管道建設(shè)及運(yùn)行期機(jī)械損傷預(yù)防措施

孫典昊 蔣玉卓 竇志信 李 磊 胡炎興 楊小璇

（1.中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101；2.中國(guó)石油青海油田分公司管道處，青海 格爾木 816000；3.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司廊坊輸油氣分公司，河北 廊坊 065000；4.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司濟(jì)南輸油氣分公司，山東 濟(jì)南 250000；5.中國(guó)石油吐哈油田分公司工程技術(shù)研究院地面工程設(shè)計(jì)所，新疆 哈密 839009）

0 引言

長(zhǎng)輸管道在制造、運(yùn)輸、施工、運(yùn)行維護(hù)中可能受到外界物體碰撞，造成劃痕、凹陷等管體缺陷，稱為機(jī)械損傷（Mechanical Demage）。機(jī)械損傷影響管道承壓能力，降低管道使用壽命，是造成管道泄漏、彎曲、斷裂失效事故的重要原因。美國(guó)管道和危險(xiǎn)品安全管理局（PHMSA）統(tǒng)計(jì)1991～2010年1371次挖掘損傷管道事故，約占所有重大事件的24.3%[1]。應(yīng)制定針對(duì)機(jī)械損傷的維護(hù)維修策略，已成為管道完整性管理的重要內(nèi)容。管道機(jī)械損傷有制造和裝卸過(guò)程失誤、機(jī)械設(shè)備與管道碰撞、管道下溝與巖石接觸等。預(yù)防機(jī)械損傷應(yīng)針對(duì)損傷原因采取對(duì)策。從管材制造、管道建設(shè)施工和運(yùn)行維護(hù)等階段，闡述了國(guó)外管道行業(yè)在預(yù)防機(jī)械損傷方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，旨在避免形成機(jī)械損傷隱患，保障管道安全運(yùn)行。

1 管道制造抗損傷防護(hù)層

管道涂層具有隔絕水汽、減少施工和環(huán)境因素造成機(jī)械損傷的功能。文獻(xiàn)[2]在埋地管道上進(jìn)行了雙厚度高性能復(fù)合涂層（HPCC）、雙粉末（DPS）及熔結(jié)環(huán)氧樹(shù)脂（FBE）涂層的抗巖石破壞測(cè)試。為防止管溝回填時(shí)巖石損傷管道，國(guó)外開(kāi)發(fā)了多種包裹式、土工織物型防護(hù)產(chǎn)品，Powercrete是一種無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂聚合物混凝土涂層，在管道上形成光滑表面，具有較強(qiáng)耐磨性和耐沖擊性，適用于含礫石或巖石土壤環(huán)境中敷設(shè)或穿越管道。RockJacket是一種在工廠預(yù)制的管道外防腐機(jī)械保護(hù)涂層，可用于預(yù)防沖擊和穿透性機(jī)械損傷。其它措施又在管道周圍預(yù)制柔性襯墊，施工過(guò)程中管道表面噴涂防損傷涂料等。

2 管道建設(shè)期機(jī)械損傷預(yù)防措施

管道建設(shè)期階段機(jī)械損傷原因是吊管機(jī)操作不當(dāng)導(dǎo)致管道機(jī)械碰撞，以及管溝回填時(shí)巖石擠壓。應(yīng)保證管溝回填工藝和墊層材料符合要求，嚴(yán)格按照施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)。

2.1 國(guó)外新型鋪管機(jī)械

俄羅斯Petrofac公司為防止損傷管道，編制管道鋪設(shè)施工作業(yè)文件，規(guī)定管道敷設(shè)間距、起重臂在不同階段的傾角以及所需最少設(shè)備數(shù)量，使用軟橫梁、防護(hù)板和支座，避免管道鋪設(shè)時(shí)損傷管道。管溝底部填酥松土壤或細(xì)砂，形成10～20c墊層，避免管道鋪設(shè)損傷管道。

俄羅斯管道鋪設(shè)機(jī)制造商有Caterpillar、Komatsu、Hitachi、Chetro等。俄羅斯Gazprom公司技術(shù)中心研制超大功率重型管道鋪設(shè)機(jī)，可鋪設(shè)管徑1420mm的干線管道。該設(shè)備鋪設(shè)管道中不會(huì)造成機(jī)械損傷及缺陷，典型做法是吊管時(shí)使用包裹橡膠的滾輪用于滾動(dòng)移動(dòng)管道，吊管機(jī)起重臂使用橡膠蓋板保護(hù)，防止管道撞擊吊管機(jī)起重臂時(shí)隔離管道。管溝回填要求厚度為10cm土壤或者砂子，避免管道損傷和絕緣涂層受損。

2.2 管溝施工及回填技術(shù)

管溝回填過(guò)程主要是碎石對(duì)管道的損傷，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了回填顆粒允許的最大尺寸，例如GB 50369-2014《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定

（1）下溝前，應(yīng)復(fù)查管溝深度，清除溝內(nèi)塌方、石塊、積水、冰雪等異物。石方或戈壁段管溝，應(yīng)預(yù)先在溝底墊300mm厚細(xì)土，細(xì)土的最大粒徑不得大于20mm；

（2）管道應(yīng)使用吊管機(jī)等起重設(shè)備進(jìn)行下溝，不得使用推土機(jī)或撬杠等非起重機(jī)具。吊具應(yīng)使用尼龍吊帶或橡膠輥輪吊籃，不得直接使用鋼絲繩。當(dāng)采用吊籃下溝時(shí)，應(yīng)使用吊管機(jī)下溝，起吊高度以1m為宜，吊管機(jī)使用數(shù)量不宜少于3臺(tái)；

（3）管道下溝時(shí)，應(yīng)由專人統(tǒng)一指揮作業(yè)，應(yīng)采取切實(shí)有效的措施防止管道滾鉤；

（4）管道下溝過(guò)程中，應(yīng)使用電火花檢漏儀檢查管道防腐層，檢測(cè)電壓應(yīng)符合設(shè)計(jì)及現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，如有破損或針孔應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)；

（5）管道下溝時(shí)，應(yīng)注意避免與溝壁掛碰，以防止擦傷防腐層。管道應(yīng)放置到管溝中心位置，距溝中心線的偏差應(yīng)小于150mm。管道壁和管溝壁之間的間隙不應(yīng)小于150mm。管道應(yīng)與溝底充分結(jié)合，局部懸空應(yīng)用細(xì)土填塞密實(shí)。

圖1是OZZIES公司研發(fā)的管溝回填篩選和填充設(shè)備，使用流動(dòng)填料作為管溝回填材料，成分是粉煤灰、水泥、沙子和水組成的混合物，具有自動(dòng)澆注、校平、填實(shí)和不沉降等優(yōu)點(diǎn)。該填料耐穿透性好，能夠?qū)艿捞峁┮欢ǔ潭鹊谋Ｗo(hù)。

圖2是英國(guó)Shetland管道公司使用型號(hào)Cat P87-97Te Capacity吊管機(jī)鋪設(shè)大口徑管道，為了防止管道敷設(shè)時(shí)發(fā)生損傷，使用軋車向管溝回填細(xì)軟砂礫用于保護(hù)管道。

英國(guó)BP公司將規(guī)范吊管機(jī)操作作為防止大口徑管道下溝損傷的根本措施，其他措施為了防止管道損傷，還需要采取以下措施：避免管道在地面拖行，使用防護(hù)布包裹管道，清除管溝內(nèi)的巖石和碎屑，在管溝內(nèi)放置沙袋，將管道置于沙袋上。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50369規(guī)定了管道下溝時(shí)的防護(hù)措施，其中在管道底部墊細(xì)土層做法與國(guó)外基本一致。國(guó)外管道公司成功應(yīng)用大型吊管機(jī)敷設(shè)大口徑管道，并采取嚴(yán)格預(yù)防措施，包括限定起重臂傾角、應(yīng)用軟橫梁、防護(hù)板和支座、使用防護(hù)布包裹管道、橡膠滾輪移動(dòng)管道、吊管機(jī)起重臂橡膠防撞蓋板。此外國(guó)外研發(fā)專用的管溝回填篩選和填充設(shè)備，使用流動(dòng)填料作為管溝回填材料，用于保護(hù)管道。這些做法科學(xué)合理，細(xì)致周全，建議國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50369和施工部門參考借鑒。

3 管道運(yùn)行中機(jī)械損傷預(yù)防措施

開(kāi)展公眾教育和警示，有助于公眾了解管道危險(xiǎn)特性以及管道控制處置事故能力，增加公眾信心和防護(hù)意識(shí)，建立溝通渠道，預(yù)防管道事故。美國(guó)石油協(xié)會(huì)制定了自愿性標(biāo)準(zhǔn)API RP 1162-2010《管道運(yùn)營(yíng)商公眾警示程序》，規(guī)定了管道運(yùn)行商開(kāi)展公眾教育和承包商安全開(kāi)挖的內(nèi)容。目前，美國(guó)管道企業(yè)設(shè)立公眾警示管理職位，在信息內(nèi)容、傳遞方式、傳遞頻率等方面開(kāi)展研究工作。美國(guó)聯(lián)邦委員會(huì)建立811挖掘施工咨詢電話，要求挖掘者在施工前了解附近管道信息，通告施工基本情況，從強(qiáng)制性法規(guī)和國(guó)家層面，建立了管道運(yùn)行商和第三方預(yù)防管道機(jī)械損傷的管理機(jī)制。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)外管道行業(yè)從管道全生命周期各階段制定了預(yù)防機(jī)械損傷的對(duì)策措施，包括管材預(yù)制抗損傷機(jī)械防護(hù)層，制定大型吊管機(jī)敷設(shè)大口徑管道施工操作文件，研發(fā)專用的管溝回填篩選填充設(shè)備，使用流動(dòng)填料作為管溝回填材料，實(shí)施管道公眾警示程序，設(shè)立挖掘作者咨詢電話等。管道管理者可根據(jù)實(shí)際情選擇措施，對(duì)于國(guó)家管道安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)也具有借鑒作用。