海底管道終端設(shè)備建造和測試

趙明哲， 郭興偉， 孫繁榮， 郭美那， 石艷芳（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

海底管道終端設(shè)備（PLET）也稱為管道終端控制系統(tǒng)，包含管道、閥門、結(jié)構(gòu)、防沉板基礎(chǔ)等部件，并集成到水下生產(chǎn)系統(tǒng)和海底管道系統(tǒng)中進(jìn)行水下連接的設(shè)備，是水下生產(chǎn)系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分。隨著海洋石油與天然氣開采和生產(chǎn)的加速，針對其建造技術(shù)進(jìn)行研究具有較大的意義[1-2]。PLET有多種形式，本文以典型的PLET為例，并結(jié)合陵水17-2氣田項(xiàng)目水下項(xiàng)目建造經(jīng)驗(yàn)，介紹PLET建造流程及工藝。

陵水17-2氣田位于瓊東南盆地北部海域，水深1220～1560 m。陵水17-2氣田的開發(fā)由水下生產(chǎn)系統(tǒng)、1個(gè)半潛平臺(tái)和海底管線組成。其中本文描述的一套典型PLET設(shè)計(jì)水深1393 m，設(shè)計(jì)壓力38 000 kPa，其構(gòu)成如圖1所示。

圖1 PLET 典型圖

1 總體施工要求

1.1 一般要求

因水下生產(chǎn)設(shè)施不易維護(hù)或維護(hù)成本極高，因此對其可靠性有很高的要求。PLET的建造、測試和驗(yàn)收每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：材料及設(shè)備選用應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及設(shè)計(jì)圖樣要求。產(chǎn)品建造前，應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)制定焊接工藝規(guī)程，并進(jìn)行焊接工藝評定。所有鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)外表面均應(yīng)有可靠的防腐措施，如涂層保護(hù)、陰極保護(hù)等。

PLET的建造過程基本可分為預(yù)制階段、總裝階段和測試階段。結(jié)構(gòu)預(yù)制和管道預(yù)制完成后，可將錨固件管線段與結(jié)構(gòu)固定作為管線安裝基準(zhǔn)。管線安裝完成后進(jìn)行通球試壓和水壓試壓，然后安裝陽極、牛眼、羅經(jīng)等，最后完成其他測試內(nèi)容。通過總結(jié)多個(gè)水下項(xiàng)目建造測試經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化了PLET建造測試流程，使其能夠最大限度縮短建造工期，并能夠保證設(shè)備可靠性要求。PLET建造流程簡圖如圖2所示。

圖2 PLET建造流程圖

1.2 焊接要求

PLET構(gòu)件連接方式一般選用焊接方法，所有焊接工作需依據(jù)業(yè)主和船級社批準(zhǔn)的焊接程序（WPS）。焊接時(shí)，所有相關(guān)變量必須嚴(yán)格按照WPS執(zhí)行。為保證焊接質(zhì)量，對焊工資質(zhì)也有要求，只有具有焊工資質(zhì)的焊工才能從事相關(guān)的焊接工作，包括點(diǎn)焊、結(jié)構(gòu)/管線焊接和焊縫返修。焊工只能從事資格證書認(rèn)定的焊接工作。

所有焊縫都應(yīng)進(jìn)行100%目檢和磁粉檢驗(yàn)。缺陷焊縫不被接收。如果必須進(jìn)行焊縫返修，必須依照已批準(zhǔn)的焊接控制程序進(jìn)行。返修的焊縫需按照原焊接工藝的檢驗(yàn)方法進(jìn)行100%檢驗(yàn)[3]。

1.3 防腐要求

PLET的陰極防護(hù)應(yīng)符合DNV-RP-B401、NACE SP 0176和項(xiàng)目規(guī)格書及建造圖樣要求。陽極的布置及數(shù)量應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量及在水下服役的時(shí)間等因素確定。

面漆的顏色應(yīng)依據(jù)ISO13628-1，推薦選用橙色，便于水下機(jī)器人操作觀察[4]。

1.4 檢驗(yàn)要求

檢驗(yàn)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目檢驗(yàn)規(guī)格書、檢驗(yàn)程序和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。具體要根據(jù)不同的部位，選用射線、磁粉或超聲波等檢驗(yàn)方法。檢驗(yàn)順序首先是外觀檢驗(yàn)，然后是尺寸檢驗(yàn)，最終是NDT檢驗(yàn)。

2 結(jié)構(gòu)和管道預(yù)制

圖3 管線組成

對PLET本體及防沉板結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)制。預(yù)制順序：先焊接主梁，后焊接次梁從中間向四周施焊。施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照認(rèn)可的焊接工藝規(guī)程進(jìn)行焊接施工。同時(shí)可進(jìn)行閥門保護(hù)結(jié)構(gòu)、ROV把手、YOKE、HUB支撐等構(gòu)件預(yù)制。組裝YOKE到防沉板上時(shí)，注意安裝順序，先穿套管后焊接，避免工序錯(cuò)誤造成返工。然后對預(yù)制好的防沉板結(jié)構(gòu)、YOKE和閥門保護(hù)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行噴砂和涂裝。

管道預(yù)制時(shí)，先將管線、管件、彎管端部開坡口并進(jìn)行涂裝。其中僅管體涂裝，而焊口附近不涂裝，這樣可減少后續(xù)工序的涂裝工作。在此過程中需要對管線內(nèi)部進(jìn)行清潔。

圖4 管線噴涂區(qū)域

在錨固件兩端焊接管線Item1 和Item 3組成bulkheadkits。管線Item 1需要在理論尺寸基礎(chǔ)上加長400 mm，Item 3在理論尺寸基礎(chǔ)上加長100 mm，用于焊接試壓管帽和長度調(diào)節(jié)以進(jìn)行總體尺寸控制，如圖5所示。

圖5 錨固件管線預(yù)制

管線的預(yù)制過程中應(yīng)確保管段內(nèi)部清理干凈，無雜物。

3 管線和結(jié)構(gòu)總裝

當(dāng)結(jié)構(gòu)框架、管線段和相關(guān)附件預(yù)制完成后，將管線、閥門和結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配。管線安裝應(yīng)檢查并確認(rèn)下列各項(xiàng)安裝條件：1）管支架是否合適并已經(jīng)焊接檢驗(yàn)完畢；2）管線安裝前應(yīng)檢查所要配管的設(shè)備是否已經(jīng)就位、找正并固定完畢；3）管段內(nèi)部是否清理干凈，無雜物；4）管線安裝前，預(yù)制管段的材料和尺寸應(yīng)對照三維圖進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)；5）連接器密封面必須清潔、無雜物，可應(yīng)用木盒或類似物保護(hù)墊片，防止在安裝期間被損壞；6）應(yīng)在組對過程中注意閥門朝向及標(biāo)記；7）閥門焊接中應(yīng)該保持完全開啟，并在焊接完成后對閥門內(nèi)部進(jìn)行清洗和吹掃，保證閥門內(nèi)部無異物。

4 通球試驗(yàn)與水壓試驗(yàn)

管線、閥門安裝完畢后，進(jìn)行流體管路的通球試驗(yàn)與水壓試驗(yàn)。

對PLET管線進(jìn)行通球測試來驗(yàn)證清管球被泵驅(qū)動(dòng)可順利通過設(shè)備主流體管線，用以模擬水下清管球可順利完成通球。測試前檢查清管球是否有劃痕、損壞。以清管球順利通過主管線、未見明顯變形及損壞視為通球試驗(yàn)合格標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)完成后，對管線進(jìn)行吹掃，保持管線干燥，并做好密封保護(hù)工作。

對PLET管線進(jìn)行水壓試驗(yàn)，驗(yàn)證流體管在試驗(yàn)壓力下的強(qiáng)度是否滿足要求，測試壓力按產(chǎn)品水深設(shè)計(jì)要求，保壓時(shí)間8 h或2 h（根據(jù)施工現(xiàn)場條件船級社批準(zhǔn)），試壓介質(zhì)為自來水。水壓試壓合格標(biāo)準(zhǔn)：1）在試壓過程中無異常響動(dòng)；2）保壓期間進(jìn)行100%目視檢查，沒有任何可見泄漏；3）在穩(wěn)壓階段壓力不低于99%的測試壓力。

從圖7可以看出，在保壓階段，溫度為32～33 ℃時(shí)，管道內(nèi)壓力在3965 psig附近。管道內(nèi)壓力受環(huán)境溫度影響，環(huán)境溫度升高到35.8 ℃時(shí)，管道內(nèi)壓力隨之上升，約為4016 psig。本測試保壓階段中的2 h內(nèi)，壓力穩(wěn)定，證明管道施工完畢后，強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)條件。

圖6 水壓測試示意圖

圖7 溫度、壓力曲線圖

5 附件安裝

水壓試驗(yàn)后在錨固件位置的套管處進(jìn)行聚氨酯填充。按不同水深要求確定聚氨酯抗壓強(qiáng)度、吸水率等技術(shù)要求。同時(shí)根據(jù)陽極布置圖，現(xiàn)場焊接安裝陽極。然后安裝牛眼、壓力帽和沖洗帽等附件。

6 FAT/EFAT/SIT測試

在PLET完成組裝后應(yīng)對其功能完整性進(jìn)行工廠接收測試（FAT）擴(kuò)展測試（EFAT）和系統(tǒng)集成測試(SIT)。

圖8 FAT測試流程圖

FAT中的閥門差壓及功能測試是驗(yàn)證閥門在設(shè)計(jì)壓力下的密封性能，驗(yàn)證閥門打開、關(guān)閉的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速是否與閥門數(shù)據(jù)表一致。EFAT/SIT測試根據(jù)不同的項(xiàng)目需要測試內(nèi)容不盡相同，一般包括但不限于：1）設(shè)備完整性檢測。2）模擬操作。3）連接設(shè)備測試。測試內(nèi)容應(yīng)包括連接設(shè)備的預(yù)緊力、配合、鎖定裝置和液壓啟動(dòng)裝置的功能完整性。4）ROV接口測試。檢查ROV工具與各自接口間配合良好，可對設(shè)備進(jìn)行正常操作。5）連接器測試。驗(yàn)證使用水下作業(yè)ROV工具，可順利完成連接器安裝和回收作業(yè)，連接器ROV工具可操作性能良好。

7 尺寸控制

PLET建造過程中應(yīng)嚴(yán)格控制尺寸精度，使其符合設(shè)計(jì)文件要求，以滿足安裝船舶安裝限制及水下生產(chǎn)系統(tǒng)連接要求。一般要求結(jié)構(gòu)尺寸公差滿足AISC，機(jī)加工件尺寸公差滿足ISO2768-1?？偨Y(jié)多個(gè)水下項(xiàng)目PLET建造經(jīng)驗(yàn)，PLET尺寸公差一般應(yīng)符合表1所示要求[5-6]。

表1 結(jié)構(gòu)建造尺寸公差

管線的建造公差應(yīng)符合表2所示要求。

表2 管線建造尺寸公差

角度公差為±0.5°。

8 結(jié)語

PLET建造測試工藝復(fù)雜，質(zhì)量要求嚴(yán)格，可靠性要求高，施工難度及風(fēng)險(xiǎn)大[7]。本文對PLET的制造測試流程及控制措施進(jìn)行了深入分析，詳細(xì)介紹了建造要求及測試項(xiàng)目中的通球試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)，驗(yàn)證了建造的流體管在試驗(yàn)壓力下的強(qiáng)度。該項(xiàng)目按設(shè)計(jì)要求完成了PLET的建造和測試相關(guān)工作，實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)功能，為順利完成海上安裝創(chuàng)造條件，同時(shí)可以為國內(nèi)今后類似產(chǎn)品的建造提供很好的借鑒。