麗水36-1氣田開發(fā)海底管道鋪設(shè)的質(zhì)量控制

王詩鵬 劉 蒙 李希明 梁國慶 賈宏偉 呂旭鵬

1.中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司 （天津 300452）

2.中海石油（中國）有限公司 麗水36-1氣田開發(fā)工程項目組 （上海 200030）

1 概 述

海底管道是海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，已經(jīng)成為廣泛應(yīng)用于海洋石油工業(yè)的一種有效運輸手段[1]。

目前開發(fā)的麗水36-1氣田是由中國海洋石油總公司和超準(zhǔn)石油公司合作，中海油擔(dān)任作業(yè)者的項目。根據(jù)ODP，將建成1座4腿導(dǎo)管架綜合平臺CEP、1條約127km從CEP到溫州霓嶼島南陸上終端304.8mm(12″)油氣混輸海底管線、一座油氣處理及 CO2分離回收終端以及 1條 304.8mm(12″)約31km從陸上終端至溫州龍灣交氣門站天然氣外輸管線。

2 質(zhì)量控制的內(nèi)容

2.1 鋪管船主要工機具檢查

2.1.1 張緊器及A/R絞車

張緊器及A/R絞車是海管鋪設(shè)中最重要的設(shè)備，在鋪管過程中張緊器的張力要嚴(yán)格按設(shè)計設(shè)定，如果張力大于設(shè)計值會造成絞船困難并且會使上彎段彎曲的應(yīng)力增加；張力小于設(shè)計值則會出現(xiàn)下彎段彎曲的應(yīng)力增加。而A/R絞車的拉力過大或過小都會對啟管/棄管造成影響，無論以上哪種情況都會對海底管道的鋪設(shè)帶來不利，因此在管道鋪設(shè)之前必須對張緊器的張力、A/R絞車的拉力等進行嚴(yán)格的標(biāo)定，以確保鋪管作業(yè)的正常進行，必要時需要在第三方的見證下進行測試。

2.1.2 屈曲探測器

屈曲探測器是檢測管道著泥前是否發(fā)生彎曲的設(shè)備，它在管子內(nèi)部由一根鋼絲繩與之相連（圖1）。屈曲探測器由機體、測量板和沿著管內(nèi)壁行走的三向支撐滾輪組成。

在管道鋪設(shè)過程中，管道焊接變長，鋪管船不斷前移，屈曲探測器就被不斷牽拉前進，但它始終位于管道著泥點之后。若屈曲探測器被卡住，則說明管道已經(jīng)變形，則用力拉出探測器，檢查測量板的變形情況就可以知道管道的變形情況。屈曲探測器選擇不當(dāng)、測量板直徑選擇不合適及牽引拉力控制不準(zhǔn)等都會對管子屈曲的分析和修復(fù)帶來困難。

2.1.3 鋪管船其他輔助設(shè)備情況

在海管鋪設(shè)過程前,還要對作業(yè)線上許多輔助設(shè)備進行檢查，如半自動焊機，NDT檢驗設(shè)備、發(fā)泡保溫等設(shè)備和托管架。另外，正式鋪管前要對鋪管船進行鑒定，如鋪管船的吃水、縱傾角、各錨機的性能等。作業(yè)線上的各種滾輪、導(dǎo)航定位設(shè)備也要進行嚴(yán)格的檢查和標(biāo)定，使各種設(shè)備都處于良好的工作狀態(tài)。

2.2 人員資質(zhì)及程序文件確認

2.2.1 焊工資質(zhì)及檢驗人員資質(zhì)確認

海管鋪設(shè)中焊接質(zhì)量的好壞，在很大程度上取決于焊工的技術(shù)水平，因此必須要求焊工有豐富的海管焊接經(jīng)歷[2]。麗水36-1項目中首先要求焊工在檢驗人員、第三方和業(yè)主代表的監(jiān)督下進行現(xiàn)場考試，焊工焊接的每一道焊口、每一填充層所使用的電流及焊接速度都要嚴(yán)格控制。焊接完畢后，檢驗人員進行外觀檢查，之后按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進行檢驗，考試合格后，每名合格焊工分配一個焊工號，焊工及對應(yīng)的焊工號交予業(yè)主審批，作為可以在鋪管船上的操作的憑證。

從事NDT以及對檢驗結(jié)果進行解釋的人員應(yīng)具有有效的檢驗證書，并有處理設(shè)備故障的經(jīng)驗、具備標(biāo)定設(shè)備的操作能力及在現(xiàn)場條件下進行操作檢驗和估算缺陷尺寸和位置的能力。檢驗人員證書要上報業(yè)主審批，中間如有人員輪換，要重新上報人員資質(zhì)證書。

2.2.2 焊接程序及檢驗程序的確認

在海管鋪設(shè)前，需要施工方提供焊接工藝評定報告（PQR)。焊接工藝評定必須依據(jù)海管材料的物理特性、級別，選擇與之相容的焊接材料，并在將母材焊接后，應(yīng)有同等的物理機械性能。在焊接程序中要明確規(guī)定焊接所采用的方法和工序，并將根據(jù)焊接程序所做的焊接試件在試驗室做焊接規(guī)范所要求的各種理化試驗，試驗合格后要將試驗報告和焊接程序一同送往有權(quán)威的焊接機關(guān)或船級社進行驗證、確認，這樣文件才能成為本工程中所遵守的焊接程序。

對于檢驗程序文件，要在正式開工前，施工方將最新版本的檢驗程序文件，包括組對外觀檢驗、超聲波檢驗、針孔檢驗等程序文件交予業(yè)主審批，業(yè)主審批后，才可以在海底管道鋪設(shè)時按照程序文件的要求進行檢驗。

2.3 管材的檢驗

麗水36-1氣田開發(fā)項目海底管道結(jié)構(gòu)均為3L-PE及混凝土配重管，鋼管規(guī)格為Φ323.9mm×14.3mm和Φ323.9mm×12.7mm兩種，外部混凝土厚度為40mm和60mm兩種，海管結(jié)構(gòu)如圖2。

為保證所用管材符合規(guī)格書要求，在使用前要對其進行詳細的檢查。管材運達施工現(xiàn)場，往鋪管船上吊裝時要對管子的編號、管口橢圓度、母材是否損傷、防腐配重層是否破壞、坡口是否磕碰等情況進行詳細檢查。若發(fā)現(xiàn)個別管子有質(zhì)量問題或在裝運過程中發(fā)生了損壞，則不允許壞管進入生產(chǎn)線。當(dāng)管子吊裝到鋪管作業(yè)線時，在進管區(qū)第一站組對之前，應(yīng)用高壓空氣對管子內(nèi)部的浮銹和管中的雜物進行吹掃，確保管內(nèi)清潔，以消除日后清管試壓時不必要的隱患。

2.4 海管的組對及焊接

為了保證組對、焊縫坡口和焊縫質(zhì)量，對用于焊接相關(guān)工作的所有焊接設(shè)備、對中器、切割火炬和其他設(shè)備、工具及電源都必須保持良好的機械狀態(tài)。

2.4.1 管端坡口的質(zhì)量控制

鋪管船上管子的所有焊縫的坡口加工必須用旋轉(zhuǎn)鋼刷打磨清理，坡口周圍至少100mm寬的區(qū)域必須進行清理，以保證坡口面和臨近的母材進行外觀檢驗時沒有毛刺、分層、氧化皮、鐵銹、油漆、油脂或者其他雜質(zhì)，不影響焊接質(zhì)量（圖3）。

對焊縫坡口中不能修補的大表面缺陷，可以將坡口切除再重新加工坡口，但新的焊縫坡口必須進行機械打磨并且加工到焊接程序所要求的尺寸、平整度和規(guī)則度。坡口角度過大會使焊道成形不好，坡口角度過小會使焊槍難以接近，氣體保護不到位而產(chǎn)生氣孔等缺陷；鈍邊過大常導(dǎo)致未焊透，鈍邊過小容易產(chǎn)生燒穿，影響根焊質(zhì)量[3]。

2.4.2 管子焊接組對要求

管端徹底檢驗完之后，管子必須按照焊接程序的位置要求放置好，使管子的兩條縱縫都在管子的上半周部分，并錯開45°，但錯開距離不能小于10倍的壁厚。對接焊縫的最大允許錯邊量，不允許超過2.0mm，以防止焊接后發(fā)生焊接變形，產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。錯邊量可以使用對中器或銅頭錘子來矯正，矯正后任何管子節(jié)點都不允許有斜接焊縫。

2.4.3 焊材的儲存要求

海底管道的焊接材料中包括焊絲和低氫型焊條，為防止焊材受潮，在焊接時形成氣孔等缺陷，使用前焊絲必須儲存在密封、防潮的容器中，該容器放置在高于20℃干燥的地方。

低氫型焊條在使用前需要在溫度為370～430℃下烘干1～2h，烘干次數(shù)不能超過3次。烘干后，焊條運至保溫存儲柜里并保持在120～150℃的溫度下以備后續(xù)使用。低氫型焊條發(fā)放4h后，所有沒有使用完的低氫焊條必須收集起來按照要求重新烘干后再發(fā)放使用。

2.4.4 海管焊接的要求

當(dāng)焊縫質(zhì)量可能受當(dāng)時氣候條件的不利影響時，則不允許進行焊接。

由于BH109鋪管船采用半自動焊，在焊接前要采用烤把將管端預(yù)熱到規(guī)格書要求的溫度（圖4）。

為減少焊接變形，在焊接時前兩道的焊接必須至少有2名焊工在管子兩邊同時進行，后續(xù)的焊道可以根據(jù)實際需要由多個焊工焊接，以維持鋪管速度。所有的焊道要求交錯有序焊接，并且保證起焊與終焊焊點沿焊縫長度分布，不重疊在同一部位。焊接時必須按照規(guī)格書的要求，嚴(yán)格控制焊接電流和焊接電壓等參數(shù)。為方便追蹤焊縫所有信息，在每個輪班開始前，需記錄焊工號和焊接站編號。當(dāng)焊縫不合格時，記錄中必須描述管號、焊縫編號、焊接程序編號、焊接站編號、焊工名字、缺陷類型和缺陷在焊縫中的位置。

2.5 海管環(huán)焊縫的檢驗

在海管的鋪設(shè)中，焊道的外觀檢驗是檢驗工作的首要一環(huán)。對于焊接速度過快所產(chǎn)生的焊道缺肉，電流過大所產(chǎn)生的咬邊、飛濺、焊瘤等外觀缺陷都要嚴(yán)格按照程序要求進行修理。對于缺肉、咬邊等外觀缺欠嚴(yán)禁用砂輪機打磨母材的方法掩蓋缺陷，應(yīng)補焊后再打磨。外觀檢驗完畢之后，要在有缺陷的焊道旁做出醒目的標(biāo)記，需要修理的缺陷要及時修理，嚴(yán)禁拖到下道工序上進行。

2.5.1 全自動超聲波檢驗的要求

目前無損檢驗是檢驗海底管道焊縫質(zhì)量的唯一途徑，在NDT所有的檢測方式中，全自動超聲波檢測技術(shù)與射線檢測等其它檢測技術(shù)相比具有安全、環(huán)保、高效、準(zhǔn)確、缺陷檢出率高、檢測成本低等優(yōu)點，已成為石油天然氣鋼質(zhì)管道焊縫的重要檢測方法[4]。利用自動超聲波檢測時，對檢測設(shè)備、試塊制作、檢測系統(tǒng)設(shè)置等都有明確要求[5]?，F(xiàn)場檢測時，由于海上環(huán)境的不穩(wěn)定性等因素，要求在鋪設(shè)海管時，每檢測一道環(huán)焊縫之前，必須在標(biāo)準(zhǔn)試塊上校準(zhǔn)設(shè)備的靈敏度（圖5）。

當(dāng)環(huán)焊縫溫度冷卻至160℃以下才允許澆水冷卻，以防止焊縫急冷發(fā)生開裂等問題。為預(yù)防檢測不穩(wěn)定，當(dāng)焊縫冷卻至70℃以下，才允許安裝檢測機頭開始檢測。探頭移動區(qū)的寬度應(yīng)按檢測設(shè)備、焊縫坡口形式等確定，探頭移動區(qū)內(nèi)不得有飛濺、銹蝕、油垢及其它雜質(zhì)。超聲波檢測的驗收標(biāo)準(zhǔn)要完全按照規(guī)格書的要求執(zhí)行，在LS36-1項目中規(guī)格書中要求按照DNV-OS-F101的檢測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。如果在超聲波檢測時發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)要求的缺陷，需立即通知焊接人員進行返修，以免影響走船時間耽誤工期。

2.5.2 焊道返修的要求

焊道的返修是海管鋪設(shè)過程中經(jīng)常遇到的問題，返修時需要通過切割、打磨、氣刨等方式去除缺陷。LS36-1項目中是采用氣刨的方式去除缺陷，為了保持根部的幾何尺寸，最后的焊縫根部3mm需通過機械的方法去除，并且打磨整個氣刨區(qū)域以去除滲碳層。氣刨完畢，需要檢驗人員采用磁粉檢測的方式確認缺陷是否完全去除。

在返修焊縫時，預(yù)熱溫度要比規(guī)定的最低生產(chǎn)焊接預(yù)熱溫度高出至少50℃，而且同一部位只允許2次返修，并且第2次返修需得到業(yè)主的認可。在任何焊縫的圓周上，不允許有超過3個獨立的返修區(qū)域。如果圓周長度中有第4個返修區(qū)域或總返修長度超過接頭圓周長度的30%時，必須進行切管且重新焊接接頭，切除的這部分管段以焊縫為中心最少150mm寬。

2.6 節(jié)點的防腐及保溫

當(dāng)焊道檢驗合格后，要對焊道兩側(cè)的裸露管頭部分進行防腐處理，一般采用聚乙烯熱收縮帶＋高密度聚氨酯泡沫（開孔）填充。根據(jù)鋪管船作業(yè)要求，海上節(jié)點涂敷應(yīng)配置2個工作站進行:①表面處理和熱收縮帶安裝站；②聚氨酯填充站。

2.6.1 節(jié)點的表面處理及防腐的要求

在表面處理和熱收縮帶安裝站，主要是采用手工動力除銹對節(jié)點表面清理。除銹前，用火焰噴槍預(yù)熱表面至50～65℃，保證表面溫度高于露點溫度3℃以上，以除去表面潮氣。除銹后進行100%質(zhì)量檢驗，表面除銹等級為St3級。搭接處防腐層表面應(yīng)用砂紙或者其他工具小心清理，達到表面清潔、羽化，預(yù)處理的尺寸至少100mm，但不能超過450mm。

纏繞熱縮帶時，嚴(yán)格按照材料廠家操作規(guī)范用丙烷燃氣槍安裝。熱收縮帶與管體涂層的搭接長度為50～75mm。安裝完成后，當(dāng)表面溫度降低到49℃以下時采用電壓為15kV的高壓電火花檢漏儀進行100%漏點檢測，同時進行100%外觀檢驗。外觀表面應(yīng)平整、無皺折、無氣泡、無炭燒焦化，熱熔膠從兩端明顯溢出（圖6）。

根據(jù)規(guī)格書要求，需要每周進行1次或按照現(xiàn)場業(yè)主指定的頻次進行剝離試驗。

2.6.2 節(jié)點保溫的要求

節(jié)點防腐之后，采用為厚度為0.8～1.0mm厚的接口模具鐵皮，用打包帶將其纏繞在混凝土涂層的外層，形成環(huán)形空間，徑向搭接大于50mm。點焊加固后，在與混凝土材料接觸處有軟質(zhì)密封膠條用于保證注料時的密封性。

調(diào)節(jié)原料溫度、時間等參數(shù)，開啟聚氨酯高壓發(fā)泡機，注射原料，形成符合要求的填充涂層。如果發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)及時用修補料進行修補。

3 結(jié)語

為了提高海管的施工質(zhì)量應(yīng)做好如下幾點:

（1）嚴(yán)格執(zhí)行國際上公認的鋪管規(guī)范，做到鋪管有標(biāo)準(zhǔn)，檢查有依據(jù)。

（2）認真把好焊工考試關(guān)，考試合格者方可頒發(fā)上崗證書。

（3）嚴(yán)格審定焊接程序，并認真做好記錄，使缺陷率降低到最低限度。

（4）NDT人員應(yīng)有權(quán)威檢驗機關(guān)頒發(fā)的資格證書，持證上崗，定期檢查考試認證。

（5）對于AUT檢驗中發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，應(yīng)立即返修，對那些比較難判斷的缺陷，NDT檢驗人員要共同協(xié)商，統(tǒng)一意見做出決策。對于需切管的缺陷或?qū)κ欠褚泄艿娜毕菖卸ㄓ袪幾h時，要報告質(zhì)量總監(jiān),并請業(yè)主和檢驗第三方共同判定。

[1]馬良.海底管道建設(shè)中的幾點設(shè)想[J].中國海洋平臺,2000,15(4):37-40.

[2]杜強.平湖海底管道鋪設(shè)的質(zhì)量控制[J].中國海洋平臺,1998,13(5):3-6.

[3]楊旭，段先猛.西氣東輸二線9A標(biāo)段焊接質(zhì)量控制[J].電焊機，2009,39（5）:175-177.

[4]蔡桂喜，張恩勇.海底管道無損檢測技術(shù)及最新進展[J].無損探傷,2009,33(6）:1-5.

[5]丁小軍，何小東,蘇明德,等.海底管線環(huán)焊縫的自動超聲檢測[J].無損檢測，2010,32（10）:795-798.