樊三新，劉玉玲，林春文，王 麒

(1.大慶油田工程建設(shè)公司天宇設(shè)計(jì)院，黑龍江 大慶 163712;2.大慶油田采油七廠，黑龍江 大慶 163517)

高寒地區(qū)管道施工技術(shù)是長(zhǎng)輸管道建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著我國(guó)西部大開發(fā)和振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略的實(shí)施，永久凍土地區(qū)管道施工技術(shù)已被國(guó)家相關(guān)部門列入重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。今后一個(gè)時(shí)期，中國(guó)石油將攻關(guān)、推廣應(yīng)用和超前研發(fā)43 項(xiàng)管道技術(shù)，以全面提升管道技術(shù)水平。進(jìn)口俄羅斯原油輸送工藝及配套技術(shù)、西部油田及進(jìn)口原油管道輸送技術(shù)、海洋管道工程技術(shù)與永凍土地帶工程施工技術(shù)等成為管道建設(shè)技術(shù)提升和開發(fā)的重點(diǎn)。

俄羅斯近年加大了對(duì)西伯利亞資源的開發(fā)力度，隨著中俄友好合作關(guān)系的加深，西伯利亞石油和天然氣管線的走向越來(lái)越傾向于中國(guó)，再加上中石化與俄國(guó)石油公司簽訂共同開發(fā)庫(kù)頁(yè)島油氣資源協(xié)議和中石油與哈薩克斯坦簽訂了一系列油氣開發(fā)合作協(xié)議等，這些都預(yù)示著未來(lái)幾年?yáng)|西伯利亞和遠(yuǎn)東地區(qū)將成為新一輪的能源開發(fā)熱點(diǎn)地區(qū)。

東西伯利亞和遠(yuǎn)東地區(qū)緯度較高，包括國(guó)內(nèi)的黑龍江省大興安嶺地區(qū)和青藏高原，無(wú)霜期短，并歸屬于永凍土或季節(jié)性凍土地區(qū)，為了能在這樣特殊的地區(qū)能源開發(fā)中占有一席之地，有必要提前進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備，研究攻克凍土施工技術(shù)難關(guān)，以提高核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)能力，為永凍土地區(qū)油氣管道工程建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

針對(duì)中俄原油輸送管線現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口我們研究實(shí)驗(yàn)適合高寒地區(qū)補(bǔ)口工藝技術(shù)。

1 主要試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容

(1)低溫下管道補(bǔ)口防腐保溫材料優(yōu)化設(shè)計(jì)及粘接技術(shù)研究;

(2)試驗(yàn)研究低溫下管補(bǔ)口結(jié)構(gòu);

(3)低溫下管線接口表面預(yù)處理工藝技術(shù)研究。

2 低溫下防腐保溫管道補(bǔ)口工藝技術(shù)研究

管道使用壽命的長(zhǎng)短直接受防腐層質(zhì)量的影響，而防腐層質(zhì)量與其自身防腐性有直接關(guān)系，因此正確選擇合適的防腐層是決定管道整體防腐壽命的關(guān)鍵。防腐、保溫管道焊接后補(bǔ)口是保證管道整體質(zhì)量的薄弱環(huán)節(jié)，也是關(guān)鍵工序，補(bǔ)口質(zhì)量的好壞，直接影響工程質(zhì)量，因此，確保補(bǔ)口工藝質(zhì)量十分重要。為在高寒地區(qū)順利完成補(bǔ)口工藝操作，首先必須選擇低溫補(bǔ)口材料，其次必須采取局部保溫措施，保證補(bǔ)口溫度，使用安裝工具，降低人為影響因素。第三，必須采取必要的隔熱措施，確保加熱對(duì)保溫層無(wú)損害。第四，采用工廠預(yù)制保溫殼，現(xiàn)場(chǎng)粘接，使用與外護(hù)管等厚度的聚乙烯套袖，聚乙烯熱融合焊粘接，環(huán)縫犧牲套補(bǔ)強(qiáng)組合技術(shù)。

(1)補(bǔ)口工藝流程

接口中頻感應(yīng)器預(yù)熱——噴砂除銹——遠(yuǎn)紅外預(yù)熱——聚乙烯打毛——熱縮帶補(bǔ)口——聚氨酯殼粘接——外護(hù)管局部機(jī)械打毛——套袖熔合焊——環(huán)縫犧牲套補(bǔ)強(qiáng)——中頻加熱。

(2)低溫管接口表面預(yù)處理工藝技術(shù)

①接口中頻感應(yīng)器預(yù)熱:接口處管體局部用中頻感應(yīng)器預(yù)熱到50～70 ℃;

②噴砂除銹:選擇潔凈干燥的石英砂，粒徑小于3 mm。局部加收塵箱，防止石英砂飛濺污染環(huán)境。除銹前保護(hù)端面防水帽，同時(shí)將聚乙烯打毛;

③熱縮帶補(bǔ)口:將環(huán)氧底漆均勻涂抹在鋼管局部外表面，并確保環(huán)氧底漆在涂抹前保溫放置。纏繞熱縮帶，保溫層端面防水帽用隔熱棉隔熱，用遠(yuǎn)紅外(中頻加熱器)實(shí)施局部加熱，加熱溫度控制在120～140 ℃;

④聚氨酯殼粘接:用低溫粘接劑將聚氨酯殼粘接牢固;

⑤套袖熔合焊:采用與外護(hù)管等厚度套袖，通過套袖中預(yù)埋的電加熱熔合焊接，確保等強(qiáng)度;

⑥環(huán)縫犧牲套補(bǔ)強(qiáng):為確保管道長(zhǎng)期在冷熱循環(huán)環(huán)境中使用可靠，采用犧牲套對(duì)環(huán)縫補(bǔ)強(qiáng);

⑦中頻感應(yīng)器加熱:用熱縮帶纏繞，中頻感應(yīng)器加熱，溫度不超過140 ℃。

3 低溫補(bǔ)口保溫材料優(yōu)化設(shè)計(jì)及粘接技術(shù)

3.1 技術(shù)的難點(diǎn)

(1)寒冷地區(qū)的特殊環(huán)境

①環(huán)境溫度:-20 ℃，極端溫度:-45 ℃;

②相對(duì)濕度:60%～85%;

③風(fēng)力:最小3 m/s，平均7.8 m/s;

④野外長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)困難極大。

(2)鋼管與聚乙烯物理特性不同

①鋼材熱膨脹系數(shù)(1.17 ×10-5m/K)與聚乙烯(1.21 ×10-4m/K)相差10 倍;

②直徑大、溫差大，影響也大。

(3)低溫狀態(tài)管線及防腐層對(duì)施工限制

①低溫收縮擠壓應(yīng)力，加熱膨脹熱應(yīng)力造成開膠;

②低溫液化氣或丙烷氣不完全燃燒產(chǎn)生結(jié)碳;

③烘烤熱量損失，加熱不均勻;

(4)低溫狀態(tài)對(duì)補(bǔ)口材料的影響

①環(huán)氧底漆在低溫狀態(tài)下處于高粘稠狀態(tài)，難攪拌、固化慢;

②熱縮帶低溫堅(jiān)硬、冷脆;

③火焰烘烤不均勻受熱，翹邊、起褶。

(5)運(yùn)行可能存在的潛在質(zhì)量問題

①管線沉降使補(bǔ)口處應(yīng)力集中開裂;

②加熱不均導(dǎo)致局部嵌縫失效。

3.2 解決技術(shù)途徑

(1)針對(duì)寒冷地區(qū)的特殊環(huán)境，設(shè)計(jì)3 m ×3 m×3 m 移動(dòng)式保溫房，內(nèi)置5 kW 電加熱器，外配置10 kW 發(fā)電機(jī)。

(2)補(bǔ)口材料性能必須適應(yīng)自然條件。

①環(huán)氧底漆抗陰極剝離達(dá)到SY/T0413-2002要求，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)篩選;

②熱縮帶低溫脆性-30 ℃，背膠厚度1.0～1.2 mm;

③使用高密度聚乙烯制作外護(hù)套袖。

(3)試驗(yàn)低溫管補(bǔ)口結(jié)構(gòu)(為專有技術(shù))見圖1。

圖1 低溫管補(bǔ)口結(jié)構(gòu)Fig.1 Joint structure of low temperature pipe

3.3 低溫外護(hù)管環(huán)縫補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)

⑴接口中頻感應(yīng)器預(yù)熱:接口處管體局部用中頻感應(yīng)器器預(yù)熱到50～70 ℃;

⑵噴砂除銹:選擇潔凈干燥的石英砂，粒徑小于3 mm。局部加收塵箱，防止石英砂飛濺污染環(huán)境。除銹前保護(hù)端面防水帽，同時(shí)將聚乙烯打毛;

⑶熱縮帶補(bǔ)口:將環(huán)氧底漆均勻涂抹在鋼管局部外表面，并確保環(huán)氧底漆在涂抹前保溫放置。纏繞熱縮帶，保溫層端面防水帽用隔熱棉隔熱，用遠(yuǎn)紅外(中頻加熱器)實(shí)施局部加熱，加熱溫度控制在120～140 ℃;

⑷聚氨酯殼粘接:用低溫粘接劑將聚氨酯殼粘接牢固;

⑸套袖熔合焊:采用與外護(hù)管等厚度套袖，通過套袖中預(yù)埋的電加熱熔合焊接，確保等強(qiáng)度;

⑹環(huán)縫犧牲套補(bǔ)強(qiáng):為確保管道長(zhǎng)期在冷熱循環(huán)環(huán)境中使用可靠，采用犧牲套對(duì)環(huán)縫補(bǔ)強(qiáng);

⑺中頻感應(yīng)器加熱:用熱縮帶纏繞，中頻感應(yīng)器加熱，溫度不超過140 ℃。

4 低溫下防腐保溫管道補(bǔ)口工藝技術(shù)應(yīng)用

2006 年我們承擔(dān)了《低溫下防腐保溫管道補(bǔ)口工藝技術(shù)研究》課題，通過反復(fù)試驗(yàn)研究形成了一套完整的低溫下防腐保溫管道補(bǔ)口工藝技術(shù)，并在漠大線部分標(biāo)段試驗(yàn)取得良好效果，為進(jìn)一步完善低溫下防腐保溫管道補(bǔ)口工藝技術(shù)提供了參照，也為高寒地區(qū)管道的安全運(yùn)行提供了保障。