單個(gè)腐蝕深度超過壁厚20%，或單個(gè)缺陷呈環(huán)向帶狀；二類：缺陷一定程度聚集但形態(tài)不規(guī)則，或單個(gè)缺陷環(huán)向較長(zhǎng))。管道缺陷多見于管道環(huán)形焊縫附近管體，即補(bǔ)口位置，缺陷類型主要為外腐蝕。此外，還有一些劃痕缺陷出現(xiàn)在保溫層端口位置。鋼管保溫層及防水帽實(shí)物見圖1。

分析以上缺陷分布情況，外腐蝕缺陷出現(xiàn)原因主要為補(bǔ)口失效，在地下水豐富的位置，水流穿過保溫層補(bǔ)口，并通過防腐層損傷部位與金屬管道接觸。由于保溫管道不易設(shè)置有效的陰極保護(hù)措施，金屬管道與活動(dòng)水接觸部分隨時(shí)間推移被逐步腐蝕。另外，防水帽的失效也會(huì)使活動(dòng)水進(jìn)入管體防腐層和補(bǔ)口防腐層交界處而導(dǎo)致管體腐蝕。劃痕出現(xiàn)的原因主要為加工缺陷，從開挖結(jié)果來看，劃痕多見于管道保溫層端口位置，因保溫層薄厚不均，或切割深度不一致而導(dǎo)致管體受損。

圖1 鋼管保溫層和防水帽

2 管體缺陷修復(fù)工藝

2.1 管體缺陷補(bǔ)強(qiáng)方式的選擇

管體缺陷常用修復(fù)技術(shù)包括：打磨、堆焊、補(bǔ)板、A型套筒、B型套筒、環(huán)氧鋼套筒、復(fù)合材料、機(jī)械夾具以及換管[1-2]。

(1)對(duì)于管體腐蝕深度小于0.8倍名義壁厚的腐蝕，可以采用堆焊永久恢復(fù)。但長(zhǎng)呼原油管道材質(zhì)為X60，不推薦使用堆焊修復(fù)。

(2)對(duì)于管體腐蝕、點(diǎn)腐蝕，可以采用補(bǔ)板永久修復(fù)。但長(zhǎng)呼管道材質(zhì)為X60，不推薦采用補(bǔ)板修復(fù)。

(3)對(duì)于管體腐蝕深度小于0.8倍名義壁厚的腐蝕，可以采用A型套筒修復(fù)。但A型套筒不能用于修復(fù)泄漏，并且難以對(duì)套筒和管體之間形成的環(huán)形區(qū)域進(jìn)行陰極保護(hù)，存在潛在腐蝕問題。

(4)對(duì)于管體腐蝕、點(diǎn)腐蝕、焊縫損傷或腐蝕，都可以采用B型套筒修復(fù)，適用于長(zhǎng)呼原油管道的缺陷修復(fù)。

(5)對(duì)于管體腐蝕、點(diǎn)腐蝕，可以采用環(huán)氧鋼套筒永久修復(fù)。環(huán)氧鋼套筒的鋼殼采用比待修復(fù)鋼管直徑大30 mm的鋼管，會(huì)造成套筒處保溫層的厚度不足，不推薦采用環(huán)氧鋼套筒修復(fù)。

(6)機(jī)械夾具用于管道發(fā)生泄漏時(shí)的搶險(xiǎn)使用，不適用于長(zhǎng)呼原油管道的長(zhǎng)久修復(fù)使用。

(7)當(dāng)連續(xù)修復(fù)較長(zhǎng)距離的管道，或管道存在包括材質(zhì)在內(nèi)的多個(gè)問題時(shí)，換管修復(fù)是唯一的選擇。長(zhǎng)呼原油管道需要補(bǔ)強(qiáng)的位置是個(gè)別的補(bǔ)口位置，不推薦采用換管修復(fù)。

(8)對(duì)于管體腐蝕深度小于0.8倍名義壁厚、焊縫損傷或腐蝕，可以采用復(fù)合材料修復(fù)。復(fù)合材料修復(fù)的工藝需要滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 24817或ASME-PCC2的要求，并且相關(guān)試驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)需取得國(guó)際或國(guó)內(nèi)權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)正式頒發(fā)的認(rèn)證報(bào)告，不推薦采用復(fù)合材料修復(fù)。

綜上所述，長(zhǎng)呼原油管道管體缺陷補(bǔ)強(qiáng)推薦采用打磨和B型套筒兩種方式。

2.2 管體缺陷補(bǔ)強(qiáng)工藝

針對(duì)長(zhǎng)呼原油管道補(bǔ)口處不同的缺陷程度制定補(bǔ)強(qiáng)方案如下：

(1)管體腐蝕處打磨后實(shí)測(cè)打磨深度小于12.5%名義壁厚(對(duì)應(yīng)6.4，7.1和7.9 mm壁厚，深度值為0.8，0.887 5和0.987 5 mm)時(shí)，采用磁粉對(duì)打磨處進(jìn)行探傷，探傷結(jié)果表明管道的應(yīng)力集中或金相異常現(xiàn)象已完全消失時(shí)，可以不進(jìn)行額外處理，直接進(jìn)行防腐保溫，否則，需要采用B型套筒進(jìn)行修復(fù)。

(2)管體腐蝕缺陷處打磨后實(shí)測(cè)打磨深度不小于12.5%名義壁厚時(shí)，全部采用B型套筒進(jìn)行修復(fù)。

(3)若同一焊口處存在多處腐蝕，打磨深度以最深處為準(zhǔn)。

(4)焊縫損傷或腐蝕，全部采用B型套筒進(jìn)行修復(fù)[3-4]。

(5)當(dāng)采用B型套筒進(jìn)行修復(fù)時(shí)，應(yīng)考慮將附近其他腐蝕缺陷合并修復(fù)[5]。

對(duì)于B型套筒焊接修復(fù)，套筒的加工技術(shù)要求按表1執(zhí)行，施工技術(shù)要求按表2執(zhí)行。

表1 管道修復(fù)用B型套筒的加工技術(shù)要求

表2 管道修復(fù)用B型套筒的施工技術(shù)要求

注：Ph為發(fā)現(xiàn)異常之前60 d內(nèi)最大運(yùn)行壓力；SMYS為規(guī)定的最小屈服強(qiáng)度。

3 防腐保溫層修復(fù)工藝

3.1 焊口部位表面處理

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和實(shí)際的工程檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，鋼質(zhì)管道表面處理，應(yīng)首選噴(拋)砂處理方式，表面處理需至少達(dá)到GB/T 8923.1規(guī)定的Sa2.5級(jí)，在難以噴砂除銹時(shí)可采用手工電動(dòng)除銹，需達(dá)到GB/T 8923.1規(guī)定的St3級(jí)；同時(shí)在表面處理后，應(yīng)用清潔、干凈、無油的壓縮空氣將管體表面的砂粒、塵埃、鐵粉等清除干凈，清潔度等級(jí)應(yīng)達(dá)到GB/T 18570.3規(guī)定的2級(jí)。

3.2 防腐層修復(fù)

防腐層修復(fù)用材料的選擇至少應(yīng)考慮原防腐層材料的失效原因，與管道原防腐層材料及等級(jí)的匹配性，野外施工的簡(jiǎn)便性，與埋設(shè)環(huán)境及運(yùn)行條件的適應(yīng)性，對(duì)人員及環(huán)境無毒害等要素。埋地鋼質(zhì)管道為FBE(熔結(jié)環(huán)氧)外防腐層時(shí)，補(bǔ)口修復(fù)可用的材料主要有：FBE粉末、無溶劑環(huán)氧液態(tài)涂料、粘彈體防腐膠帶、聚乙烯冷纏帶、交聯(lián)輻射聚乙烯熱收縮帶等[6]。

FBE粉末與原保溫管道防腐層結(jié)構(gòu)最吻合，但FBE粉末需采用靜電熱熔施工，管道需加熱到220 ℃左右，在如此高溫情況下，將會(huì)損壞聚氨酯泡沫保溫層，原有的防腐密封完好的防水帽也會(huì)在此高溫下失粘或翹邊。

無溶劑液態(tài)環(huán)氧涂料與FBE具有良好兼容性，是FBE防腐層補(bǔ)口或修補(bǔ)的首選，但其施工時(shí)鋼管表面需要至少Sa2.5級(jí)的噴砂除銹處理，且涂層的固化時(shí)間較長(zhǎng)，不能即時(shí)回填，需有較長(zhǎng)的固化養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

交聯(lián)輻射聚乙烯熱收縮帶使用范圍最廣，應(yīng)用最成熟，但其需要與配套環(huán)氧底漆聯(lián)合應(yīng)用，才可滿足防腐要求；管體表面和防腐層搭接面有嚴(yán)格的處理要求；需要適當(dāng)?shù)募訜峁ぞ吆图訜嵋?；施工人員的責(zé)任性要求高；主要應(yīng)用于新建3LPE(3層聚乙烯)或FBE等外防腐管道的防腐補(bǔ)口。

聚乙烯冷纏帶成本低，施工簡(jiǎn)單，機(jī)械性能和絕緣性能良好，但是運(yùn)行溫度超過50 ℃時(shí)(該輸油管道運(yùn)行溫度在20～65 ℃)，冷纏帶老化較快；現(xiàn)場(chǎng)施工不易保證其與鋼管表面的粘結(jié)力；膠帶易與管體剝離，對(duì)陰極保護(hù)電流產(chǎn)生屏蔽，使管道產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

粘彈體防腐膠帶外觀為膠狀黏稠物質(zhì)，具有很強(qiáng)的可塑性和粘結(jié)力，可保持不硬化和高可塑性；不需要涂底漆，可直接與所有金屬基材、3LPE、環(huán)氧表面取得優(yōu)異的粘接效果；能自我修復(fù)，冷流狀態(tài)可自動(dòng)修復(fù)輕度碰撞變形缺陷；表面處理要求較低，只需去除鋼管表面松散的氧化皮，使管道表面達(dá)到St3級(jí)大大降低了除銹成本，克服了除銹處理不好、施工環(huán)境惡劣帶來粘結(jié)力差的問題；施工簡(jiǎn)單，不需要特殊施工工具；但抗變形、抗壓、抗剪切能力較差，需要與外護(hù)保護(hù)帶配合使用。

因此長(zhǎng)呼原油管道采用防水型粘彈體防腐膠帶+聚乙烯冷纏帶的防腐補(bǔ)口方式。在環(huán)焊縫及螺旋焊縫部位應(yīng)預(yù)先纏繞、貼敷寬度不小于40 mm的粘彈體防腐膠帶，并用壓輥沿焊道進(jìn)行輥壓，排除氣泡。粘彈體膠帶應(yīng)采用對(duì)包纏繞的施工方式。粘彈體膠帶層與層之間的軸向搭接應(yīng)不小于10 mm；膠帶始末端的搭接寬度應(yīng)不小于50 mm，對(duì)包纏繞時(shí)環(huán)向搭接縫應(yīng)錯(cuò)開，與其它涂層的搭接寬度應(yīng)不小于50 mm；粘彈體膠帶密封聚氨酯泡沫時(shí)，兩端的搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于70 mm。纏繞施工時(shí)應(yīng)保持膠帶平整并具有輕柔的張力，邊纏繞邊搟/按壓粘彈體防腐膠帶，使膠帶保持平整無皺褶，搭接均勻、無氣泡，與管體表面密封良好。粘彈體膠帶貼敷聚氨酯泡沫端面施工時(shí)，應(yīng)邊貼敷邊碾壓以排出空氣。

3.3 保溫層修復(fù)

3.3.1 保溫層內(nèi)存積水的處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖的一些補(bǔ)口來看，某些管段已經(jīng)進(jìn)水，打開防水帽后，有大流量水從保溫層與防護(hù)層之間的縫隙流出，這種出水情況一方面導(dǎo)致聚氨酯泡沫內(nèi)部及剖面含水，另一方面導(dǎo)致焊口部位金屬表面和防腐層表面潮濕。為避免管道補(bǔ)口附近管體的腐蝕，保溫管去除防水帽后應(yīng)對(duì)聚氨酯泡沫的端面進(jìn)行防水密封處理。將原來流動(dòng)的“活水”，變?yōu)椤八浪保顾械暮趿看蠓冉档?，從而降低腐蝕強(qiáng)度，同時(shí)，可使保溫管中的水保持恒溫，減少熱量損失，降低整個(gè)管輸?shù)哪芎摹?/p>

3.3.2 聚氨酯泡沫保溫材料的安裝

長(zhǎng)呼原油管道保溫層修復(fù)采用聚氨酯泡沫現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡方式進(jìn)行。相對(duì)于預(yù)制保溫瓦塊捆綁方式，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡所形成的補(bǔ)口塊與原預(yù)留的補(bǔ)口空間有非常完美的貼合度，發(fā)泡將最大限度的充滿整個(gè)預(yù)留的補(bǔ)口空間。發(fā)泡方式可對(duì)保溫層下的防腐補(bǔ)口層產(chǎn)生一定的緊固力，有助于防腐層與管體、原防腐層搭接部位的粘接，不足之處是在環(huán)境溫度不高時(shí)，需要預(yù)熱，發(fā)泡的各組分配比比例需嚴(yán)格控制?，F(xiàn)場(chǎng)需要嚴(yán)格的安全防火、防污染措施。

4 管道外護(hù)層修復(fù)工藝

外護(hù)層的目的是對(duì)其下面的防腐層和保溫層提供足夠的機(jī)械保護(hù)，因此防護(hù)層應(yīng)具有優(yōu)異的抗變形、抗沖擊和抗剪切性能。根據(jù)GB/T 50538—2010《埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，目前可用于外護(hù)材料的有輻射交聯(lián)熱收縮補(bǔ)口帶/套(可分為熱熔膠型和壓敏膠型)和電熱熔套袖。輻射交聯(lián)熱收縮補(bǔ)口帶/套施工較簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)施工工人的操作熟練度高；厚度不小于2.7 mm，有足夠的抗變形、抗沖擊性能；熱熔膠或壓敏膠與PE防腐層的粘接力強(qiáng)，可提供足夠的抗剪切性能和密封性能；但由于熱熔膠需要加熱熔融后才可與粘接面想成理想的粘接，加熱溫度較高，加熱要求較嚴(yán)格；而壓敏膠只需要適當(dāng)?shù)膲毫纯膳c粘接面形成理想的粘接力，施工只需完成基材收縮即可，無需進(jìn)行嚴(yán)格的加熱溫度控制。電熱熔套袖材料要求特殊，使用量少；施工工藝復(fù)雜，工人的熟練程度較低；電熔焊接完成后，需進(jìn)行氣密性實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)對(duì)檢測(cè)人員的要求高。

此外，應(yīng)用于實(shí)際工程中的外護(hù)材料的還有聚乙烯冷纏帶、聚丙烯冷纏帶和PVC冷纏帶[7]，工程經(jīng)驗(yàn)表明，這些材料在使用1.5～2 a后均存在與底層防腐層的失粘情況；且由于土壤的應(yīng)力作用外護(hù)帶均產(chǎn)生不同程度的起皺、下垂及剝離現(xiàn)象。

因此，長(zhǎng)呼原油管道的防護(hù)層推薦采用壓敏膠型熱收縮帶，考慮到其施工點(diǎn)地下水位較高，為增加防水密封性，在防護(hù)層內(nèi)，增加一層粘彈體防腐膠帶。粘彈體防腐帶的寬度應(yīng)不小于200 mm，與管體原防護(hù)PE層搭接寬度應(yīng)不小于50 mm。壓敏膠型熱收縮帶收縮后應(yīng)超出底層粘彈體膠帶，并與管體原防護(hù)PE層搭接寬度不小于80 mm，并應(yīng)使用固定片。

5 結(jié) 論

(1)長(zhǎng)呼原油管道內(nèi)檢測(cè)和開挖驗(yàn)證的結(jié)果表明，管道缺陷多見于管道環(huán)形焊縫附近的管體，缺陷類型主要為管體外腐蝕和劃痕。腐蝕產(chǎn)生原因主要為補(bǔ)口或防水帽失效，劃痕產(chǎn)生原因主要為保溫層端口切割過程中對(duì)管體的損壞。

(2)結(jié)合長(zhǎng)呼原油管道缺陷特點(diǎn)，并參照管道維修相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，推薦管體缺陷修復(fù)采用打磨和B型套筒兩種方式。

(3)長(zhǎng)呼原油管道補(bǔ)口防腐層修復(fù)采用防水型高溫型粘彈體防腐膠帶+雙層聚乙烯冷纏帶的方式。防水型高溫型粘彈體具有很強(qiáng)的可塑性和粘結(jié)力，可與金屬基材緊密粘結(jié)，聚乙烯冷纏帶成本低，施工簡(jiǎn)單，機(jī)械性能和絕緣性能良好。這種組合很好的發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)勢(shì)。

(4)采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡聚氨酯的方式對(duì)長(zhǎng)呼原油管道保溫層進(jìn)行修復(fù)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡所形成的保溫層補(bǔ)口塊與原保溫層端面結(jié)合緊密。

(5)采用防水型高溫型粘彈體防腐膠帶+壓敏膠型熱收縮帶對(duì)長(zhǎng)呼原油管道補(bǔ)口外護(hù)層進(jìn)行修復(fù)，增加防水型高溫型粘彈體防腐膠帶主要是為為增加防水密封性。

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[7] 江濤,于東升,李方圓.埋地管道外防腐層的檢測(cè)與修復(fù)[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2013(2)：44-46.

(編輯 王維宗)

Maintenance Technologies for Chang-Hu Crude Oil Pipeline

YangJianzhong,JiangQingmei

(ChinaPetroleumPipelineEngineeringCorporation,Langfang065000，China)

The defects classification and the causes to these defects of Chang-Hu crude oil pipeline were analyzed according to the internal inspection report. The common repairing methods of defects on pipe body were introduced. As per Chang-Hu crude oil pipeline characteristics, if the polishing depth is less than 12.5% and no stress concentration or abnormal metallographic phase exists, the extra measures are not needed. If the polishing depth is greater than 12.5% or the corrosion is on the weld, B sleeve was recommended in the repair. The common repair methods for joint coating, insulating layer and outer protective layer were compared. The water-proof, high-temperature type adhesive tape+2 layer polyethylene cold wrapping tape was adopted for joint coating repair, the field polyurethane foam was adopted for insulating layer repair and the water proof, high-temperature type adhesive tape+pressure sensitive HSS was applied for external protective layer. In addition, the repair processes and precautions for the repair of the defects of pipelines, the corrosion-resistant insulation and external protection layer were presented.

Chang-Hu crude oil pipeline, defect, corrosion-resistant coating; insulating layer; protective layer, repair

2016-03-20；修改稿收到日期：2016-05-10。

楊建中(1986-)，工程師，主要從事長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)及完整性管理等研究工作。E-mail：yangjianzh@cnpc.com.cn