海底管道保溫層修復裝置的設計與應用

韓長安，成二輝，周慶濤，李慶國

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

2.廊坊市永春工業(yè)制品有限公司，河北霸州 065700

海底管道保溫層修復裝置的設計與應用

韓長安1，成二輝1，周慶濤2，李慶國1

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

2.廊坊市永春工業(yè)制品有限公司，河北霸州 065700

受輸送介質(zhì)性質(zhì)影響，考慮到管道性能和造價等因素，國內(nèi)近海海底輸油管道多采用雙層保溫管結(jié)構(gòu)。而一旦雙層管的外管因腐蝕泄漏或機械破損造成管夾層進水，夾層內(nèi)的保溫層就會隨著海水浸沒而導致失效。盡管雙層海底管道內(nèi)外層之間每隔一定距離會布置錨固件，可以把保溫失效長度控制在可控距離，然而在破損的分隔段內(nèi)還是會造成海底管嚴重溫降，進而影響運行。傳統(tǒng)的修復方式需進行分隔段的整體更換，工期延長，且目前尚無高效準確查找錨固件的技術手段。介紹了一種采用機械式密封環(huán)將雙層保溫海底管道干式修復變?yōu)闈袷叫迯偷男鹿に?，填補了該技術領域的空白。

雙層海管；保溫；修復

目前，國內(nèi)海底油氣管道中使用較多的雙層保溫海底管道（簡稱海管）仍以普通型為主，帶電伴熱和子管道的很少（這一類的管道法蘭接頭國外有專利描述）。本文主要描述針對國內(nèi)目前雙層保溫海管在內(nèi)保溫層進水失效時進行“濕式修復”的一種切實可行的設計，而此前這類海管的保溫修復技術仍局限在兩個錨固件間整體更換或無措施被動接受區(qū)間降溫[1-4]。

1 機械式密封環(huán)的設計與特點

1.1 機械結(jié)構(gòu)的設計

機械式密封環(huán)的機械結(jié)構(gòu)設計主要參照機械法蘭的構(gòu)造，由外擋板、鋼制咬齒、咬緊楔塊、拉伸螺栓構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 機械結(jié)構(gòu)示意

外擋板的作用是限位和固定螺栓；鋼制咬齒的作用是對外管壁進行咬合，確保機械密封環(huán)整體能夠承受由水壓造成的軸向剪切力；咬緊楔塊配合拉伸螺栓，能夠確保機械咬齒緊緊嚙合在外管壁。

1.2 密封結(jié)構(gòu)和導向結(jié)構(gòu)的設計

密封結(jié)構(gòu)的設計主要參照機械式封堵管頭的構(gòu)造，由擋塊和密封膠圈組成；導向結(jié)構(gòu)的設計由與機械咬緊楔塊鏈接的導向頭構(gòu)成，如圖2所示。當擰緊拉伸螺栓時，導向頭的背面和擋塊同時壓迫密封膠圈，使其變形并緊密貼合內(nèi)外管壁，形成密封區(qū)域，防止海水進入。導向頭的設計確保了海管內(nèi)外管不同心時安裝的便利性。

圖2 密封結(jié)構(gòu)和導向結(jié)構(gòu)示意

1.3 排水結(jié)構(gòu)和工藝的設計

排水結(jié)構(gòu)（見圖3）的設計主要包含12點鐘位置的進氣孔和6點鐘位置的排水孔。在對海管進行濕式修復時，安裝機械連接器前就需要安裝機械密封環(huán)。按照規(guī)定的扭矩值對拉伸螺栓進行拉緊，以確保機械咬齒嚙合管壁，同時密封膠圈形成隔水區(qū)。機械式密封環(huán)安裝后效果如圖4所示。切割海管瞬間進入內(nèi)外管壁間隙的海水，由于PUF材料具備一定的疏水性，因此海水可以通過進氣孔注氣，利用排水孔排水的辦法初步排水。初步排水結(jié)束后，可以使用抽真空法對間隙進行干燥。真空干燥法利用壓力很低時水可以在常溫下沸騰并劇烈蒸發(fā)、汽化的原理，采用真空泵不斷從管道中抽氣，直至達到干燥的目的[5]。

圖3 排水結(jié)構(gòu)的設計

圖4 機械式密封環(huán)安裝后效果示意

2 結(jié)束語

根據(jù)相關統(tǒng)計，截至2011年底，中國海洋石油有限公司有海管共計247條，其中雙層保溫海管82條，占海管總數(shù)的33%。而這些海管的相當一部分已經(jīng)服役多年，因各種原因造成外管破損，導致內(nèi)保溫層進水失效，需進行“濕式修復”。對每個破損段內(nèi)保溫層的修復都需要用到一對或數(shù)對機械式密封環(huán)，市場應用前景較為可觀。而此前陸豐13-2海管——12 in/16 in（1 in=25.4 mm），12 km無錨固件的雙層海管因破損進水，由于未使用該類修復技術，最終導致保溫層失效，使整條海管廢棄重鋪。海管機械式密封環(huán)已獲得國家實用新型專利，專利號ZL2014 2 0340204.5。

[1]石云，曹靜.海底雙層保溫管熱膨脹分析 [J].中國造船，2009，50（S）：436-440.

[2]CHIA H K，RAGHAVENDRA K，et al.Insulation of Flowlines: Pipe-in-pipe design[C]//Offshore Pipeline Technology Asia Conference and Exhibition.Kuala Lumpur，Malaysia，2008.

[3]劉楚，王佐強，韓長安.海底管道事故類型及維修方法綜述[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012，33（15）：265-266.

[4]魏建武.淺析雙層海底管道Bulkhead連接部位的保溫計算[J].中國造船，2013，54（S2）：365-372.

[5]康一龍，張人公，賴俊丞，等.番禺-惠州海底天然氣管道真空干燥工藝[J].油氣儲運，2011，30（3）：173-176.

Design of Thermal Insulation L ayer Repair Device for Pipe-in-pipe Type Subsea Pipeline and Its Application

HAN Chang’an1，CHENG Erhui1，ZHOU Qingtao2，LIQingguo1
1.China Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China
2.Langfang Yongchun Industry Product Co.，Ltd.，Bazhou 065700，China

Most domestic subsea pipelines adopt pipe-in-pipe type pipeline with thermal insulation layer in consideration of transport medium property，pipeline performance and cost.If its external pipe is damaged due to corrosion or mechanical force,water willenter into the thermalinsulation layer，thus the layer willlost its thermalinsulation function.Although bulkheads are installed between the internal pipe and the external pipe at intervals to divide the pipeline into sections in order to control the failure length of the pipeline，temperature of the damaged pipeline section still reduces seriously and affects normal pipeline operation.Traditional repair method is to replace the whole section，which needs long repair period，and there is no efficient and accurate technical means for locating bulkheads at present.A new technique using mechanical sealing ring is developed to change dry repair way into wet repair way，which fills domestic technicalgap.

pipe-in-pipe type subsea pipeline；thermalinsulation；repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.05.018

韓長安（1981-），男，遼寧沈陽人，工程師，2004年畢業(yè)于天津大學建筑工程學院海洋工程專業(yè)，現(xiàn)從事管道技術工作。

2016-05-10；

2016-07-22

Email：hanca@mail.cooec.com.cn