一種海上輸水管道漏點(diǎn)查找與修復(fù)技術(shù)

胡知輝，佟光軍，田 凱，郭學(xué)龍，方從銀

中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司工程設(shè)計(jì)院，北京100028

我國(guó)目前已經(jīng)建設(shè)了大量的海上輸水管道，包括近岸島嶼的海上淡水輸送管道以及沿海海上排污管道等。海上輸水管道不同于油氣管道，為節(jié)省建設(shè)成本，選取的設(shè)計(jì)、施工標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，隨著使用年限的增加，在腐蝕、焊接缺陷、第三方破壞等內(nèi)外因素作用下，管道發(fā)生損壞泄漏的風(fēng)險(xiǎn)在逐年遞增[1]。

對(duì)于海上輸水管道來(lái)說(shuō)，輸送介質(zhì)為淡水或處理達(dá)標(biāo)后的污水，通過(guò)漏點(diǎn)泄漏到海水中，與海水性狀差異不大，因此采用常規(guī)方法難以發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的位置[2]。本文針對(duì)舟山海域某條已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了18年的33 km海上輸水管道的漏點(diǎn)和泄漏問(wèn)題，提出一種漏點(diǎn)查找和修復(fù)技術(shù)，并利用該技術(shù)探摸到泄漏點(diǎn)兩處，最后采用自行設(shè)計(jì)的管卡和修復(fù)技術(shù)，成功完成管道泄漏點(diǎn)修復(fù)。通過(guò)介紹本項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的成功經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)類似海底管道漏點(diǎn)查找及修復(fù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒。

1 漏點(diǎn)查找技術(shù)

該項(xiàng)目海底管道規(guī)格為DN1000、壁厚14 mm，管材Q235B，管頂埋深1 m，運(yùn)行壓力0.8 MPa。管道漏點(diǎn)查找和修復(fù)前進(jìn)行試壓和泄漏量測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明該管道在壓力0.13 MPa下滲漏流量為320～330 m3/h。運(yùn)行期間大量被輸送的淡水通過(guò)漏點(diǎn)泄漏到海里，造成經(jīng)濟(jì)損失。由于該海底管道為飲用淡水輸送管道，無(wú)配重，很難采用常規(guī)查漏方法進(jìn)行泄漏點(diǎn)查找，如注染色劑法會(huì)對(duì)輸送管道造成污染，注氣打壓法會(huì)引起管道上浮。

考慮到該管道運(yùn)行期間，泄漏點(diǎn)處泄漏水流會(huì)對(duì)周邊海床產(chǎn)生沖刷坑，管道停輸一段時(shí)間后，隨著海床自身的沖淤作用，泄漏點(diǎn)處的沖刷坑會(huì)發(fā)生回淤，即管道停輸和加壓運(yùn)行前后兩次泄漏點(diǎn)處的周邊海床地形會(huì)發(fā)生變化，因此采用多波束和側(cè)掃聲吶等高分辨率物探設(shè)備沿管道路由進(jìn)行掃測(cè)，通過(guò)探測(cè)管道停輸和加壓運(yùn)行前后兩次泄漏點(diǎn)周邊海床地形變化來(lái)進(jìn)行泄漏點(diǎn)查找。

具體實(shí)施方案如下，首先將管道停輸一段時(shí)間，進(jìn)行第一次測(cè)量，測(cè)量完成后對(duì)管道進(jìn)行加壓，運(yùn)行一段時(shí)間后再進(jìn)行第二次測(cè)量。兩次測(cè)量完成后，將兩次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出疑似泄漏點(diǎn)位置。三維多波束地形圖對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)圖1（數(shù)字表示泄漏點(diǎn)位置，km），從圖中可以明顯看出，兩處疑似泄漏點(diǎn)位置在停輸和運(yùn)行階段地形圖發(fā)生明顯變化，在運(yùn)行階段疑似泄漏點(diǎn)處沖刷坑明顯變大，同時(shí)側(cè)掃聲吶掃測(cè)圖中也能觀測(cè)到泄漏點(diǎn)處的水流聲吶軌跡。

圖1 停輸和加壓運(yùn)行階段多波束測(cè)量地形圖

找出疑似泄漏點(diǎn)后，派出潛水員進(jìn)行水下探摸，對(duì)疑似泄漏點(diǎn)進(jìn)行探摸確認(rèn)。潛水員探摸過(guò)程中管道保持非常小的壓力運(yùn)行，有利于潛水員水下探摸。潛水員水下探摸后，確認(rèn)第一處和第二處管道均存在漏點(diǎn)，并對(duì)泄漏點(diǎn)位置、尺寸進(jìn)行了水下測(cè)量，為后續(xù)泄漏點(diǎn)修復(fù)做準(zhǔn)備。

2 漏點(diǎn)修復(fù)

2.1 修復(fù)方案

考慮到該管道為輸水管道，同時(shí)根據(jù)潛水員探摸結(jié)果，泄漏點(diǎn)尺寸較大，為保證泄漏點(diǎn)修復(fù)效果，采用兩道管卡進(jìn)行修復(fù)[3]。第一道管卡采用2 mm厚的304不銹鋼，內(nèi)襯橡膠包覆管道，螺栓固定。管卡長(zhǎng)0.5 m，能夠在管道0.8 MPa運(yùn)行壓力下實(shí)現(xiàn)泄漏密封；第二道管卡采用兩個(gè)半瓦型鋼結(jié)構(gòu)，規(guī)格為準(zhǔn)1228 mm×14 mm，材質(zhì)Q235B，長(zhǎng)2.1m。管卡半瓦之間和兩端面與輸水管道間采用橡膠密封，密封橡膠采用EPDM橡膠，同時(shí)密封面均設(shè)密封水線。鋼結(jié)構(gòu)采用環(huán)氧防腐涂層和犧牲陽(yáng)極聯(lián)合防腐。同時(shí)管卡上設(shè)置鋼制吊點(diǎn)和灌漿孔等構(gòu)件，灌漿孔位于管卡頂部和底部，對(duì)稱布置，每一側(cè)一用一備安裝兩個(gè)灌漿孔。

經(jīng)與國(guó)內(nèi)相關(guān)管卡生產(chǎn)廠家咨詢，第二道管卡沒(méi)有類似產(chǎn)品，因此決定自行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工。制作完成的第二道管卡如圖2所示。兩道修復(fù)管卡的環(huán)形空間灌注LT-2006水下不分散水泥基灌漿料進(jìn)行密封，對(duì)修復(fù)泄漏點(diǎn)形成雙重密封保護(hù)。

圖2 第二道管卡示意

2.2 陸上試驗(yàn)

第二道管卡預(yù)制完成后，為保證達(dá)到后期在海上安裝的誤差要求和密封效果，先在陸上進(jìn)行試安裝，并按管道運(yùn)行壓力進(jìn)行試壓。通過(guò)陸上試驗(yàn)，檢驗(yàn)生產(chǎn)加工是否滿足海上安裝精度和密封要求。

陸上試驗(yàn)如圖3所示，將管卡安裝在與輸水管道相同直徑管道上，首先在安裝過(guò)程中檢驗(yàn)管卡加工精度，看是否能夠順利完成安裝，安裝精度是否滿足要求。安裝完成后，進(jìn)行打壓試驗(yàn)，通過(guò)灌漿孔向管卡與管道環(huán)形空間內(nèi)注水，并升壓至管道運(yùn)行壓力0.8 MPa，在同側(cè)備用灌漿孔上安裝壓力表，進(jìn)行壓力測(cè)量。升壓完成后，穩(wěn)壓30 min，檢測(cè)管卡各密封面密封效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，在0.8 MPa作用下穩(wěn)壓30 min，管卡各密封面能夠完成密封作用，滿足要求。陸上試驗(yàn)合格后，再運(yùn)輸?shù)胶Ｉ线M(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。

圖3 第二道管卡陸上試驗(yàn)

2.3 海上安裝

海上漏點(diǎn)修復(fù)施工時(shí)，首先對(duì)泄漏點(diǎn)處的管道進(jìn)行吹掃，清理出管卡安裝作業(yè)面，滿足潛水員水下安裝操作空間。采用海底管道后挖溝機(jī)對(duì)漏點(diǎn)周邊海床土壤進(jìn)行吹掃，如圖4所示。施工船舶帶后挖溝機(jī)及配套設(shè)備，通過(guò)DGPS定位系統(tǒng)就位于管道漏點(diǎn)上方，依據(jù)聲吶監(jiān)控圖像將挖溝機(jī)下放到漏點(diǎn)海床上方，開(kāi)啟后挖溝機(jī)作業(yè)，根據(jù)聲吶圖像，實(shí)時(shí)調(diào)整挖溝機(jī)作業(yè)參數(shù)進(jìn)行吹挖作業(yè)，使泄漏點(diǎn)處管道完全暴露，滿足管卡安裝要求。

圖4 后挖溝機(jī)吹挖作業(yè)面示意

作業(yè)面清理完成后，潛水員下水對(duì)管卡安裝位置處的管道用高壓水槍進(jìn)行清理，除去包覆的泥土、海生物和其他雜質(zhì)等。完成清理并滿足管卡安裝要求后，先進(jìn)行第一道管卡安裝。采用作業(yè)船上的吊機(jī)緩慢下放第一道管卡，在潛水員的引導(dǎo)下，調(diào)整管卡位置，將管卡準(zhǔn)確安放在管道泄漏點(diǎn)位置。隨后潛水員進(jìn)行水下穿入螺栓并擰上螺母，采用扳手預(yù)緊所有螺栓螺母，之后用液壓扳手緊固，使密封橡膠墊與管道緊密貼合，確保密封效果。

完成第一道管卡安裝后，進(jìn)行第二道管卡安裝，安裝步驟與第一道管卡相同。水下安裝完成后，進(jìn)行壓力測(cè)試，將管道壓力升至正常運(yùn)行壓力0.8 MPa，對(duì)管道入口和出口流量進(jìn)行計(jì)量，由此判斷漏點(diǎn)修復(fù)效果，同時(shí)潛水員在管卡安裝位置進(jìn)行水下檢查，檢查管卡與管道每個(gè)密封面的密封效果。檢測(cè)結(jié)果均表明，兩處漏點(diǎn)通過(guò)兩道管卡修復(fù)后，解決了泄漏點(diǎn)處的泄漏問(wèn)題。

為了保證后期長(zhǎng)期運(yùn)行的密封效果，采用灌漿料對(duì)兩道修復(fù)管卡形成的環(huán)形空間進(jìn)行密封，使修復(fù)的泄漏點(diǎn)形成雙重密封保護(hù)。第二道管卡底部和頂部分別預(yù)留有灌漿孔，現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工過(guò)程中，通過(guò)高壓軟管將作業(yè)船上的注漿泵與第二道管卡底部預(yù)留灌漿孔連接，同時(shí)頂部灌漿孔也通過(guò)高壓軟管連接至船上，注漿泵將灌漿料從底部灌入環(huán)形空間內(nèi)，逐步排出環(huán)形空間內(nèi)的海水，保證灌漿料的密實(shí)性，直至頂部連接至船上的高壓軟管流出灌漿料后才停止灌漿施工，隨后潛水員關(guān)閉預(yù)留灌漿孔上的閥門(mén)。

待灌漿料凝固后，再次以運(yùn)行壓力進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中計(jì)量入口和出口流量，結(jié)果與灌漿施工前一致，說(shuō)明通過(guò)兩道管卡和灌漿施工成功完成了該輸水管道的漏點(diǎn)修復(fù)工作。完成漏點(diǎn)修復(fù)后的管道如圖5所示。

圖5 漏點(diǎn)修復(fù)后的管道示意

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)舟山海域某條輸水海底管道存在的漏點(diǎn)和泄漏問(wèn)題，采用多波束和側(cè)掃聲吶等高分辨率物探設(shè)備對(duì)管道停輸和加壓運(yùn)行前后兩次周邊海床地形進(jìn)行掃測(cè)，通過(guò)對(duì)比分析海床地形測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行漏點(diǎn)查找，此方法得到了驗(yàn)證；同時(shí)，提出采用兩道管卡加環(huán)空灌漿的漏點(diǎn)修復(fù)方案也得到成功應(yīng)用。上述兩種方法均通過(guò)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)，可為后續(xù)類似海底管道漏點(diǎn)排查及修復(fù)提供參考。