海底管道內(nèi)涂層現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口工藝選擇與探討

崔成楊，劉秀麗，郭靜，魯振興，繳立立

（1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

(2.天津環(huán)科環(huán)境咨詢有限公司，天津 300457）

引言

海底管道是海上油氣系統(tǒng)的重要組成部分之一。由于需要埋設(shè)于海泥以下一定深度之中，海底管道鋪設(shè)完成后的檢查和維修都非常困難，因此其耐腐蝕性、穩(wěn)定性等性能都尤為重要[1]。

目前，輸送各類介質(zhì)的海底管道通常均采用三層聚乙烯或聚丙烯結(jié)構(gòu)作為外防腐層。而對(duì)于管道內(nèi)部，只有少數(shù)輸送特殊介質(zhì)的管道設(shè)計(jì)有內(nèi)涂層，大多數(shù)管道內(nèi)部均為裸鋼，通過外加犧牲陽(yáng)極、調(diào)整設(shè)計(jì)腐蝕裕量、或在介質(zhì)中加注緩蝕劑等方式來(lái)達(dá)到腐蝕控制的目的。

有統(tǒng)計(jì)表明，總的腐蝕穿孔案例中有80%以上都來(lái)源于管道內(nèi)壁腐蝕，而補(bǔ)口位置的腐蝕失效更占其絕大部分，為整個(gè)管道防腐涂層系統(tǒng)最薄弱的環(huán)節(jié)[2]。

1 技術(shù)背景

以某項(xiàng)目海底管道為例。該項(xiàng)目中輸油管道部分為常規(guī)結(jié)構(gòu)，包括鋼管、防腐層、配重層，無(wú)內(nèi)涂層。而該項(xiàng)目中的排污管線部分，其管道內(nèi)壁涂裝了GRE（玻璃鱗片環(huán)氧）涂層，以針對(duì)腐蝕性較強(qiáng)和雜質(zhì)較多的污水介質(zhì)，起到防腐和減阻的作用，其結(jié)構(gòu)形式與常規(guī)管道的對(duì)比如圖1所示。

圖1 常規(guī)海管與內(nèi)涂海管結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

對(duì)于此類海底管道，在鋪管船作業(yè)線上，除了需要進(jìn)行通常的外節(jié)點(diǎn)焊接、防腐和發(fā)泡等作業(yè)之外，由于節(jié)點(diǎn)焊接作業(yè)產(chǎn)生的高溫會(huì)破壞節(jié)點(diǎn)位置的內(nèi)涂層，因此還需要對(duì)內(nèi)涂層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)口，否則鋼管內(nèi)壁的焊縫處會(huì)處于裸露狀態(tài)，將成為腐蝕重點(diǎn)，很可能發(fā)生穿孔乃至泄露事故。

2 管道內(nèi)補(bǔ)口工藝形式

目前常用的管道內(nèi)補(bǔ)口解決方案主要包括以下幾類：

2.1 內(nèi)補(bǔ)口機(jī)/機(jī)器人噴涂法

補(bǔ)口時(shí)，將噴砂/打磨機(jī)器人和高壓無(wú)氣噴涂機(jī)器人送到管道內(nèi)壁焊縫處進(jìn)行表面處理和噴涂作業(yè)，又稱為內(nèi)補(bǔ)口機(jī)法。這種補(bǔ)口方式在陸地管道中較為常見。下圖為某型號(hào)管道內(nèi)噴涂機(jī)示意圖[3]。

圖2 內(nèi)補(bǔ)口機(jī)構(gòu)造示意圖

2.2 內(nèi)襯套法

焊接前，將一段特制的金屬內(nèi)襯套管安裝在管道內(nèi)部接口處，套管內(nèi)部帶有防腐涂層，外部有隔熱層，可防止焊接過程中對(duì)涂層的破壞，以起到對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的保護(hù)作用[4]。

圖3 內(nèi)襯套管方式內(nèi)補(bǔ)口示意圖

2.3 不銹鋼接頭法

在管段的兩端各焊接2個(gè)不銹鋼圓環(huán)，而后進(jìn)行內(nèi)涂層的涂敷。管段連接時(shí)使用不銹鋼焊條將兩側(cè)的不銹鋼圓環(huán)進(jìn)行焊接。內(nèi)部焊縫位置的涂層如果被高溫破壞，不銹鋼環(huán)也可以起到防腐的作用。此種方式也可避免現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行內(nèi)涂層的補(bǔ)口，但是不銹鋼與碳鋼之間存在電位差，連接位置可能出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕[4]。

圖4 不銹鋼接頭方式內(nèi)補(bǔ)口示意圖

2.4 機(jī)械連接法

采用機(jī)械連接的方式，替代焊接進(jìn)行鋼管管段的連接，例如法蘭連接、螺紋連接、承插連接等。機(jī)械連接方式對(duì)管道內(nèi)壁及端面的防腐層不造成大的破壞，因此可不必進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)補(bǔ)口。

上述方法中，不銹鋼接頭法和機(jī)械連接法都需要對(duì)管段本體進(jìn)行加工，因此在管道制管階段前就需要提前進(jìn)行好設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目的12.2米海管管段由業(yè)主負(fù)責(zé)提供，為常規(guī)形式的帶有內(nèi)外涂層的鋼管，無(wú)法采用這兩種補(bǔ)口方式。本項(xiàng)目適用的內(nèi)補(bǔ)口方式僅有機(jī)器人噴涂法和內(nèi)襯套法兩種。

3 適合海管鋪設(shè)的內(nèi)補(bǔ)口工藝選擇

以上內(nèi)補(bǔ)口工藝在陸地管線鋪設(shè)中均有應(yīng)用案例。而對(duì)于海管鋪設(shè)來(lái)說，由于鋪管船作業(yè)線環(huán)境以及鋪設(shè)效率要求等條件限制，某些內(nèi)補(bǔ)口方式并不適用。目前應(yīng)用于海管的內(nèi)補(bǔ)口工藝主要為內(nèi)補(bǔ)口機(jī)器人法和內(nèi)襯套法兩種。

以下對(duì)兩種方式應(yīng)用于海管鋪設(shè)中的各方面技術(shù)細(xì)節(jié)和優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 機(jī)器人噴涂法

機(jī)器人噴涂法所用設(shè)備如下圖所示。

圖5 管道內(nèi)補(bǔ)口機(jī)器人原理示意圖

某品牌內(nèi)補(bǔ)口機(jī)器人按照不同功能組成多個(gè)作業(yè)單元，從前至后分別為噴砂單元，噴漆單元和檢驗(yàn)單元。每個(gè)單元均配有動(dòng)力車和信號(hào)接收裝置，各個(gè)單元依次排布在管體內(nèi)部，隨著海管在作業(yè)線上向前移動(dòng)，作業(yè)車則通過遙控進(jìn)行反向移動(dòng)，始終保持在作業(yè)線上相對(duì)固定的位置進(jìn)行內(nèi)補(bǔ)口作業(yè)。

機(jī)器人法內(nèi)補(bǔ)口作業(yè)的工序?yàn)椋菏紫?，噴砂車?duì)內(nèi)節(jié)點(diǎn)cutback進(jìn)行拋丸噴砂，后續(xù)真空吸砂車清理并回收噴砂磨料；然后由噴涂車對(duì)內(nèi)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行噴漆作業(yè)；最后檢驗(yàn)車通過內(nèi)部攝像頭對(duì)涂層表面進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，以及最后的漏點(diǎn)檢測(cè)儀對(duì)涂層進(jìn)行漏點(diǎn)檢驗(yàn)，至此完成一個(gè)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)口工作。

3.2 內(nèi)襯套法

內(nèi)襯套為連接在兩段海管之間的一小段金屬襯管，內(nèi)部帶有防腐涂層，外部有隔熱層，以阻擋焊接時(shí)的高溫對(duì)內(nèi)部涂層破壞，同時(shí)兩側(cè)有密封用O型圈，防止介質(zhì)進(jìn)入襯套于海管之間的縫隙。兩段海管焊接時(shí)與內(nèi)襯套一同焊接到一起，利用內(nèi)襯套內(nèi)部的防腐層覆蓋住海管管端的預(yù)留裸露區(qū)，起到內(nèi)補(bǔ)口的作用。

內(nèi)襯套法內(nèi)補(bǔ)口的操作工序如下：

1) 檢查、清理內(nèi)涂鋼管、內(nèi)襯套 。

2) 在鋼管內(nèi)側(cè)涂抹指定瑪 脂密封膠。

圖6 內(nèi)襯套安裝完成后的節(jié)點(diǎn)剖面圖

3) 將內(nèi)襯套安裝到一側(cè)管段之內(nèi)。

4) 將另一側(cè)管段套在內(nèi)襯套之上。

5) 兩管段進(jìn)行對(duì)口，直至兩側(cè)管段到達(dá)定位塊位置

6) 按照批準(zhǔn)的焊接和檢驗(yàn)程序進(jìn)行后續(xù)操作。

3.3 方案對(duì)比

表1 兩種內(nèi)補(bǔ)口方案應(yīng)用于海管鋪設(shè)的對(duì)比

通過以上對(duì)比分析，為了控制項(xiàng)目成本和風(fēng)險(xiǎn)，該項(xiàng)目選擇內(nèi)襯套法作為內(nèi)補(bǔ)口解決方案，并按照該方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)和施工，最終整個(gè)鋪設(shè)過程順利，完工狀態(tài)良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

管道內(nèi)防腐補(bǔ)口受到施工條件的限制較大，目前各個(gè)解決方案都存在一定的局限性，例如內(nèi)襯套方式內(nèi)補(bǔ)口施工完成后，節(jié)點(diǎn)位置的管徑會(huì)有一定的縮小，因此設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮清管和通球作業(yè)是否會(huì)受到影響，以及管道本身的輸送能力能否足夠。對(duì)于小管徑管道如果打算采用內(nèi)襯套方式，可以考慮進(jìn)行管端擴(kuò)徑，以確保管道的通過性不受影響。

相較于成熟的外節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口工藝，內(nèi)補(bǔ)口還是一個(gè)相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)。隨著管道內(nèi)壁腐蝕失效案例越來(lái)越多的出現(xiàn)，內(nèi)腐蝕尤其是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)腐蝕的控制受到的關(guān)注也與日俱增。海管鋪設(shè)的特殊施工條件也導(dǎo)致很多工藝無(wú)法很好的適用。因此急需科研人員和工程技術(shù)人員對(duì)內(nèi)補(bǔ)口工藝技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究和優(yōu)化，開發(fā)出適應(yīng)性更強(qiáng)、效果更佳的內(nèi)補(bǔ)口施工工藝。