海底管道混凝土配重涂層質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)研究

鄧廣武

（海隆管道工程技術(shù)服務(wù)有限公司，上海200949）

海洋油氣的開(kāi)采和輸送是未來(lái)能源發(fā)展的一個(gè)重要方向，在海洋油氣輸送管線中，混凝土配重涂層鋼管使用非常廣泛。海洋油氣輸送管道的鋪設(shè)與陸地作業(yè)相比較為困難，相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或質(zhì)量要求較為嚴(yán)格。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，需建立完整的質(zhì)量管理體系，制定從顧客確認(rèn)、原材料采購(gòu)、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)、監(jiān)視和測(cè)量、持續(xù)改進(jìn)等過(guò)程的相應(yīng)程序文件。保證具體合同項(xiàng)目質(zhì)量可被策劃、控制和改進(jìn)，形成詳細(xì)描述生產(chǎn)工藝、檢驗(yàn)與試驗(yàn)、技術(shù)指標(biāo)、綜合測(cè)量方法等文件，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的符合性、穩(wěn)定性和可追溯性。

1 項(xiàng)目概況

2013 年-2014 年，由于混凝土配重涂層產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)產(chǎn)線極少，且國(guó)內(nèi)項(xiàng)目的技術(shù)規(guī)格書(shū)大部分還是引用國(guó)外主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，某公司為適應(yīng)管道涂層類(lèi)型發(fā)展趨勢(shì)，打破封鎖，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)從陸地管涂層向海底管涂層的進(jìn)軍，決定建立水泥配重涂層生產(chǎn)線，并建立相應(yīng)的質(zhì)量控制體系。筆者作為該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，圍繞混凝土涂層產(chǎn)品，組織建立水泥配重涂層質(zhì)量管理體系，識(shí)別各過(guò)程并形成程序文件。具體圍繞水泥配重涂層的質(zhì)量控制與檢試驗(yàn)制定4 個(gè)項(xiàng)目，分別是：a.CWC 水泥配重生產(chǎn)工藝研發(fā)；b.CWC 水泥配重涂層成套檢測(cè)技術(shù)；c.配重涂層管沖擊試驗(yàn)工藝及研發(fā)；d. 配重涂層管剪切及擠壓試驗(yàn)工藝及研發(fā)。

2 混凝土配重涂層生產(chǎn)工藝

混凝土配重涂層是在防腐鋼管的防腐層上再施涂一層混凝土，形成配重涂層，該涂層作用一是提供海底管線在鋪設(shè)和使用時(shí)穩(wěn)定的下沉力；二是提供對(duì)防腐涂層和鋼管的機(jī)械保護(hù)，防止在鋪設(shè)和使用過(guò)程中，因撞擊等產(chǎn)生的防腐層損傷或鋼管變形。

混凝土配重涂層生產(chǎn)工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 混凝土配重涂層生產(chǎn)工藝流程圖

上述流程應(yīng)根據(jù)合同項(xiàng)目技術(shù)要求，編制制造工藝規(guī)范（MPS），需詳細(xì)描述各流程及控制要求，并提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)。其中混凝土攪拌和混凝土配重涂敷為配重涂層加工的關(guān)鍵工序，其中許多參數(shù)，如原材料配比、攪拌時(shí)間、鼓輪轉(zhuǎn)帶、噴涂速度等，直接影響配重涂層的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，如密度、強(qiáng)度等。需對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)形成預(yù)生產(chǎn)參數(shù)工藝卡，在工藝評(píng)定過(guò)程中，對(duì)預(yù)定參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證和修定，最終形成生產(chǎn)參數(shù)工藝卡指導(dǎo)于配重涂層生產(chǎn)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。

3 CWC 涂層檢驗(yàn)與試驗(yàn)及技術(shù)指標(biāo)

3.1 CWC 涂層檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求

混凝土配重涂層檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求，根據(jù)質(zhì)量管理體系和合同項(xiàng)目技術(shù)要求，形成檢驗(yàn)與試驗(yàn)計(jì)劃（ITP)，并提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)，保證其符合性、一致性和可追溯性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，部分檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目需要實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，需按如表1 方式進(jìn)行。

3.2 CWC 涂層技術(shù)指標(biāo)

CWC 涂層技術(shù)指標(biāo)主要分為兩部分，一部分為由項(xiàng)目設(shè)計(jì)給定的技術(shù)指標(biāo)，項(xiàng)目不同，這些指標(biāo)有變化，如混凝土涂層的厚度、密度等；一部分為由項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)格書(shū)給定的技術(shù)指標(biāo)，如引用標(biāo)準(zhǔn)相同，這些指標(biāo)是相同，如加強(qiáng)筋的配筋率、水下重量偏差等。以下是根據(jù)SY/T 7398-2017《海底管道混凝土配重涂層技術(shù)規(guī)定》和舟山項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求整理技術(shù)指標(biāo)對(duì)比如表2。

根據(jù)上述對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，CWC 涂層技術(shù)指標(biāo)在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有提及，但大部分未給定具體數(shù)值，只是對(duì)工藝要求、檢驗(yàn)試驗(yàn)頻次或方法進(jìn)行規(guī)定要求，所以針對(duì)具體項(xiàng)目，在與顧客簽訂合同前，應(yīng)確認(rèn)技術(shù)指標(biāo)的具體數(shù)值，以保證質(zhì)量的符合性。

表1 CWC 涂層檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求

表2 CWC 涂層技術(shù)指標(biāo)

表3 水下重量測(cè)定指標(biāo)

4 綜合技術(shù)檢測(cè)與試驗(yàn)

4.1 水下重量測(cè)定

水下重量是一項(xiàng)CWC 涂層鋼管的重要質(zhì)量指標(biāo)，其偏差越小，說(shuō)明生產(chǎn)工藝越穩(wěn)定，后續(xù)管線鋪設(shè)施工也越穩(wěn)定。水下重量由單位長(zhǎng)度配重涂層管的重量減去單位長(zhǎng)度配重涂層管在水中的浮力，單位為kg/m，水下重量可分為理論水下重量和實(shí)際水下重量，各部分取值如表3 所示。

管端預(yù)留部分在后續(xù)管線施工過(guò)程中會(huì)填充聚氨酯或其它材料，其密度與混凝土涂層密度不同，在計(jì)算水下重量時(shí)，可采?。阂皇枪芏祟A(yù)留部分不計(jì)入，僅以配重層部分計(jì)算水下重量；二是按施工過(guò)程中使用密度材料，理論計(jì)算后，計(jì)入整管重量中，然后平均到單位長(zhǎng)度中。計(jì)算方式需要形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后執(zhí)行。

現(xiàn)場(chǎng)稱重一般在混凝土涂敷完成后立即進(jìn)行，此時(shí)因混凝土中拌合水未完成反應(yīng)，略重于養(yǎng)護(hù)完成后風(fēng)干狀態(tài)下的混凝土涂層，可在養(yǎng)護(hù)完成后，抽取部分配重管進(jìn)行稱重，可對(duì)混凝土涂敷后立即稱重重量進(jìn)行修定。如項(xiàng)目要求重量為飽和水下重量，還應(yīng)根據(jù)吸水率試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)重量進(jìn)行修定。重量形式和修定算法需要形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后執(zhí)行。

4.2 吸水率試驗(yàn)

吸水率試驗(yàn)是評(píng)價(jià)混凝土涂層性能的一項(xiàng)重要試驗(yàn)，應(yīng)在28 天養(yǎng)護(hù)期后進(jìn)行，可在混凝土配重整管上進(jìn)行，也可以在混凝土試樣上進(jìn)行。計(jì)算公式如下所示：

SY/T 7398-2017《海底管道混凝土配重涂層技術(shù)規(guī)定》中，給出判定吸水飽和的方法是：將養(yǎng)護(hù)好的試樣浸泡在水溫為21℃±3℃的海水槽中至少24 h，直到連續(xù)3 次稱重（最小間隔3h）的平均重量誤差在1%以內(nèi)。為保證連續(xù)稱重平均重量誤差在1%以內(nèi)，可摸索首次稱重的浸泡時(shí)間，如此可減少后續(xù)稱重的次數(shù)，方便操作。吸水前涂層重量可分為風(fēng)干狀態(tài)和烘干狀態(tài)，試驗(yàn)前應(yīng)形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后進(jìn)行。

在混凝土配重整管上進(jìn)行吸水率實(shí)驗(yàn)時(shí)，可在車(chē)間適當(dāng)且吊裝鋼管方便的位置，建造一水池，該水池可按可能進(jìn)行的最大管徑和最長(zhǎng)管長(zhǎng)建造，以固定實(shí)驗(yàn)位置，方便每個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，整管試驗(yàn)應(yīng)在工藝評(píng)定時(shí)進(jìn)行。正常生產(chǎn)時(shí)如有要求，可在芯核等混凝土試樣上進(jìn)行，方便操作，但應(yīng)與顧客提前確認(rèn)。

4.3 抗滑脫性試驗(yàn)

抗滑脫性試驗(yàn)是評(píng)價(jià)混凝土涂層與防腐涂層之間剪切力性能的一項(xiàng)重要試驗(yàn)，在28 天養(yǎng)護(hù)期后進(jìn)行，在混凝土配重整管上進(jìn)行，也可在試樣管段上進(jìn)行。混凝土涂層長(zhǎng)度不小于1.5米，其上實(shí)施軸向載荷，在規(guī)定的荷載作用下，測(cè)得防腐層與混凝土涂層間的抗剪切強(qiáng)度，以判斷抗滑脫性能是否符合要求。根據(jù)項(xiàng)目要求不同，計(jì)算公式有以下兩種：

當(dāng)管徑較小時(shí)，可切除試樣管段在實(shí)驗(yàn)室抗壓設(shè)備上進(jìn)行；如管徑較大時(shí)，可直接在混凝土配重鋼管上進(jìn)行，將鋼管水平放置，待試驗(yàn)的混凝土涂層位置懸空，將荷載加載設(shè)備固定鋼管管端，然后由平均分布的千斤頂對(duì)混凝土涂層施加荷載，測(cè)取力值計(jì)算抗剪切強(qiáng)度。試樣段上的配重層截面可在養(yǎng)護(hù)期后切除，也可在涂敷完成后立即去除，此時(shí)混凝土未完全固化，方便去除。

如顧客要求模擬鋪管船上配重涂層管通過(guò)張緊器所承受壓力而不被破壞的要求，可增加混凝土涂層先承受壓力后進(jìn)行抗滑脫試驗(yàn)，此試驗(yàn)可接近混凝土涂層鋼管在鋪管船上受力真實(shí)情況。該試驗(yàn)應(yīng)在抗滑脫試驗(yàn)前，先在混凝土涂層垂直方向施加規(guī)定的載荷，然后應(yīng)荷載卸除后，進(jìn)行抗滑脫試驗(yàn)；也可在施加垂直載荷的同時(shí)，進(jìn)行抗滑脫試驗(yàn)。試驗(yàn)前，應(yīng)形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后執(zhí)行。

4.4 抗沖擊試驗(yàn)

抗沖擊試驗(yàn)是評(píng)價(jià)混凝土涂層的一項(xiàng)重量試驗(yàn)。沖擊試驗(yàn)是在養(yǎng)護(hù)期28 天后進(jìn)行，待試驗(yàn)的混凝土涂層鋼管固定后，一定重量的沖擊錘前方設(shè)置一固定形狀的沖擊頭，在一定高度快速釋放后，沖擊頭以一定速度撞擊混凝土涂層，完成規(guī)定次數(shù)或角度的沖擊后，檢驗(yàn)混凝土涂層的剝落尺寸、防腐層有無(wú)損傷、加強(qiáng)鋼筋有無(wú)外露或鋼管有無(wú)變形等，以判定混凝土涂層的抗沖擊性能。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)或技術(shù)規(guī)格書(shū)要求不同，沖擊試驗(yàn)的沖擊錘重量和沖擊頭尺寸不盡相同，在設(shè)設(shè)計(jì)沖擊設(shè)備時(shí)，可將沖擊錘和沖擊頭分開(kāi)設(shè)計(jì)，兩者之間可采用螺柱等可拆卸的牢固連接，以方便不同沖擊錘重量下快速更換不同尺寸的沖擊頭。沖擊方向可選用豎直方向沖擊，沖擊錘在混凝土涂層正上方釋放，此方式需要使用導(dǎo)管或?qū)к夁M(jìn)行導(dǎo)向和防護(hù)，適于同一涂層尺寸類(lèi)型的試樣管端；也可選用鐘擺式，將等試驗(yàn)涂層放置于沖擊錘運(yùn)行的最低點(diǎn)，此方式可在有行車(chē)車(chē)間內(nèi)進(jìn)行?；炷镣繉邮軟_擊后，評(píng)價(jià)方式各標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)格書(shū)要求不盡相同，大部分與涂層、加強(qiáng)鋼筋或鋼管有關(guān)。試驗(yàn)前，應(yīng)形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后執(zhí)行。

5 結(jié)論

在不斷實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)與業(yè)主或第三方的討論試驗(yàn)方法及與標(biāo)準(zhǔn)符合程序，與實(shí)驗(yàn)參與者溝通改進(jìn)的方向及細(xì)節(jié)，不斷完善上述試驗(yàn)的設(shè)備硬件和文件軟件，最終形成符合ISO、SHELL 和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)試驗(yàn)計(jì)劃（ITP），形成質(zhì)檢作業(yè)操作規(guī)程和計(jì)量器具臺(tái)帳。順利完成CWC 水泥配重涂層成套檢測(cè)技術(shù)項(xiàng)目。

目前國(guó)內(nèi)混凝土涂層鋼管的加工工藝趨于成熟，現(xiàn)有較多的國(guó)外項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)混凝土涂層加工廠完成，在完成每一個(gè)項(xiàng)目之后，應(yīng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)改進(jìn)加工和檢驗(yàn)手段，以期可提高更高效更高質(zhì)的混凝土涂層產(chǎn)品。