李 悅，金明莉

中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島 266061

三層聚丙烯（3LPP）管道防腐系統(tǒng)除具備良好的耐腐蝕和抗機(jī)械損傷性能外，還能承受較高溫度的工況條件，在中東地區(qū)油氣管道項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。阿布扎比某油田綜合設(shè)施項(xiàng)目3LPP管道補(bǔ)口應(yīng)用的是GTS-PP系列的聚丙烯熱縮套，此系列熱縮套補(bǔ)口系統(tǒng)由液體環(huán)氧底漆、高性能聚丙烯黏結(jié)劑層和交聯(lián)聚丙烯基膜組成，施工時(shí)先由中頻加熱設(shè)備完成管道基材預(yù)熱，再進(jìn)行熱縮套施工，整個(gè)補(bǔ)口過程嚴(yán)格按照工藝流程施工，使現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口效果可以達(dá)到工廠級(jí)水平[3-4]。

1 準(zhǔn)備階段

GTS-PP聚丙烯熱縮套施工工藝流程見圖1。

圖1 GTS-PP聚丙烯熱縮套施工工藝流程

1.1 施工工藝評(píng)定

補(bǔ)口施工前要先進(jìn)行工藝評(píng)定（PQT），以驗(yàn)證熱縮套施工流程有效可行。工藝評(píng)定的試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置在空曠的室內(nèi)，備好支架和3LPP防腐管，管道上每隔1 m堆焊一處模擬焊道。模擬焊道設(shè)置方法為先剝離290 mm寬的3LPP防腐層，然后對(duì)管道進(jìn)行打磨直至漏出金屬光澤，最后在露出金屬表面的中間位置沿管道圓周進(jìn)行堆焊，模擬出焊縫余高。模擬焊道共準(zhǔn)備16組，以滿足全部試驗(yàn)要求。工藝評(píng)定的場(chǎng)所、工件、設(shè)備應(yīng)預(yù)先報(bào)驗(yàn)完畢，測(cè)量儀器儀表應(yīng)具備第三方檢驗(yàn)證書，操作人員應(yīng)由廠家委派。

1.2 人員準(zhǔn)備

施工工藝評(píng)定合格后，管道補(bǔ)口操作人員按工藝評(píng)定中的施工流程接受培訓(xùn)，并參加最終的實(shí)操考核，考核由業(yè)主質(zhì)檢人員全程監(jiān)督并在合格的試驗(yàn)結(jié)果上簽字確認(rèn)。噴砂除銹人員和補(bǔ)口操作人員取得培訓(xùn)合格證書后才可進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工。防腐質(zhì)檢員需取得BGAS或CIP Level 2以上證書并通過業(yè)主面試。

1.3 設(shè)備選用

中頻加熱器是保證補(bǔ)口安裝質(zhì)量的核心設(shè)備，補(bǔ)口施工中應(yīng)用的中頻加熱器應(yīng)滿足預(yù)加熱50～65℃和熔融環(huán)氧涂層加熱175～190℃的溫控要求，且升溫時(shí)間不應(yīng)大于3 min。感應(yīng)線圈規(guī)格應(yīng)能覆蓋補(bǔ)口管道的所有管徑范圍，并可實(shí)時(shí)顯示加熱溫度?，F(xiàn)場(chǎng)噴砂設(shè)備采用環(huán)保型循環(huán)回收式噴砂機(jī)，此噴砂機(jī)具有噴砂、回收、循環(huán)的功能，作業(yè)半徑較大，且在施工中無磨料及灰塵飛揚(yáng)的現(xiàn)象，滿足使用和環(huán)保要求。其他設(shè)備及測(cè)量儀器選用見表1。

表1 其他設(shè)備儀器選用情況

1.4 磨料選用

磨料的選擇應(yīng)符合殼牌規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)施工的相關(guān)要求，石英砂因不符合健康環(huán)保要求在阿布扎比當(dāng)?shù)乇唤故褂茫F砂或鋼丸不適用于現(xiàn)場(chǎng)小型噴砂設(shè)備也不適用于現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口施工，十字石和氧化鋁等材料成本較高不經(jīng)濟(jì)，當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)普遍選擇石榴石或鏡赤鐵礦作為管道防腐除銹的磨料。阿布扎比某油田綜合設(shè)施項(xiàng)目選用的鐵鋁石榴石是一種常見的天然磨料，除銹性能優(yōu)異并兼具灰塵少、可溶性鹽含量低、導(dǎo)電率低、有害成分少等特點(diǎn)。各類磨料特性及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 磨料特性

現(xiàn)場(chǎng)到貨的每批磨料均需提供合格檢定報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行含鹽量及電導(dǎo)率測(cè)試，電導(dǎo)率應(yīng)≤50μS/cm。

2 開工前驗(yàn)收

2.1 資料驗(yàn)收

在現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域首次展開補(bǔ)口施工活動(dòng)時(shí)應(yīng)先提交報(bào)驗(yàn)資料，報(bào)驗(yàn)資料包括：第一，工作風(fēng)險(xiǎn)分析（TRA），通過TRA會(huì)議討論完畢，并取得各相關(guān)方簽字；第二，施工方案（MS），經(jīng)過業(yè)主批準(zhǔn)。第三，材料準(zhǔn)入證明（MAR）和材料進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)資料（RFI）；第四，各施工設(shè)備、計(jì)量器具、氣瓶的檢定報(bào)告；第五，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急措施；第六，HSE程序文件；第七，焊道交付文件，經(jīng)業(yè)主簽字，以焊接記錄、NDT報(bào)告、硬度檢測(cè)報(bào)告和管道書作為附件的交接文件；第八，廠家出具的PQT結(jié)果的保證函，用于保證補(bǔ)口施工工藝評(píng)定最終結(jié)果，這份保證函多在個(gè)別工藝評(píng)定試驗(yàn)未取得最終結(jié)果但現(xiàn)場(chǎng)急需施工時(shí)使用，如熱水浸泡試驗(yàn)需28 d，周期較長，這時(shí)施工方可以憑借拉拔試驗(yàn)合格結(jié)果和保證函提前進(jìn)行人員培訓(xùn)和施工。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

在資料驗(yàn)收合格后，還需對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)體驗(yàn)收，主要驗(yàn)收項(xiàng)目有：其一，圍擋措施。熱縮套施工部位要有密閉且不燃的防風(fēng)棚遮擋風(fēng)沙，噴砂除銹部位要四面圍擋，防止磨料噴濺傷人。其二，HSE設(shè)施及福利設(shè)施?；瘜W(xué)品儲(chǔ)存處和使用位置要張貼公示，防腐材料存儲(chǔ)區(qū)要設(shè)警戒區(qū)防止他人進(jìn)入；每個(gè)動(dòng)火點(diǎn)要配備1部以上8 kg干粉滅火器和1個(gè)以上防火毯；施工現(xiàn)場(chǎng)要配備風(fēng)速儀，施工區(qū)域附近要設(shè)置停車區(qū)、廁所、帳篷、風(fēng)向袋、緊急集合點(diǎn)、飲水點(diǎn)、安全警示牌等。其三，設(shè)備及主要機(jī)具。中頻加熱設(shè)備、全套噴砂設(shè)備、氣罐和火把都要經(jīng)過業(yè)主HSE檢查。其四，防腐施工個(gè)人防護(hù)裝備。防腐作業(yè)人員要配備封閉式護(hù)目鏡、橡膠手套、過濾式口罩，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備化學(xué)作業(yè)全身式防護(hù)服（頭部需要內(nèi)嵌安全帽）。

3 焊道表面處理及檢驗(yàn)

3.1 焊道表面處理

焊道及接合區(qū)域所有的飛濺物、焊渣、鋒利邊緣等都應(yīng)打磨移除，如果有油脂，應(yīng)使用符合SSPC-SP-1規(guī)范的清潔劑進(jìn)行清洗，然后再使用清水沖洗。

環(huán)境濕度小于85%可直接進(jìn)行噴砂除銹，如果鋼表面溫度低于露點(diǎn)溫度3℃或在鋼表面檢測(cè)到水漬，則應(yīng)使用中頻加熱設(shè)備將鋼管表面加熱至50～80℃，除去管道表面所有水分再進(jìn)行噴砂。除銹應(yīng)達(dá)到ISO 8501-1標(biāo)準(zhǔn)Sa2.5級(jí)別，表面粗糙度為50～100μm。噴砂后使用P24-P40翼片砂輪將金屬和3LPP防腐層的過渡位置做打毛處理，處理最小寬度為100 mm，切割過渡角為15°～30°。在完成以上所有工作后應(yīng)使用無絨布擦拭掉散落碎片或其他表面污染物，有條件的也可以用干燥壓縮空氣吹掃。

3.2 基材表面檢驗(yàn)

（1）外觀檢查。處理后的焊道表面除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到Sa2.5，外觀檢查發(fā)現(xiàn)的局部缺陷應(yīng)及時(shí)處理，如缺陷面積大于20 cm2，需要對(duì)整個(gè)焊道重新進(jìn)行噴砂除銹。

（2）粗糙度檢查?；谋砻娲植诙葯z查可以使用拓片紙式測(cè)量法，先將復(fù)制膠帶（拓片）在基材表面充分按壓形成印模，再通過彈簧千分尺對(duì)印膜的尖峰、谷底進(jìn)行測(cè)量，減去膠帶厚度后就能得出表面粗糙度的值。在實(shí)際施工中，管道基材表面粗糙度的合格范圍在50～100μm（ISO 8503-5）。

（3）灰塵污染等級(jí)檢查?；谋砻鎳娚凹疤幚斫Y(jié)束后應(yīng)進(jìn)行表面灰塵檢測(cè)，阿布扎比某油田綜合設(shè)施項(xiàng)目使用灰塵膠帶進(jìn)行這一檢測(cè)，灰塵膠帶的優(yōu)點(diǎn)是能更直觀地評(píng)估基材表面的數(shù)量和大小，另外可以對(duì)測(cè)量的結(jié)果永久記錄并留存。全套灰塵膠帶檢測(cè)工具由灰塵膠帶、滾壓器（如需要）、放大鏡（如需要）和對(duì)比顯示卡組成。檢測(cè)時(shí)先將膠帶撕開粘貼于處理完畢的基材表面，然后用滾壓器或手按壓膠帶使其與基材表面完全貼合，再將膠帶揭下貼在對(duì)比顯示卡的指定區(qū)域與顯示卡上各級(jí)灰塵度的卡片進(jìn)行對(duì)比，最后記錄灰塵污染等級(jí)并將對(duì)比卡存檔。

（4）表面含鹽量檢測(cè)?；谋砻婧}量檢測(cè)的通常做法是取得蒸餾水和基材表面混合液后測(cè)電導(dǎo)率。在實(shí)際施工中阿布扎比某油田綜合設(shè)施項(xiàng)目運(yùn)用了可溶性鹽檢測(cè)儀，這個(gè)檢測(cè)儀可以直接通過鹽分貼片測(cè)試含鹽量，在達(dá)到同等測(cè)試效果的同時(shí)操作更簡單，效率更高。根據(jù)ISO 8502-6的要求，基材表面的含鹽量應(yīng)小于20 mg/m2。

4 熱縮套施工

基材表面處理后應(yīng)盡快涂刷底漆，涂刷時(shí)基材溫度不應(yīng)低于露點(diǎn)溫度，若基材溫度低于露點(diǎn)或暴露時(shí)間超過要求，則需重新對(duì)焊道進(jìn)行各項(xiàng)表面檢查，若有返銹或污染跡象，則需重新進(jìn)行焊道表面處理?；谋砻嫣幚砗笸克⒌灼岬淖畲箝g隔時(shí)間見表3。

表3 基材表面處理后涂刷底漆的最大間隔時(shí)間

4.1 焊道預(yù)熱

使用中頻加熱器加熱焊道，使金屬表面預(yù)熱至50～65℃。加熱過程中除觀察中頻加熱設(shè)備顯示的溫度外，還應(yīng)使用接觸式測(cè)溫儀測(cè)量管道表面溫度，確保溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。

4.2 底漆施工

4.2.1 涂刷環(huán)氧樹脂

防腐工施工時(shí)應(yīng)佩戴橡膠防護(hù)手套和防護(hù)面罩，將環(huán)氧樹脂基質(zhì)和固化劑按照體積4∶1配比，并攪拌3～5 min使其充分混合。攪拌完畢后將環(huán)氧樹脂涂刷在已經(jīng)預(yù)熱的金屬表面及3LPP防腐層的根部。

4.2.2 漆膜測(cè)厚

環(huán)氧樹脂底漆施工完畢后應(yīng)進(jìn)行漆膜測(cè)厚。施工現(xiàn)場(chǎng)多用濕膜梳來測(cè)量漆膜厚度，濕膜梳一般為多邊形的金屬卡片，在同一邊內(nèi)有不同高度的梳齒。測(cè)量原理是通過梳齒高度差異來測(cè)量直線平面內(nèi)濕膜的厚度。3LPP管道補(bǔ)口現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口時(shí)，為更清晰的呈現(xiàn)結(jié)果，一般采用在測(cè)厚儀蘸取涂料后在紙上拓印的辦法判斷漆膜厚度是否達(dá)標(biāo)。如3LPP補(bǔ)口底漆濕膜厚度要求≥300μm，則需選擇量程175～300 μm的濕膜梳進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)先將梳齒端與基材表面垂直放置，蘸取底漆后平移至白紙表面進(jìn)行拓印，若所有梳齒均能留下漆印，則說明漆膜厚度大于300 μm，判斷濕膜厚度符合要求。

熱縮套補(bǔ)口的底漆濕膜厚度每次需測(cè)4個(gè)位置，若測(cè)量結(jié)果顯示不符合要求，則需補(bǔ)漆后重新測(cè)量。

4.3 環(huán)氧樹脂加熱

使用中頻加熱器將涂刷的環(huán)樹脂表面加熱至175～190℃，加熱過程中除觀察中頻加熱設(shè)備顯示的溫度外，也要使用接觸式測(cè)溫儀測(cè)量管道表面溫度，確保環(huán)氧樹脂充分固化。

4.4 安裝熱縮套及封口帶

熱縮套及封口帶安裝過程中使用丙烷氣火炬進(jìn)行加熱。安裝時(shí)先把GTS-PP熱縮套纏繞在焊道上，纏繞不能過緊，即要留有空間，搭接位置應(yīng)該位于10點(diǎn)鐘或2點(diǎn)鐘方向。搭接前應(yīng)先將被搭接部位的膠面加熱，然后將搭接部位膠面烘烤至出現(xiàn)光澤，搭接時(shí)要注意平齊，接縫邊緣用手（戴勞保手套）按壓到位。接縫粘連后用火炬在補(bǔ)口部位緩慢來回移動(dòng)繼續(xù)烘烤接縫和封口并使用聚四氟乙烯滾輪碾壓，使封口和接縫粘接牢固。若在操作過程中熱縮套出現(xiàn)皺紋或氣泡，將其從中心向邊緣驅(qū)趕并撫平即可。

熱縮套搭接部位及封口帶安裝牢固后，使用隔熱帶將補(bǔ)口邊緣位置纏繞起來，防止管道原有3LPP防腐層過熱。兩名施工人員沿著管道對(duì)稱操作，使用中等強(qiáng)度火焰沿圓周方向烘烤熱縮套，烘烤方向應(yīng)由中心向兩側(cè)、由接縫向外邊緣。當(dāng)熱縮套完全貼合接頭輪廓時(shí)，初始收縮完成。這時(shí)使用溫和火焰繼續(xù)烘烤熱縮套，烘烤時(shí)要來回不停移動(dòng)火炬，以保證熱縮套表面均勻受熱。熱縮套與原有3LPP防腐層搭接位置應(yīng)專門進(jìn)行烘烤，直至黏結(jié)劑涂層熔合并從邊緣溢出時(shí)可停止加熱。熱縮套安裝完成后外觀檢查應(yīng)無氣泡、劃痕或任何褶皺，應(yīng)具有均勻的顏色和光澤。

5 HDD加固帶安裝

參與水平定向鉆的管道在補(bǔ)口時(shí)還需加裝HDD加固帶，加固帶寬150 mm，安裝在管道定向鉆施工時(shí)前進(jìn)方向的一端。安裝時(shí)一半搭接在管道防腐層上，另一半搭接在已安裝的GTS-PP熱縮套上，加固帶的接縫位置與已安裝熱縮套的接縫位置應(yīng)對(duì)稱分布于管道的3點(diǎn)鐘和9點(diǎn)鐘方向，安裝時(shí)確保安裝位置前后各100 mm處于所需溫度。HDD接頭同樣需要安裝封口帶。加固/封口帶安裝完成后纏繞3層玻璃絲網(wǎng)，然后在玻璃絲網(wǎng)上均勻涂抹環(huán)氧樹脂，直至環(huán)氧樹脂將玻璃絲網(wǎng)全部覆蓋。HDD加固帶安裝見圖2。

圖2 水平定向鉆管道補(bǔ)口加固帶

6 檢查檢驗(yàn)

6.1 外觀檢查

補(bǔ)口完畢后對(duì)補(bǔ)口外觀進(jìn)行檢查。熱縮套應(yīng)完全貼合已有涂層，無氣泡、劃痕或任何褶皺，并具有均勻的顏色和光澤。黏結(jié)劑均勻溢出邊緣，外皮允許有氧化引起的輕微藍(lán)色斑點(diǎn)或變色。補(bǔ)口位置與原有涂層的搭接寬度、熱縮套厚度、焊縫部位防腐厚度應(yīng)符合規(guī)范要求。

6.2 電火花檢查

熱縮套安裝或修補(bǔ)施工完成24 h后，需對(duì)熱縮套進(jìn)行電火花檢測(cè)。電火花檢測(cè)應(yīng)選用和管道管徑相適應(yīng)的彈簧圈進(jìn)行，擊穿電壓為10 kV/mm，且最高電壓25 kV。檢測(cè)無漏點(diǎn)為合格，如有漏點(diǎn)則需進(jìn)行修復(fù)[5]。

6.3 剝離強(qiáng)度試驗(yàn)抽查

剝離強(qiáng)度涉及多項(xiàng)試驗(yàn)，施工過程中按每100道補(bǔ)口抽檢1道進(jìn)行試驗(yàn)，每天至少檢查一道。若試驗(yàn)結(jié)果不合格，則需剝離掉被抽查焊道的熱縮套，噴砂后重新安裝熱縮套，同時(shí)要選取另外一道補(bǔ)口重新試驗(yàn)，直到試驗(yàn)合格為止。剝離強(qiáng)度試驗(yàn)項(xiàng)目及合格標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 剝離強(qiáng)度試驗(yàn)項(xiàng)目及合格標(biāo)準(zhǔn)[5]

7 破損修復(fù)

在施工過程中3LPP層會(huì)不可避免地出現(xiàn)破損，管道自身3LPP防腐層的破損允許在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)。防腐補(bǔ)傷的工藝要根據(jù)破損程度和破損面積確定，按照破損程度，3LPP破損可分為裸露金屬或底漆和外皮輕微受損兩種，然后再根據(jù)破損面積的大小選擇補(bǔ)傷工藝。

7.1 3LPP外皮輕微破損的防腐修復(fù)

3LPP外皮輕微破損的情況下需使用翼片砂輪將損傷區(qū)域打毛并處理成15°～30°的倒角，然后使用無油脂、無絨毛的抹布和允許使用的清洗劑進(jìn)行清潔。如破損區(qū)域小于1 cm2，可直接使用PP溶膠進(jìn)行修補(bǔ)，如破損區(qū)域在1～50 cm2，則需配合使用CRP-PP修復(fù)補(bǔ)丁進(jìn)行補(bǔ)傷。

7.2 裸露金屬面積小于50 cm2的防腐修復(fù)

當(dāng)裸露金屬或底漆破損面積小于50 cm2時(shí)，可將損傷區(qū)域清理后將邊緣位置打毛。處理完畢后，使用熱風(fēng)機(jī)將金屬表面預(yù)熱至50～65℃，然后涂刷厚度為200～300μm的環(huán)氧樹脂，再使用熱風(fēng)機(jī)將環(huán)氧樹脂和周圍涂層區(qū)域加熱到100～140℃，直到環(huán)氧樹脂固化，最后用PP熔棒在破損處修補(bǔ)并貼上CRP-PP修補(bǔ)貼片。

7.3 裸露金屬面積大于50 cm2的防腐修復(fù)

當(dāng)外皮損傷或裸露金屬面積大于50 cm2時(shí),CRP-PP修補(bǔ)貼片無法覆蓋整個(gè)損傷面，需要安裝新的GTS-PP熱縮套，方法同熱縮套安裝。

7.4 熱縮套外皮輕微損傷的防腐修復(fù)

小于1 cm2的熱縮套外皮輕微損傷的修復(fù)方法與3LPP外皮輕微損傷的修復(fù)方法一致，外皮損傷大于1 cm2的熱縮套需要?jiǎng)冸x后安裝新熱縮套。如果損傷比較嚴(yán)重，已經(jīng)裸露金屬或有針孔破損，則在剝離原熱縮套后還要重新噴砂除銹。

8 結(jié)束語

在管道三層聚丙烯補(bǔ)口施工過程中，中頻加熱設(shè)備的應(yīng)用和補(bǔ)口施工工藝的嚴(yán)格把控既改善了聚丙烯材料的附著力又保證了現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口防腐層的機(jī)械性能，從而有效避免了補(bǔ)口位置易剝離或開裂的問題，顯著提高了現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口的施工質(zhì)量。在項(xiàng)目實(shí)際執(zhí)行中，補(bǔ)口外觀和電火花測(cè)試合格率100%，拉拔試驗(yàn)一次合格率超99%。這種管道補(bǔ)口工藝的應(yīng)用突破了聚丙烯材料在現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口技術(shù)中的諸多限制，使得3LPP防腐系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮，在高溫工況條件的油田設(shè)施及近海管道項(xiàng)目中得到應(yīng)用。