原位內(nèi)涂敷技術(shù)在埕島油田海底管道上的應(yīng)用

譚 勇，路國章，王西崗，朱 慶

(勝利油田分公司 海洋采油廠，山東 東營257237)

勝利埕島海上油田已建成中心一號平臺至海三站海底輸油管道，輸送介質(zhì)為含水原油，分為海底段和陸地段兩部分，總長9.5 km:海底段長度為8.6 km，采用雙層管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管規(guī)格為Φ457×14.3 API 5L X56直縫埋弧焊鋼管，外管規(guī)格為Φ559×12.7 API 5L X56直縫埋弧焊鋼管;陸地段長度為0.9 km，采用單層管結(jié)構(gòu)，規(guī)格為Φ457×10.3 API 5L X56直縫埋弧焊鋼管。

管道工程鋪設(shè)建設(shè)完成后，采用原位內(nèi)涂敷技術(shù)對該管道進行內(nèi)防腐涂層施工，以減少管線內(nèi)腐蝕，提高管線運行的安全性及可靠性，并延長管道使用壽命。該技術(shù)應(yīng)用于海上油田海底管道尚屬首次，施工技術(shù)難度大、風(fēng)險高，為保證工程順利實施，引進具有豐富施工經(jīng)驗的美國CLEAN HARBORS管道專業(yè)服務(wù)公司作為技術(shù)總監(jiān)與中國石化勝利油田分公司聯(lián)合協(xié)作，對管道實施原位內(nèi)涂敷施工，取得了圓滿成功。

1 施工前期技術(shù)準(zhǔn)備

1.1 原位內(nèi)涂敷技術(shù)方案的選擇

中心一號平臺至海三站海底輸油管道是一條登陸輸油管道，分為海底段和陸地段兩部分。海底段長度為8.6 km，中心一號端水深12 m，登陸點水深2 m，整個水平管段敷設(shè)存在一個坡度，且埋設(shè)在海底泥面2 m下，中心一號平臺端和登陸點處分別設(shè)置有立管，中心一號平臺立管處高差26 m，登陸點處高差7 m，沿線有7個彎管;陸地段長度為0.9 km，跨海堤后埋地敷設(shè)至海三聯(lián)合站沿線設(shè)置彎管9個。

根據(jù)海底管道原設(shè)計資料及現(xiàn)場勘查實際情況編制切實可行的、詳細(xì)的工程施工組織設(shè)計。根據(jù)施工工藝和兩端可利用的空間，決定施工各工序通球以海三站作為發(fā)球端，中心一號平臺作為收球端，通球方向為海三站到中心一號平臺。

1.2 內(nèi)防腐涂料的選擇

根據(jù)輸送原油介質(zhì)物性、施工時環(huán)境溫度、施工時的海底泥溫、施工工藝及設(shè)計對施工質(zhì)量的要求等，經(jīng)過試驗室模擬試驗，最終選定DEVOE公司(該公司是荷蘭最大的國際涂料生產(chǎn)商)生產(chǎn)的“bar-rust 257多功能環(huán)氧樹脂涂層”高性能涂敷材料。該涂料為丹紅色，是一種雙組分環(huán)氧涂料，由涂料基底和固化劑兩部分組成，使用時按照一定比例混合，具備優(yōu)良的特性，附著力強，防腐性能極佳且抗化學(xué)性能高，適用于上至100℃的高溫干燥環(huán)境，固化的涂料可以承受水壓測試以及常規(guī)非金屬刷頭通球，且應(yīng)用于油氣管道涂層，可以提供最大的通過流量。涂料的物理性為按體積算總固體量48%;相對密度1.14。

2 原位涂敷工藝過程控制

原位內(nèi)涂敷技術(shù)工藝流程為施工準(zhǔn)備→管道改造試壓→機械清潔→化學(xué)清潔→鈍化處理→管道干燥→管道涂敷→涂層干燥固化→檢查驗收，見圖1。

2.1 施工前準(zhǔn)備

圖1 工藝流程

包括人員到位并進行一些必要的工程施工技術(shù)交底及安全等方面的培訓(xùn)等。機具、設(shè)備及船舶準(zhǔn)備，主要包括空壓機及干燥機5組、空氣排放罐1個、壓力混合罐1個、清水罐1個、二氯甲烷回收罐1個、酸液回收罐2個、收發(fā)球筒1組、特制閘閥2個、廢液排放駁船1艘、設(shè)備安置駁船1艘及各類型清管球若干等。材料準(zhǔn)備，主要包括涂料、31%鹽酸、85%磷酸、二氯甲烷干燥劑、清潔劑、凝膠、酸抑制劑及緩蝕劑。

2.2 流程改造及試壓

對管道兩端收發(fā)球流程進行改造，將原有收發(fā)球裝置拆除，安裝準(zhǔn)備好的試驗段和原位內(nèi)涂敷施工專用收發(fā)球裝置，并移除所有不必要的管道裝置。改造完成后，使用空壓機對整條管道及兩端流程進行嚴(yán)密性試驗，試驗壓力為1 MPa，檢測無泄漏。

2.3 機械清管

首先，運行一個低密度的泡沫清管器，使用低密度泡沫球可以清潔管道，也可以檢測管線的內(nèi)部情況，能有效避免出現(xiàn)卡球，無需進行水或任何液體加注，可直接使用空氣壓縮機推動清管器穿過管道，進行通球清潔。低密度的泡沫清管器順利通過后，再使用一個泡沫刷頭清管器清潔管道，同樣不加注水或任何液體，而直接使用空氣壓縮機推動清管器穿過管道，進行通球清潔。然后，再使用兩個雙向移動清潔球中間夾注凝膠清潔管道，用作移除管道內(nèi)的固體雜質(zhì)，清潔次數(shù)可以視清潔結(jié)果進行調(diào)整。最后，使用兩個雙向移動清潔球中間夾注清水對管道進行清潔。

通球時，記錄下所有通球過程中管內(nèi)的壓力變化，這些數(shù)據(jù)將被用于確定所有清管球運行及所需的壓力，球運行速度須保持在1～3 m/s范圍內(nèi)，管內(nèi)壓力須低于1 MPa。當(dāng)兩個球在夾注液體通球時，應(yīng)在收球端準(zhǔn)確將背壓控制在0.3～0.5 MPa，避免液柱在高度變化的時候分離，同時也確保管壁與流體的充分接觸。

2.4 化學(xué)清管

先進行清潔劑清潔，使用兩個雙向清潔球中間夾注清潔劑，用來清除管內(nèi)的碳?xì)浠衔餁埩?。清潔時在收球筒中采集樣本，根據(jù)樣本中的固體物和碳?xì)浠衔锏牧看_定清潔次數(shù)。

清潔劑清潔完成后，再用清水清洗管道，兩雙向清潔球中間夾注清潔水通球，用以沖洗固體污垢并中和管道pH值，直到達到要求為止。然后進行鹽酸清洗，用來清除管道內(nèi)的所有殘留氧化鐵和硫化鐵銹垢。通過壓力罐將鹽酸溶液夾注到管線中兩個抗酸球之間，通球?qū)艿肋M行酸洗，再將酸性溶液注入到管道前，這些溶液將被抑制以防止對碳鋼造成嚴(yán)重腐蝕，酸溶液將在現(xiàn)場滴注稀釋，在發(fā)球前使用滴定法確認(rèn)濃度。鹽酸的混合濃度將根據(jù)襯底的溫度或管壁上的積垢厚度在15%～25%的范圍內(nèi)調(diào)整。每次通球都將在收球筒中取樣，再一次用滴定法分析并確認(rèn)出酸溶液濃度的損耗，使用離心機來確認(rèn)固體雜質(zhì)含量，從而決定是否需要再次酸洗。當(dāng)樣品表明通球后酸的濃度沒有明顯降低(低于3%的消耗)且樣品中沒有大量的固體物質(zhì)(小于2%的固體物含量)酸洗完成。

最后進行水沖洗，將之前由鹽酸通球去除的疏松鱗銹沖洗出管線，將清水夾注在管線中兩個雙向清潔球之間進行通球清洗，通過收球筒采樣來確定清洗效果，包括:離心機測定固體含量百分比、酸堿指示劑測定pH值。水沖洗持續(xù)進行到固體含量低于2%。

2.5 鈍化處理

對管道進行酸洗，完成水沖洗后，將10%鹽酸加注到兩個抗酸球中間對管道進行清潔，管道清潔被檢測達到標(biāo)準(zhǔn)，進行鈍化通球。將95%的水和5%的磷酸混合試劑注入到發(fā)球筒內(nèi)2個抗酸球的中間，通球?qū)艿肋M行鈍化處理，清除上一步水沖洗殘余的氧化物并鈍化管道內(nèi)壁，通常磷酸試劑通球只需進行一次。然后，再進行抗氧化水(緩蝕劑)漂洗通球，主要是為了緩解管內(nèi)由于磷酸制劑通球造成的低pH值，同時也進一步鈍化管壁。最后，需進行一次雙向移動清管器通球，對管道進行清潔，不需要加注任何液體。

抗氧化水制劑由緩蝕劑和清潔水混合而成，一般來說，進行一輪抗氧化水通球便能很大程度中和管內(nèi)酸性并使其呈弱堿性。鈍化處理完成后，要求測試氯化物含量須低于標(biāo)準(zhǔn)值，管道pH值在7～10之間，管道內(nèi)表面應(yīng)達到類似噴砂處理的Sa2.5級［1］。

2.6 管道干燥

管道干燥包括溶劑干燥和干燥空氣置換處理。先在2個雙向清潔球中間夾注二氯甲烷干燥劑，通球一次對管道進行溶劑干燥，然后立即對管道進行連續(xù)12 h的干燥空氣置換處理，使管道內(nèi)壁脫水至露點-20℃以下。

2.7 管道涂敷

將所使用的DEVOE257雙組分環(huán)氧涂料的兩個組分在現(xiàn)場進行混合，該涂料對溫度敏感，最適宜的混合溫度為15～28℃，最低可接受涂敷溫度為0℃左右，攪拌均勻后泵入到管道中兩個涂敷球之間，由干燥無油空氣為動力推動在管道內(nèi)運行，進行內(nèi)涂敷施工。

內(nèi)涂敷共進行三次，最后達到設(shè)計要求的涂層厚度，即干膜厚度163～205μm。涂敷施工中，也可以根據(jù)實際情況，調(diào)整涂敷時的球速、球型以及增加或減少夾注制劑來獲得需要的涂層厚度。

每次涂敷之后，需要使用干燥空氣置換吹掃36 h再進行下一次涂敷。按照涂層生產(chǎn)商說明，兩次涂敷間隔的實際時間由涂敷特征和表面溫度決定，干燥空氣置換吹掃可以加快干燥速度，同時也防止內(nèi)管壁潮氣積聚。

2.8 檢查驗收

在最后一次涂敷完成后，再使用干燥空氣置換吹掃管道3天，將試驗段拆下進行涂層驗收。目測涂層外觀質(zhì)量，涂層表面平整、光滑、無起泡、無劃痕整，且色澤均勻，達到設(shè)計要求［2］。涂層厚度檢測，選取管道3個橫截面，取周向12點、3點、6點和9點4處位置進行測量，每處測量3次取其平均值，均達到設(shè)計要求［3］。涂層漏點檢測，采用濕海綿法，使用電壓為90 V的檢漏儀在管道端口1 000 mm范圍內(nèi)，360°進行檢測，無漏點［4］。涂層附著力檢測，按照ASTM3359-09 A類方法進行檢測，均達到4A級要求。

3 應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

3.1 動力源選取

施工各道工序均使用壓縮空氣作為動力，因此空氣壓縮機的選取至關(guān)重要，為保證各道工序的順利完成及涂層質(zhì)量，必須選用無油空壓機并配備干燥機，每套無油空壓機及壓縮機產(chǎn)生的無油干燥空氣排量應(yīng)達到2 000 m3/h，最大壓力為1 MPa，為避免管壁任何潮氣的形成和積聚，脫水干燥器械要具備能將露點降到-40℃的能力，另外干燥機出入氣口必須安置過濾器。

3.2 通球速度控制

施工時，利用壓縮空氣給整個管道加壓，運行夾注通球，為了使清管器和夾注液在一定速度下平穩(wěn)移動，確保管道清潔效果及涂層涂敷質(zhì)量，需要控制好其所承受的壓力，這個壓力將由收球端通過調(diào)節(jié)背壓來控制。特別是球到達立管關(guān)鍵位置處和進行涂層涂敷關(guān)鍵工序施工時，要控制好球的運行速度。

3.3 施工中卡球問題

對施工可能遇到的卡球問題，首先是預(yù)防，比如開始采用低密度泡沫球檢測管道的情況。另外，要在管道涂敷施工末端配備空壓機，當(dāng)發(fā)生卡球時啟動收球端空壓機將球反向推動，解卡。

4 結(jié)論

應(yīng)用原位內(nèi)涂敷技術(shù)對管道進行內(nèi)涂敷施工，要認(rèn)真勘察現(xiàn)場，查閱管道相關(guān)資料，制定切實可行的施工組織設(shè)計，并嚴(yán)格執(zhí)行。該技術(shù)在中心一號平臺至海三站海底輸油管道成功實施很好地解決了該管道輸送介質(zhì)含對管道腐蝕的問題，提高了運行的安全性及可靠性，延長了管道使用壽命，同時積累了該技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗。

目前，我國陸上長輸管道大部分未進行內(nèi)涂敷防腐工藝處理，隨著管道運行時間的增加，管道內(nèi)壁腐蝕問題逐漸顯現(xiàn)，海底管道也有部分未進行內(nèi)防腐處理，腐蝕同樣不可避免。作為國內(nèi)首次引進的原位內(nèi)防腐技術(shù)的成功實施，對陸、海管道的維護及使用壽命的延長具有參考價值。

［1］中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會.涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1988.

［2］國家能源局.鋼質(zhì)管道液體環(huán)氧涂料內(nèi)防腐層技術(shù)要求［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2010.

［3］國家石油和化學(xué)工業(yè)局.鋼管防腐層厚度的無損測量方法:磁性法［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1999.

［4］國家石油和化學(xué)工業(yè)局.管道防腐層檢漏試驗方法［M］.北京:石油工業(yè)出版社，1999.