非黏結(jié)性柔性海管安裝和運(yùn)行風(fēng)險分析及控制措施

王東，代志雙，高凌霄

非黏結(jié)性柔性海管安裝和運(yùn)行風(fēng)險分析及控制措施

王東，代志雙，高凌霄

（中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司，天津 300452）

分析了非黏結(jié)性柔性管在安裝鋪設(shè)和運(yùn)行使用中存在的風(fēng)險，對存在的風(fēng)險因素提出了相應(yīng)的控制措施，并根據(jù)非黏結(jié)性柔性管道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出了保證安全平穩(wěn)運(yùn)行的建議和方法。

非黏結(jié)性柔性管；鋪設(shè)；運(yùn)行；風(fēng)險

1 非黏結(jié)性柔性海管簡介

目前海上油田開發(fā)使用的海底管道主要有X65海底管道、雙金屬復(fù)合管和柔性管。柔性管是一種多層結(jié)構(gòu)纏繞而成，按照生產(chǎn)過程中層與層之間是否黏結(jié)，分為黏結(jié)性柔性管（Bonded Flexible Pipe）和非黏結(jié)性柔性管（Unbonded Flexible Pipe）兩種。黏結(jié)性柔性管主要應(yīng)用于近海海面的油氣輸送、FPSO與平臺、平臺與平臺之間的柔性連接；非黏結(jié)性柔性管主要應(yīng)用于海底油氣水輸送、深水油田開發(fā)。柔性管在抗彎曲變形和抵抗渦激振動引起的疲勞損傷方面具有明顯的優(yōu)勢[1]。

非黏結(jié)性柔性管道安裝鋪設(shè)是由專門的安裝鋪設(shè)船舶完成，由于非黏結(jié)性柔性管道，單根長度可達(dá)到幾百米，在鋪設(shè)中無須經(jīng)常性焊接接頭，因此安裝鋪設(shè)速度約為1 km·d-1，可以大大降低工程船舶在海上施工的時間，從而降低油田工程建設(shè)及運(yùn)營綜合成本[2]。

2 非黏結(jié)性柔性海管應(yīng)用風(fēng)險分析

2.1 生產(chǎn)制造工藝和安裝鋪設(shè)介紹

非黏結(jié)性柔性管道典型的結(jié)構(gòu)是由骨架層、內(nèi)管層、抗壓層、防滑層、抗拉層、外保護(hù)層、接頭和配件組成。非黏結(jié)性柔性管道管體是由高分子聚合物和碳鋼相互纏繞而成，管道接頭是由專用接頭配合法蘭連接而成，在理想情況下，可以實(shí)現(xiàn)無接頭的整管生產(chǎn)。管體生產(chǎn)首先是最內(nèi)層，按照不同的流體可以是金屬骨架層或者是高分子擠塑管；然后是纏繞的扁鋼層，主要是承受管道受到的縱向拉應(yīng)力；鋼帶層主要是承受內(nèi)部流體壓力和外部的壓力；金屬層之間有防止金屬摩擦的防滑層；最外層包覆高分子擠塑材料，用來保護(hù)管體受到外力損害。非黏結(jié)性柔性管道的結(jié)構(gòu)和層數(shù)均不固定，必須根據(jù)實(shí)際工況參數(shù)單獨(dú)設(shè)計[3]。目前，國內(nèi)外的生產(chǎn)制造商使用的標(biāo)準(zhǔn)均為美標(biāo)API-17J，而API-17B作為推薦性標(biāo)準(zhǔn)使用。圖1中為非黏結(jié)型柔性海管結(jié)構(gòu)示意圖。

1—外包覆層；2—外抗拉層；3—耐磨層；4—內(nèi)抗拉層；5—儲備耐壓層；6—耐壓層；7—內(nèi)管；8—骨架。

非黏結(jié)性柔性海底管道與普通鋼管安裝鋪設(shè)時，主要區(qū)別是鋪管船上需要具有存儲管道的大盤和鋪設(shè)時的傳動線，而且非黏結(jié)性柔性由于自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，無須大量的焊接工作[4]。圖2是非黏結(jié)型柔性海管安裝鋪設(shè)流程圖。

3 非黏結(jié)性柔性海管應(yīng)用風(fēng)險及防護(hù)措施

3.1 施工鋪設(shè)期間的風(fēng)險及防護(hù)措施

1）鋪設(shè)過程中管道外包覆層發(fā)生損壞。措施：清理鋪設(shè)路由尖銳物；施工期間避免其他結(jié)構(gòu)物刮傷；施工前應(yīng)對鋪設(shè)路由預(yù)調(diào)查，清除障礙物；施工人員在各工作站嚴(yán)格監(jiān)控。

圖2 非黏結(jié)型柔性海管安裝鋪設(shè)流程圖

2）柔性管在經(jīng)過牽引機(jī)時，可能受壓過度損傷。措施：繞線盤的最小纏繞半徑應(yīng)大于復(fù)合鋼管的操作彎曲半徑；控制張緊器的壓力在復(fù)合鋼管的允許范圍。

3）彎曲度超過其允許最小彎曲半徑，使管道彎折。措施：在彎折點(diǎn)處，應(yīng)采用適合的圓弧滾輪托架；控制好船舶、收放線器及張緊器的收放速度，避免速度不統(tǒng)一而造成管道堆積受彎；繞線盤的最小纏繞半徑應(yīng)大于復(fù)合鋼管的操作彎曲半徑。

4）拉力超過允許拉力，導(dǎo)致柔性管結(jié)構(gòu)受損防護(hù)措施。措施：控制好船舶、收放線器及張緊器的收放速度，避免速度不統(tǒng)一而造成管道受拉力過大。

5）鋪設(shè)過程中，船舶走錨，刮傷柔性管。措施：鋪設(shè)過程中，派專人經(jīng)常檢查錨纜受力情況，如發(fā)現(xiàn)異常及時上報，并采取應(yīng)對措施[5]。

3.2 運(yùn)行期間的風(fēng)險及防護(hù)措施

1）受到壓力波動、溫度變化和振動引起的疲勞損壞。措施：生產(chǎn)期間盡可能保證復(fù)合鋼管輸送壓力及溫度穩(wěn)定，立管附近柔性管放置水泥壓塊保護(hù)。

2）柔性管接頭處腐蝕泄漏。措施： 柔性管接頭應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)，設(shè)計時根據(jù)工況考慮部分腐蝕余量。

3）其他機(jī)械損傷（如船舶、漂浮物、流水撞擊和拖網(wǎng)漁具的沖擊等）。措施；柔性管埋深要達(dá)到設(shè)計要求，靠近平臺側(cè)應(yīng)用水泥壓塊壓置；另外在運(yùn)行期間應(yīng)嚴(yán)格按照柔性管要求進(jìn)行試驗及操作，在鋪設(shè)過程中準(zhǔn)確記錄鋪設(shè)軌跡及關(guān)鍵位置坐標(biāo)，以便于復(fù)合鋼管的維護(hù)。

3.3 其他風(fēng)險及防護(hù)措施

1）清管作業(yè)中的風(fēng)險及防護(hù)措施

傳統(tǒng)鋼管的清管器分為機(jī)械清管器、軟質(zhì)清管器及清管球幾類。而此類清管器不適合柔性管，因為柔性管內(nèi)襯層是高分子或者是骨架層，此類清管器易將內(nèi)襯層劃傷。因此用于清管作業(yè)用的清管器是聚氨酯類的清管器可用于柔性管的清管作業(yè)。

2）氣體滲透風(fēng)險及防護(hù)措施

柔性管高分子材料，此材料具有氣體滲透性，在輸送氣體的過程中會有氣體滲出，氣體會通過滲透作用進(jìn)入扁鋼層，最后導(dǎo)致外包覆層出現(xiàn)鼓包或者爆破，因此必須在接頭處安裝單向排氣閥。

3）靜電風(fēng)險及防護(hù)措施

柔性管在輸送氣體介質(zhì)時，可能會產(chǎn)生靜電，在設(shè)計時要考慮整條管線電導(dǎo)通問題，因此在接頭處增加一個導(dǎo)體，使得鋼帶層和接頭導(dǎo)通，在管道出廠之前必須進(jìn)行電連通試驗。

4 結(jié)語

非黏結(jié)性海底管道作為一種新型的特種管材是開發(fā)深水油田的重要工具，目前還沒有大范圍推廣應(yīng)用。作為技術(shù)人員首先嚴(yán)格控制各個環(huán)節(jié)的安全質(zhì)量，才能保證整個項目的安全平穩(wěn)進(jìn)行，為開發(fā)南海深水油田做好技術(shù)儲備。

［1］王東，尉曉妮. 海底非黏結(jié)性柔性管道技術(shù)的研究［J］. 當(dāng)代化工，2016 (3): 602-603.

［2］程旺軍，楊勇鳴，李強(qiáng). 柔性復(fù)合塑料高壓輸送管制造過程的質(zhì)量監(jiān)理要點(diǎn)［J］. 設(shè)備監(jiān)理，2016 (3)：50-53.

［3］潛凌，李培江，張文燕. 海洋復(fù)合柔性管發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀［J］. 石油礦場機(jī)械，2012，41(2)：90.

［4］閆嗣伶，楊中娜，李文曉，等. 海底柔性管道技術(shù)研究［J］. 管道技術(shù)與設(shè)備，2012 (3)：9-11.

［5］張曉靈，梁國慶，趙敬考，等．JZ9-3油田海底柔性管道鋪設(shè)方法研究[J]. 中國科技縱橫，2012（9）：111-113.

Risk Analysis and Control Measures for Installation and Operation of Unbonded Flexible Subsea Pipeline

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（CNOOC（Tianjin）Pipeline Engineering Technology Co., Ltd., Tianjin 300452, China）

The risks in the installation, laying and operation of unbonded flexible subsea pipeline were mainly analyzed, and corresponding control measures for the existing risk factors were put forward, and suggestions and methods to ensure safe and stable operation of unbonded flexible subsea pipeline were given according to its structural characteristics.

Unbonded flexible pipe ; Laying; Operation ; Risk

2020-06-07

王東（1984-），男，高級工程師，研究生，研究方向：石油管道技術(shù)。

TE973.92

A

1004-0935（2020）07-0863-03