硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管技術(shù)

楊 陽，呂喜軍，趙 利，高象杰，楊 彪，相政樂

中海油能源發(fā)展股份有限公司管道工程分公司，天津 300452

“穿夾克管+聚氨酯澆注”工藝最早在上世紀(jì)60年代的歐洲問世，被稱之為pipe-in-pipe工藝，我國譯為“管中管”工藝[1]。該工藝工序獨(dú)立性強(qiáng)，便于專業(yè)操作和分工協(xié)調(diào)，產(chǎn)品規(guī)格化強(qiáng)，便于生產(chǎn)組織。由于產(chǎn)品受應(yīng)用領(lǐng)域、使用環(huán)境、輸送介質(zhì)溫度差異等變化因素的影響，通常保溫層密度≤100 kg/m3，抗壓強(qiáng)度≤0.8 MPa，因此使用水深范圍不超過60 m[2]，難以滿足目前中國海洋油氣深水開發(fā)戰(zhàn)略的要求。因此，針對傳統(tǒng)單層保溫管應(yīng)用限制，開發(fā)了新型“聚氨酯噴涂+擠出聚烯烴纏繞+配重涂敷”工藝，以提高整管性能，拓寬應(yīng)用范圍。

1 硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管新產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝及結(jié)構(gòu)形式

硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管生產(chǎn)工藝大致可概括為3個(gè)部分，分別是聚氨酯噴涂、聚乙烯纏繞和混凝土噴涂。具體工藝過程示意如圖1所示，其保溫結(jié)構(gòu)形式如圖2、圖3所示。

圖1 聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管生產(chǎn)工藝過程示意

2 硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管試制

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖2 產(chǎn)品端頭結(jié)構(gòu)示意

圖3 PUF保溫半瓦+聚氨酯彈性體補(bǔ)口結(jié)構(gòu)

研究試制工作依托蓬萊19-3油田1/3/8/9項(xiàng)目進(jìn)行，從設(shè)計(jì)、制造和安裝全方位進(jìn)行研究與試驗(yàn)，并進(jìn)行了模擬鋪設(shè)[3]，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

2.2 試驗(yàn)管制作

（1）聚氨酯保溫層密度約89 kg/m3，聚乙烯層厚度約8 mm，試驗(yàn)鋼管5根，用于抗剪切性能試驗(yàn)、彎曲性能試驗(yàn)和靜水壓密封性能試驗(yàn)（見圖4）。

（2）保溫管管端安裝有特殊管端密封膠。

（3）保溫層表面纏繞有特殊界面膠，增加聚氨酯保溫層與HDPE防護(hù)層之間剪切強(qiáng)度。

表1 硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖4 靜水壓密封性試驗(yàn)

（4）HDPE防護(hù)層外撒防滑顆粒，增加防護(hù)層與配重層之間剪切強(qiáng)度。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)管噴涂聚氨酯保溫層、HDPE防護(hù)層、配重層的試驗(yàn)結(jié)果見表2、3、4。

為模擬真實(shí)環(huán)境下保溫配重管鋪設(shè)及水下密封性能，對硬質(zhì)聚氨酯噴涂保溫配重管進(jìn)行了抗剪切試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和靜水壓密封性能檢測。整管的剪切強(qiáng)度＞0.15 MPa，滿足項(xiàng)目要求。經(jīng)彎曲后，整管管段和補(bǔ)口管段在內(nèi)壓0.4 MPa、管內(nèi)流體79℃±5℃條件下進(jìn)行7天靜水壓試驗(yàn)，結(jié)果表明涂層密封性良好，無水進(jìn)入，見圖5。

表2 保溫層性能試驗(yàn)結(jié)果

表3 HDPE防護(hù)層性能試驗(yàn)結(jié)果

表4 配重層性能試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管具有優(yōu)良的抗剪切性能和防水密封性能，完全滿足實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用。

3 聚氨酯泡沫噴涂工藝和澆注工藝對比

單層保溫管聚氨酯泡沫的噴涂工藝與澆注工藝分析對比，結(jié)果見表5。

由表5可以得出，噴涂法成型的保溫管泡孔均勻，密度均一，導(dǎo)熱系數(shù)低，抗壓強(qiáng)度高，保溫管整體具有優(yōu)異的保溫性能和機(jī)械性能。對硬質(zhì)聚氨酯噴涂+擠出聚乙烯纏繞保溫管直接進(jìn)行混凝土配重涂敷工藝，代替現(xiàn)有“管中管”工藝，不僅可以節(jié)約2/3的鋼材，而且不存在外套管的腐蝕和防腐問題，并減少了鋪管焊接工作量，從而可以提高鋪管效率，降低管道系統(tǒng)造價(jià)[18]。

4 結(jié)束語

圖5 防水密封性評價(jià)

近年來海上油氣開發(fā)不斷向南海深水邁進(jìn)，初步統(tǒng)計(jì)，整個(gè)南海的石油地質(zhì)儲量約230～300，約占中國總資源量的1/3。南海分布著白云、荔灣、寶島、陵水、樂東、流花、陸豐等眾多油氣田，勘探開發(fā)潛力巨大。傳統(tǒng)“穿夾克管+聚氨酯澆注”工藝已經(jīng)不能滿足我國海洋石油開采的深水戰(zhàn)略?！坝操|(zhì)聚氨酯噴涂+擠出聚乙烯纏繞+配重涂敷”工藝，改變了傳統(tǒng)“穿夾克管+聚氨酯澆注”工藝的生產(chǎn)技術(shù)，在保溫管制造技術(shù)方面獲得了重大突破。新工藝不僅可以提高泡沫層綜合性能、節(jié)省保溫及防護(hù)層原材料用量，而且可以免除安裝防水帽的操作，提高施工效率，而且有效保證了管端密封的質(zhì)量，避免吊裝過程中防水帽立面的磕碰損壞。新工藝不使用夾克管，避免了夾克管自身存在的功能問題；直接對保溫管進(jìn)行配重涂敷，代替現(xiàn)有鋼套鋼工藝，不僅可以節(jié)約2/3的鋼材，而且不存在外套管的腐蝕和防腐問題，并減少了鋪管焊接工作量，從而可以提高鋪管效率，降低管道系統(tǒng)造價(jià)。綜上所述，“硬質(zhì)聚氨酯噴涂+擠出聚乙烯纏繞+配重涂敷”工藝優(yōu)勢明顯，具有很高的推廣價(jià)值和市場應(yīng)用前景。

表5 單層保溫管聚氨酯泡沫的噴涂工藝和澆注工藝對比

[1]唐燕青.保溫管道預(yù)制成型工藝技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2004，30（6）：10-12.

[2]呂喜軍，相政樂，劉海超，等.3LPP防腐層在海底管道的應(yīng)用研究[J].石油工程建設(shè)，2010，36（6）15-19.

[3]張曉靈.單層鋼管保溫配重新產(chǎn)品在海洋油田中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2009，35（3）：22-26.

[4]ASTM D1622-03，Standard Test Method for Apparent Density of Rigid Cellular Plastics[S].

[5]ASTM D1621-10，Standard Test Method for Compressive Properties of Rigid Cellular Plastics[S].

[6]ASTM C518-02，Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus[S].

[7]ASTM D6226-98，Standard Test Method for Open Cell Content of Rigid Cellular Plastics[S].

[8]GB/T50538-2010，埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[9]ASTM D792-07，Standard Test Methods for Density and Specific Gravity （Relative Density）of Plastics by Displacement[S].

[10]ASTM D1238-04，Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer[S].

[11]ASTM D1693-08，Standard Test Method for Environment Stress-Cracking of Ethylene Plastics[S].

[12]ASTM D638-10，Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics[S].

[13]ASTM D1525-07，Standard Test Method for Vicat Softening Temperature of Plastics[S].

[14]ASTM D3895-07，Standard Test Method for Oxidativeinduction Time ofPolyolefins by DifferentialScanning Calorimetry[S].

[15]BS 1881-114-1983，Methods for Determination of Density of Hardened Concrete[S].

[16]BS 1881-120-1983，Method for Determination of the Compressive Strength of Concrete Cores[S].

[17]BS 1881-122-1983，Method for Determination of Water Absorption[S].

[18]張紅磊，韓文禮.國外海洋管道防腐保溫技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].石油工程建設(shè)，2009，35（1）：26-29.