HCC纖維增強復合防腐內(nèi)襯在南堡油田管道腐蝕治理中的應(yīng)用

龍志宏，蔡 彪，馬國武，李俊超

中國石油天然氣股份有限公司冀東油田分公司，河北唐山 063200

冀東油田南堡聯(lián)合站至NP 2-3平臺外輸油管道規(guī)格為D273 mm×7.6 mm，全長22.6 km，2006年10月投用，運行壓力3.7 MPa，管道材質(zhì)為20#鋼，外防腐層為環(huán)氧粉末+黃夾克保溫。該管道在含硫化物較多的高腐蝕工況下已運行較長的年限，發(fā)生數(shù)次穿孔，通過內(nèi)檢測發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)部存在較為嚴重的腐蝕。由于該管道是油田的主要輸油管道，路由經(jīng)過沿海防波堤和2處海底等環(huán)境敏感區(qū)域，因而需對其進行內(nèi)防腐防治，以確保管道的運行和生產(chǎn)安全。本文結(jié)合該案例總結(jié)了管道內(nèi)防腐的施工工法和實施要點。

1 管道內(nèi)防腐施工工藝流程

內(nèi)防腐施工工藝流程為：前期準備→管道斷管分段和流程改造→噴砂除銹和除塵→材料準備→內(nèi)襯層施工→濕膜厚度檢測→內(nèi)襯層固化→內(nèi)襯層檢驗→接頭補口→現(xiàn)場恢復。以下對上述工藝流程實施要點分別進行較為深入的論述。

2 內(nèi)防腐工藝實施要點

2.1 前期準備

內(nèi)防腐前期準備工作主要有：需治理管道的停運、切改，管道的熱洗除垢、掃水、測徑及強腐蝕點管道的更換。

（1）需治理管道的停運、切改。此次對管徑273 mm輸油管道的治理是通過首末站工藝切改，利用伴行的D323 mm×6.3 mm輸氣管道替代D273 mm的輸油管道進行生產(chǎn)，實現(xiàn)了不停產(chǎn)內(nèi)防腐的治理。由于油田集輸管道通常都有同路由敷設(shè)的油、氣管道，因此進行治理時，可充分考慮伴行管道的運行情況和參數(shù)，利用伴行管道，通過場站流程和工藝切改，實現(xiàn)不停產(chǎn)的內(nèi)防腐治理。

（2） 管道的熱洗除垢、掃水、測徑、更換。在對停運的D273 mm管道進行熱洗、除垢、掃水、測徑合格后，由專業(yè)的管道內(nèi)檢測公司采用智能漏磁檢測器檢測管道的內(nèi)腐蝕狀態(tài)，而后根據(jù)檢測結(jié)果，對強腐蝕管段或變形管段進行更換。對腐蝕坑深度超過壁厚40%的強腐蝕點管段，全部進行斷管、更換，斷管處應(yīng)充分結(jié)合后續(xù)內(nèi)防腐分段治理工序，減少斷管連頭的次數(shù)[1]。

熱洗除垢要充分考慮管道的運行狀態(tài)和管容量，保證熱洗效果，為后續(xù)內(nèi)防腐的實施創(chuàng)造條件。此次治理的管道運行較久，油蠟多，熱洗時同時使用三臺400型熱洗清蠟車，并在熱洗過程中投入除垢劑。熱洗過程中要求末端管壁溫度須達到70℃，并持續(xù)30min以上，且熱洗過程連續(xù)，中途不能停止，防止溫度下降后管道內(nèi)油蠟、油泥等物質(zhì)發(fā)生凝結(jié)，造成管道堵塞。

熱洗結(jié)束并利用空壓機掃水后，再反復通吸油棉、清管器，將管道內(nèi)殘留的油泥、水分清理干凈，直至末端的吸油棉干凈、無明顯油泥為止，達到了初步干燥的效果。

2.2 管道斷管分段和流程改造

根據(jù)治理管道沿線的地貌、閥室位置和前期強腐蝕管段切除治理情況，同時考慮施工過程中污物的方便收集處理，合理地布置管道的治理分段。該管道全長21 720 m，結(jié)合管道沿海、沿路鋪設(shè)和閥室分布情況，把全線分為8段，平均每段約3 km。

根據(jù)內(nèi)防腐施工工藝要求，對斷管處、閥室和三通處進行了流程改造，以滿足后期內(nèi)防腐施工要求。閥室內(nèi)閥門拆除后用短節(jié)替換，施工完后恢復；三通支路需做截斷、封堵處理[2]。

2.3 噴砂除銹

管道內(nèi)壁采用內(nèi)噴砂處理。在發(fā)射端安裝好發(fā)射控制裝置后，裝入內(nèi)噴砂器，利用壓縮空氣將內(nèi)噴砂器和8～20目高硬度清垢磨料從管道一端送入，壓力控制在0.5～0.8 MPa。壓縮空氣和磨料通過內(nèi)噴砂器的散砂頭后環(huán)型散開，以50°～70°的角度噴射到管內(nèi)壁清理管內(nèi)的污垢、銹物。隨著內(nèi)噴砂裝置的連續(xù)向前移動，管內(nèi)壁連續(xù)被清理干凈[3]。

2.4 材料準備

管道內(nèi)防腐涂料采用HCC纖維增強復合防腐內(nèi)襯涂料，執(zhí)行標準為Q/TY 01—2017。內(nèi)防腐材料是內(nèi)防腐質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，材料進場要有嚴格的報檢程序，所用材料需有國家專業(yè)檢測機構(gòu)出具的檢測報告，產(chǎn)品合格證、質(zhì)量保證書、說明書要齊備。要按要求進行保存、運輸、儲存、配比和使用。此次治理于11月份開始實施，選用了冬季專用型涂料。

施工前對液體涂料的黏度、固體含量和干燥時間進行了檢驗，根據(jù)施工批次每18 t檢測一次，檢驗結(jié)果符合表1的規(guī)定。若檢驗批出現(xiàn)不合格項則嚴禁使用[4]。

表1 HCC纖維增強復合防腐內(nèi)襯材料性能指標

對于涂料用量，在管道涂敷前按式（1）進行計算：

式中：G為涂料計算用量，kg；k為裕度系數(shù)，取1.5～1.8；D為管道內(nèi)徑，m；L為施工管道長度，m；T為涂層濕膜厚度，m；ρ為原料密度，kg/m3；A為涂料固體百分含量，%。

2.5 內(nèi)襯層施工

將涂敷器置入管道口發(fā)射器端部，使用齒輪渣油泵向管道內(nèi)注入預混內(nèi)襯防腐涂料，檢查氣管、發(fā)射器盲板前球閥位置和狀態(tài)，確認無誤后利用壓縮空氣推動涂敷器沿管道前進，開始加壓擠涂。

擠涂時必須在管道末端安裝收球裝置，并保證安裝時的氣密性良好。擠涂結(jié)束后必須從起端緩慢排氣。擠涂完成后，用封口袋包覆管道兩端管口，防止異物進入；在管口位置用濕膜測厚儀測量涂層厚度并記錄，同時測量在管內(nèi)壁上下側(cè)面不同位置處的數(shù)值，并分別記錄。防腐施工環(huán)境溫度宜在0～40℃，相對濕度應(yīng)不大于80%；當平均氣溫低于0℃或相對濕度大于80%時，應(yīng)采取相應(yīng)工藝保護措施，否則不得施工。

（1）擠涂控制要點。第一，壓力控制：利用壓縮空氣推動涂敷器在管道內(nèi)運行，推動壓力的大小和涂敷器的尺寸決定涂層的厚度，壓力控制要進行現(xiàn)場計算，一般控制在0.4～0.6 MPa。第二，速度控制：擠涂速度控制在2～3 m/s，復涂間隔時間6～24 h，每層涂敷的厚度≥350 μm，可根據(jù)設(shè)計厚度計算涂敷次數(shù)。第三，管口保護：每層施工完成后如需隔日再進行施工，則需使用密封袋捆扎管口，以避免水汽、異物等進入管道。第四，在涂料混料前，先確認原料及固化劑的名稱、配比、包裝是否匹配、正確，利用攪拌器在低檔和高檔、上下和左右、圓周方向充分攪拌，不少于2 min，使內(nèi)防腐涂料各組分充分混合，不能有結(jié)塊等異?，F(xiàn)象。注料時注意控制時間在40 min以內(nèi)。第五，備好注料備用泵，注料需在5 min內(nèi)完成；由于發(fā)電機或備用泵的原因不能注料時，直接關(guān)閉注料球閥，開始擠涂，把涂料擠涂在管壁上，避免出現(xiàn)堵管。第六，擠涂堵管應(yīng)急處理：當末端出氣微弱、空壓機怠速運轉(zhuǎn)、壓力保持高壓不下降時，可初步判斷為擠涂卡堵，這時應(yīng)盡快調(diào)用并接通備用壓風車，提高壓力進行擠涂，同時判斷堵點并進行挖坑，為解堵做準備工作[5]。

（2）涂敷器選擇。涂敷器是一種專用的橡膠球，由兩個球為一組構(gòu)成，涂敷時在兩個專用橡膠球之間注入預混好的防腐涂料，利用空氣壓力推動后面的橡膠球，壓縮兩球之間的防腐涂料，從而把涂料涂敷在管道內(nèi)壁上。此次所用的涂敷器前端為φ260 mm空心球，后端為φ270 mm實心球。涂敷器的選擇要求如下：第一，直徑尺寸：根據(jù)管內(nèi)徑確定橡膠球直徑，實心球直徑過盈量為管內(nèi)徑的5%～8%，空心球直徑比管內(nèi)徑略大2～5 mm即可。直徑檢測方法是用游標卡尺測量橡膠球在未壓縮自然狀態(tài)下的直徑值，取不同方向6個位置進行測量，其中有5個值滿足標準偏差范圍為合格。選用合適測量值的卡規(guī)測圓度，在自然狀態(tài)下測量橡膠球的圓度，其測量值經(jīng)過最大值但不能或剛好經(jīng)過最小值則為合格。第二，表面硬度：φ273 mm橡膠球的硬度值為邵A 60±2。檢測方法是在圓面上選擇不同方向的6個點測試其硬度值，其中有5個值滿足硬度范圍標準則為合格，否則為不合格。第三，變形量（變形15%時壓力）：以標準樣品壓縮變形量為檢驗標準，偏差小于20%。檢測方法是將橡膠球置于承壓工裝下施加250 kN的壓力，保持1 min，然后測量上下兩板之間的距離，然后將橡膠球轉(zhuǎn)動90°，再測，取兩次測量的平均值，然后計算出變形量。第四，橡膠球彈性：同種規(guī)格橡膠球在相同情況下彈起的高度基本一致，以標準樣品彈起高度為檢驗標準，偏差小于20%。彈性的檢測方法為：采用擺錘式橡膠回彈性試驗機測試，或采用1 m自由落體反彈高度來測量評定，測量第三次的反彈高度值。

2.6 濕膜涂層檢測

在每層涂層施工完成后且在涂層未固化前，使用梳規(guī)對管口圓周位置均勻分布的4個點進行濕膜厚度測量，取其平均值。涂敷完成后，計算累計厚度達到1 000 μm即進入下道工序，若累計厚度低于1 000 μm，則需增加涂敷一層。梳規(guī)測厚示意見圖1[6]。

圖1 梳規(guī)測厚示意

2.7 內(nèi)襯層固化

施工完成后當溫度高于25℃時，固化時間為5 d，當溫度低于25℃時，固化時間為7 d，如果溫度很低，則根據(jù)實際情況適當延長固化時間。

2.8 內(nèi)防腐層檢測

其一，外觀檢測：把全程攝像設(shè)備送入管道內(nèi)，對內(nèi)襯層全程的涂敷情況進行拍照、攝像檢測。其二，厚度檢測：根據(jù)設(shè)計厚度，使用測厚儀進行檢測，依據(jù)SY/T 0066標準規(guī)定執(zhí)行，檢測位置為管道的起末兩端，具體厚度要求＞1 000 μm。其三，根據(jù)涂層設(shè)計厚度按式V=1+5T確定檢漏電壓（式中：V為檢漏電壓，kV；T為內(nèi)襯層厚度，mm），使用電火花檢漏儀進行檢測，并執(zhí)行SY/T 0063（方法B）標準規(guī)定。常規(guī)檢測位置為管道的起末兩端，檢測深度5 m。普通級防腐涂層厚度為1 000 μm，內(nèi)襯層的檢漏電壓為6 kV，可根據(jù)情況在正常管道上斷管抽樣檢驗內(nèi)防腐質(zhì)量。圖2為內(nèi)防腐完成后的內(nèi)窺截圖。

圖2 內(nèi)防腐完成后的內(nèi)窺截圖

2.9 斷管處接頭補口

線路內(nèi)防腐施工結(jié)束后，對沿線閥室進行恢復，并對斷管處進行專業(yè)補口連接施工，以確保內(nèi)壁防腐層的完整連續(xù)。補口作業(yè)必須在涂層固化后，一般在施工完成3～5 d后進行，可根據(jù)當?shù)貧夂驐l件進行控制。連接斷管管道應(yīng)提前預制，在預制管內(nèi)壁和斷口處提前用內(nèi)防腐材料進行涂敷處理。

（1）對于大小頭補口，在整個焊接過程中須對母管段進行自然降溫，接箍必須與管道貼合緊密，并用耐熱材料玻璃絲網(wǎng)布密封接箍間隙，避免原料流入管道內(nèi)，從外套圓管的一個孔中注入原料直至充滿，并用兩個螺釘插入孔中進行密封焊接，最后在整個補口外壁涂刷外防腐涂料。斷管處接頭補口示意見圖3。

圖3 斷管處接頭補口示意

圖3中1為施工斷開的原管道；2為管箍，寬度30 mm，安裝時固定補管并密封補管與原管道，安裝補管前應(yīng)手工修復變徑焊接時破壞的內(nèi)防腐層；3為補管，長度200～300mm，管道規(guī)格與原管道一致，用于連接斷開的管道，通過管箍與原管道連接，不進行焊接；4為變徑接頭，小頭內(nèi)徑略大于原管道外徑1～2mm，變徑厚度由管道設(shè)計壓力決定；5為外套管，主要作用為承受管道內(nèi)的輸送壓力，長度200～300mm，管壁厚度由管道設(shè)計壓力決定，用相應(yīng)螺釘插入孔中進行牢固、密封地焊接。

（2）補口控制要點。第一，大小頭與原管道連接時先焊接小頭，焊接后管道內(nèi)壁因焊接高溫而損壞的內(nèi)防腐層需采取手工方式除漆、防腐，對中間連接管的內(nèi)壁及端面進行除銹、防腐并用管箍進行密封處理，最后焊接大頭與外套管連接處。密封腔注料等隱蔽節(jié)點要做好報驗檢驗，可拍照或視頻存檔。第二，補口時所有焊接位置均為滿焊、密封、承壓焊接。因外套管與補管、原管道、變徑之間形成空腔，施工完成后要在該腔體內(nèi)注入防腐原料，因而須有注料孔和排氣孔，最后管外表面做防腐處理。

2.10 場地恢復

施工結(jié)束后對現(xiàn)場作業(yè)坑進行恢復，現(xiàn)場產(chǎn)生的固體廢棄物拉運至甲方指定的地點。

3 結(jié)束語

本項目為冀東油田首次運用HCC纖維增強復合防腐內(nèi)襯涂料對油田主要輸油管道進行內(nèi)防腐治理，后期對該項目隨機取樣點進行檢測表明，內(nèi)防腐涂層的涂覆性和技術(shù)性能指標良好，提高了該輸油管道的運行安全系數(shù)。該項目的實施為今后在環(huán)境敏感區(qū)域高腐蝕環(huán)境下在役管道的防腐預防和治理提供了一種經(jīng)濟可行的方案。