HDPE內(nèi)襯修復(fù)管道技術(shù)

馬 軍

中國(guó)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D508 mm外輸油管道于2014年7月投產(chǎn)，為油氣混輸外輸管道，起點(diǎn)位于新PG2平臺(tái)，末點(diǎn)位于南堡3-2轉(zhuǎn)油站。PMDT磁應(yīng)力檢測(cè)該管道顯示存在2個(gè)Ⅱ級(jí)異常點(diǎn)、22個(gè)Ⅲ級(jí)異常點(diǎn)，實(shí)測(cè)管壁最小值為7.81 mm，管道原壁厚8 mm，減薄了0.19 mm，管道內(nèi)腐蝕量為2.37%。為了保證管道的安全運(yùn)行，決定對(duì)長(zhǎng)度為552 m的定向鉆穿越段采取HDPE內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)進(jìn)行治理。

1 內(nèi)襯修復(fù)流程與修復(fù)工藝控制要點(diǎn)

管道的修復(fù)流程見(jiàn)圖1。

圖1 管道內(nèi)襯修復(fù)流程

管道的修復(fù)工藝控制要點(diǎn)如下：

（1）施工準(zhǔn)備。第一，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)完畢，審批完成；第二，資金立項(xiàng)審批和施工隊(duì)伍招標(biāo)完成；第三，待修復(fù)管道已清洗、置換處理和流程切換完畢，已具備施工條件；第四，施工方案和安全措施已經(jīng)審批完畢。

（2）基坑開(kāi)挖。在HDPE內(nèi)襯修復(fù)段兩端施工作業(yè)面開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)挖作業(yè)面通常易出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)、地下水不斷流出（甚至出現(xiàn)坑底管涌）、塌方嚴(yán)重等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致開(kāi)挖無(wú)法達(dá)到正常的設(shè)計(jì)深度。在D508 mm外輸管道基坑開(kāi)挖過(guò)程中，就出現(xiàn)了開(kāi)挖邊坡失穩(wěn)、坑底管涌嚴(yán)重的情況。通過(guò)從降水、治理基礎(chǔ)流砂效果、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行綜合對(duì)比（見(jiàn)表1），選擇了拉伸樁支護(hù)加外抽水法進(jìn)行作業(yè)面開(kāi)挖的工法：即首先在擬開(kāi)挖區(qū)域周圍打10 m拉伸樁加固支護(hù)，而后采用DN150泥漿泵進(jìn)行外抽水降水。該工法的開(kāi)挖效果為：樁身防折，防斷，樁與樁環(huán)環(huán)相扣，相互咬合，形成一道整體堅(jiān)固的鋼板墻；墻身防水，墻體又具有延伸、拉伸功能，抗擠壓能力強(qiáng)，可防止塌方。

（3）斷管割除和鋼法蘭焊接。斷管割除一般采用不動(dòng)火割除技術(shù)[1]，法蘭焊接應(yīng)嚴(yán)格遵循GB 50189—2013《油田集輸管道施工規(guī)范》的相關(guān)要求。

表1 基坑降水方法對(duì)比

（4）收發(fā)球筒及臨時(shí)設(shè)備安裝。收發(fā)球筒和臨時(shí)設(shè)備的安裝見(jiàn)圖2。

圖2 收發(fā)球筒和臨時(shí)設(shè)備的安裝

（5）清洗、除瘤、通徑和機(jī)器人探測(cè)。為了徹底將治理段內(nèi)雜物清理干凈且安全環(huán)保，優(yōu)選熱洗+清洗+除瘤+通徑+內(nèi)窺檢查等組合工藝進(jìn)行管道清理、檢測(cè)。管道熱洗溫度控制在40℃±10℃，直至熱洗到無(wú)可燃?xì)怏w被檢測(cè)到為合格[2]。清洗采用牽引機(jī)牽引清管器（由爪勾器、皮碗、鋼絲刷和通徑板組成）對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行清洗，通徑鋼板選用10～16 mm厚，其外徑略小于鋼管內(nèi)徑，反復(fù)清洗，直至收液端出液無(wú)雜質(zhì)、無(wú)垢，通徑板無(wú)變形為合格。清管完成后，用管道機(jī)器人對(duì)管道清洗情況進(jìn)行內(nèi)窺檢查，當(dāng)內(nèi)窺檢查管道內(nèi)壁無(wú)雜物、無(wú)垢、無(wú)毛刺、無(wú)焊瘤時(shí)為合格。最后采用管道機(jī)器人對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行攝像探測(cè)。

（6）內(nèi)襯設(shè)備及HDPE管準(zhǔn)備。內(nèi)襯設(shè)備以及HDPE管準(zhǔn)備應(yīng)與管道清洗同步進(jìn)行。D508 mm外輸油管道為油氣混輸管道，其具體參數(shù)見(jiàn)表2，管道內(nèi)襯需在考慮滿足經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的大前提下，還需詳細(xì)考慮內(nèi)襯材料各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的適用性，以選擇性能最優(yōu)的材料。

表2 D508 mm管道主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)SY/T 4110—2007《聚乙烯內(nèi)襯修復(fù)管道施工技術(shù)規(guī)范》、GB 15558.1—2015《燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁≒E）管道系統(tǒng)第1部分管材》標(biāo)準(zhǔn)，選擇厚度為12.5 mm、改性材料為HDPE PERT、適用溫度為-40～80℃、性能應(yīng)滿足表3要求的內(nèi)襯管[3]。

表3 改性材料HDPE PE-RT性能要求

（7） HDPE管焊接。為保證HDPE管道焊接質(zhì)量，施工前應(yīng)通過(guò)試焊確定施工過(guò)程中的吸熱時(shí)間、加熱板溫度及冷卻時(shí)間等參數(shù)。施焊過(guò)程中嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，施工前檢測(cè)熱熔設(shè)備，尤其是加熱板內(nèi)置電阻[4]。以棉質(zhì)物品蘸酒精或清潔的水清理加熱板和管道待接面，使加熱板和待接面上無(wú)雜物。經(jīng)常觀察加熱板顯示的溫度，控制加熱溫度在220℃±2℃。在高強(qiáng)度聚乙烯管材吸熱達(dá)到規(guī)定后，應(yīng)立即切換熱熔板，切換時(shí)間一般不大于10 s，切換后，迅速將壓力勻速升至焊接壓力，壓力參數(shù)為3～5 MPa。焊縫在冷卻過(guò)程中必須保持微壓，微壓應(yīng)不大于0.5 MPa，冷卻時(shí)間不低于20 min。

（8） HDPE管道強(qiáng)度和嚴(yán)密性試驗(yàn)。HDPE管道強(qiáng)度、嚴(yán)密性試驗(yàn)采用潔凈水，嚴(yán)格按GB 50189—2013《油氣田集輸管道施工規(guī)范》執(zhí)行。強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為待修復(fù)管道設(shè)計(jì)壓力的1.5倍，為3.75 MPa，穩(wěn)壓4 h，目測(cè)管道無(wú)變形、不破裂、無(wú)滲漏為合格。嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力為2.5 MPa，穩(wěn)壓24 h，壓降小于或等于試驗(yàn)壓力的1%為合格[5]。

（9）HDPE管等徑壓縮。HDPE管的穿插拉伸公式為：F=KσyA，式中F為HDPE管的穿插拉伸力，kN；K為系數(shù)，取值與HDPE管的直徑和收縮比有關(guān)；σy為HDPE的屈服強(qiáng)度，kN/cm2；A為HDPE管的橫截面積，cm2。由公式可以看出，要減少HDPE管的穿插拉伸力，首要的是控制收縮比。因此應(yīng)采用專用縮徑機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行HDPE管等徑壓縮：即四級(jí)滾輪徑向均勻壓縮，縮徑10%左右。每級(jí)滾輪有4～6個(gè)滾輪，以保證被壓縮HDPE管的同圓度，每級(jí)縮徑不大于3%，逐級(jí)壓縮?？s徑過(guò)程中HDPE管不應(yīng)有急劇變形和應(yīng)力集中，其分子及晶格結(jié)構(gòu)在縮徑過(guò)程中不應(yīng)有太大變化，以使HDPE管保持原有的記憶特性和物理、化學(xué)、力學(xué)性能，為HDPE管與主管道內(nèi)壁的緊密貼合提供了技術(shù)保障。

（10）HDPE管穿插。在內(nèi)襯過(guò)程中，為確保HDPE管不被拉傷，最大拉伸力以不超過(guò)材料屈服強(qiáng)度的二分之一為宜。為了減少牽引力，采用滾輪方式將HDPE管道架空，每隔12 m放置一個(gè)由4個(gè)橡膠滾輪組成的滾輪支架，以減少管道與地面的著力面積；同時(shí)，在管道的穿插起點(diǎn)前30 m位置人為造斜坡，即用沙土人為將管道架起，使管道彈性敷設(shè)后變形的角度正好符合穿插入管的方向，增加了HDPE管道的順直程度，以減少拉伸阻力。在拉伸樁上沿和治理段管口均采用10 mm厚的膠皮進(jìn)行保護(hù)，以確保減少對(duì)HDPE管道的劃傷。HDPE管道內(nèi)襯過(guò)程及保護(hù)示意見(jiàn)圖3。

圖3 HDPE管道內(nèi)襯過(guò)程及保護(hù)示意

（11）強(qiáng)度試驗(yàn)和端口連接。HDPE管道內(nèi)穿插完畢后，需要經(jīng)過(guò)不少于24 h的自然恢復(fù)或經(jīng)過(guò)打壓恢復(fù)，使其恢復(fù)到原來(lái)的直徑，從而與原管道內(nèi)壁緊密地貼合在一起。HDPE襯管襯貼完畢后，在端口焊接PE法蘭，使之與鋼法蘭緊貼，形成復(fù)合法蘭。相鄰管段法蘭用螺栓連接[6]。彎頭、三通等管件處理后原位連接，并加固定支墩固定，試壓過(guò)程和端口連接嚴(yán)格執(zhí)行GB 50189—2013《油氣田集輸管道施工規(guī)范》相關(guān)要求。

2 結(jié)束語(yǔ)

D508 mm外輸管道的HDPE內(nèi)襯修復(fù)是冀東油田第一次在大管徑關(guān)鍵油氣混輸管道上實(shí)施的穿越長(zhǎng)度最長(zhǎng)的、一次性穿越周期最短的管道內(nèi)腐蝕修復(fù)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的實(shí)施為今后HDPE內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)在油田的進(jìn)一步推廣提供借鑒。