海底管線非常規(guī)節(jié)點防腐補口施工技術(shù)探討

王洪洲 劉永利 王志業(yè) 楊加棟 岳文遠(yuǎn) 陳 剛

（1. 海油發(fā)展珠海管道工程有限公司，廣東 珠海 519050；2. 中海油能源發(fā)展股份有限公司管道工程分公司，天津 300452；3. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

在油氣管道防腐中，節(jié)點補口作為薄弱的環(huán)節(jié)之一，補口涂層性能的優(yōu)劣顯著影響整條管道的使用壽命。尤其對于服役環(huán)境惡劣的海底管線，補口涂層的腐蝕防護(hù)性更為重要[1]。國內(nèi)海管防腐層最常用涂層為3LPE/PP（以下簡稱3LPO），而海管系統(tǒng)中的立管尤其飛濺區(qū)立管、錨固件、法蘭、止曲管等涂層設(shè)計均有所不同，在與3LPO防腐管連接時形成了特殊的節(jié)點，這些節(jié)點的補口施工技術(shù)與常規(guī)節(jié)點不同。

本文對比中海油海底管線安裝項目中常規(guī)海管節(jié)點與3種非常規(guī)節(jié)點施工工藝，分析總結(jié)，形成獨有的施工技術(shù)和質(zhì)量控制的體系。

1 常規(guī)防腐補口技術(shù)

3LPO涂層海管的補口結(jié)構(gòu)為“無溶劑液體環(huán)氧底漆+聚乙烯/聚丙烯熱收縮帶”，施工通常在S-Lay鋪管船的防腐作業(yè)站完成，該部分通常稱為平管段。平管段的施工利用了循環(huán)密閉噴砂除銹系統(tǒng)和中頻感應(yīng)加熱系統(tǒng)，提高了海底管道節(jié)點涂敷質(zhì)量[2]。

平管段防腐在作業(yè)線的2個站點完成，其中第1站為循環(huán)噴砂站，雙頭布置的真空循環(huán)噴砂機(jī)在自動行走裝置的控制下，完成360°的噴砂除銹。在除銹前，搭接層PE/PP層須用百葉片或者砂紙做拉毛處理，提高粗糙度，進(jìn)而提高搭接層的粘接力。

完成第1站點除銹后，為防止表面被傳動滾輪污染，使用潔凈的PP殼保護(hù)。進(jìn)入第2站防腐站，依次進(jìn)行底漆刷涂、中頻加熱固化，加熱用線圈懸吊在站點頂部。補口加熱區(qū)域含有底漆鋼、主涂層搭接區(qū)兩部分，中頻加熱設(shè)備應(yīng)滿足熱收縮帶在不同部位的安裝溫度要求，影響加熱質(zhì)量因素有加熱功率、加熱時間、線圈分布情況和線圈的有效加熱寬度。在施工之前應(yīng)該進(jìn)行調(diào)試，獲取加熱特性，調(diào)整線圈加熱寬度等參數(shù)，用以保證搭接層加熱溫度。對于3LPE涂層管，底漆鋼的加熱溫度控制在125℃～140℃之間，而相鄰PE搭接層在110℃～120℃之間。對于3LPP涂層管，底漆鋼加熱溫度控制在170℃～190℃，相鄰PP搭接處在145℃～160℃之間。這樣的溫度控制可保證膠黏劑與底漆層以及主涂層間形成有效粘接。

在完成熱收縮帶防腐后，除了常規(guī)的涂層厚度檢測、電火花檢漏之外，最重要的工序是水冷卻，防止通過滾輪或者漲緊器時被碾壓損傷變形。最有效的水冷卻方式是采用冷凝水冷卻，可提高冷卻效率，保證涂層質(zhì)量。

2 氯丁橡膠立管與3LPO管補口技術(shù)

海洋立管尤其是飛濺區(qū)立管最常用的涂層為氯丁橡膠[3]，厚度為12mm，而常規(guī)3LPO涂層厚度僅為3.0mm。立管與3LPE涂層管相接，形成特殊高低口，其補口涂層結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用熱熔膠型防腐熱收縮帶外加一層瑪蹄脂膠熱收縮帶，在保證焊口防腐性能的同時，又提高橡膠層的粘接性能。

圖1 氯丁橡膠立管與3LPE涂層管補口

飛濺區(qū)立管的預(yù)制通常在陸地完成，在施工時需要重點關(guān)注是：

表面處理選擇循環(huán)噴砂除銹；預(yù)熱時要把氯丁橡膠層用防火布保護(hù)起來，防止涂層被傷。噴砂作業(yè)時，橡膠涂層也要做好包覆防護(hù)，避免磨料飛濺至涂層表面污染涂層。

熱收縮帶的安裝順序是先熱熔膠型（如圖1中GTS-PE 型熱縮帶），后瑪蹄脂膠型（如圖1中GTSPP 100型熱縮帶）。在裸鋼區(qū)涂環(huán)氧底漆，用中頻線圈加熱。加熱時調(diào)整線圈位置，避開氯丁橡膠涂層。GTS-PE熱收縮帶安裝不能搭接在氯丁橡膠涂層上，在用燃?xì)饪局茻崾湛s帶時，氯丁橡膠層要用防火布包覆保護(hù)。

GTS-PP 100熱收縮帶為GTS-PE層和氯丁橡膠層過渡涂層，安裝間隔至少1個小時，確保GTS-PE涂層固化完全，后用砂紙粗化處理，寬度不低于60mm；氯丁橡膠層用粒度為P24-P40的百葉片粗化處理。處理后的橡膠層表面刷涂一層環(huán)氧底漆，注意不能刷涂在GTS-PE涂層表面上，這層底漆可提高GTS-PP 100熱收縮帶與氯丁橡膠粘接力。根據(jù)材料廠家推薦的方法，將GTS-PP 100熱收縮帶按照50:50搭接比例固定安裝。

3 海管錨固件防腐補口技術(shù)

在雙層保溫海管結(jié)構(gòu)中，錨固件是一種用于結(jié)構(gòu)連接的鍛造件，主要功能是實現(xiàn)內(nèi)管與外管的運動耦合以及在內(nèi)外管間進(jìn)水后起到阻水作用[4]。錨固件分為兩種，相同點是兩端內(nèi)管 (輸油管) 連接，不同點是一種可以連接兩端外管（簡稱雙-雙型錨固件）， 用于平管段；另一種則只能連接一端的外管（簡稱雙-單型錨固件）[5]，用在立管和膨脹彎安裝段。

3.1 雙-雙型錨固件防腐補口施工要點

典型的雙-雙型錨固件防腐層補口結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 雙-雙型錨固件防腐層補口結(jié)構(gòu)

該類型錨固件預(yù)制在鋪管作業(yè)線上，或者在陸地提前預(yù)制。在焊接作業(yè)時，錨固件表面涂裝的厚度400～500μm的FBE防腐層會被打磨破損。因此，噴砂除銹的寬度要覆蓋兩道焊口和錨固件，需要調(diào)整噴砂行走的幅度。

除銹后表面同樣刷涂環(huán)氧底漆，檢測濕膜厚度；防腐帶用兩片熱熔膠型熱縮帶，安裝不分順序；因為中頻加熱線圈寬度為定制寬度，一般為550～600mm；第一片熱收縮帶安裝時，底漆必須在自然固化后上線圈，確保線圈定位后支撐輪不會碾壓環(huán)氧底漆造成涂層破壞。第二片熱收縮帶安裝前，第一片熱收縮帶須完全固化，表面溫度應(yīng)降至50℃以下，必要時使用水冷卻降溫；搭接處使用砂紙或者百葉片粗化處理，提高兩片熱收縮帶間附著力。

3.2 雙-單型錨固件防腐補口施工要點

這種類型錨固件預(yù)制多數(shù)在陸地預(yù)制，終端連接著法蘭，法蘭和錨固件的外防腐涂層為FBE層，錨固件/海管/法蘭的補口結(jié)構(gòu)如圖3所示。補口涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計為外管熱熔膠熱縮帶、內(nèi)管熱熔膠熱縮帶，在錨固件和法蘭坡角搭接處用瑪蹄脂膠型熱收縮帶密封，并為FBE層提供機(jī)械防護(hù)，密封用熱收縮帶寬度不宜太寬，一般為150～200mm。

圖3 錨固件/海管/法蘭補口結(jié)構(gòu)

使用真空循環(huán)噴砂機(jī)除銹，槍頭無法使用自動行走裝置，因此應(yīng)使用手持式噴頭進(jìn)行循環(huán)噴砂，覆蓋錨固件的兩個焊口節(jié)點、法蘭與海管焊接節(jié)點，包括損傷涂層的錨固件表面，不包括法蘭端部FBE層以及錨固件斜立面FBE層。除銹處理后立即刷涂環(huán)氧底漆，一次性將結(jié)構(gòu)內(nèi)3個節(jié)點全部刷涂，并選擇自然固化。

因雙-單型錨固件直接連接的輸送管，其內(nèi)壁輸送原油或者混輸介質(zhì)時溫度較高，其補口涂層須為耐溫性高的熱縮帶，因此，選擇環(huán)球軟化點高于90℃的熱熔膠型熱收縮帶。熱收縮帶安裝時，中頻線圈分別選擇18寸和12寸規(guī)格；其中12寸線圈加熱時，兩端厚度增加，溫度會降低，影響兩端附著力，因此，在加熱前需要調(diào)整兩端線圈的匝數(shù)，使得加熱更加均勻一些。兩片熱熔膠熱收縮帶安裝冷卻固化后，搭接處粗化處理，并分別安裝兩片密封用的瑪蹄脂膠型熱收縮帶。

4 止屈管與3LPO管補口技術(shù)

為防止海底管道服役過程中應(yīng)力屈曲的擴(kuò)展，深水管道設(shè)計時通常會設(shè)計止屈管[6]。止屈管外徑通常是中間大兩端小，過渡角度一般為1:4～1:16，兩端與普通管直徑相同。這種鋼管在3LPE/PP生產(chǎn)線防腐時，存在中頻加熱溫度不均，薄壁端會受到高溫沖擊；聚烯烴層無法與鋼管壓實，存在花皮、氣泡等缺陷風(fēng)險，生產(chǎn)線無法一次成型。國外成熟的做法是使用火焰噴涂技術(shù)[7]，但是該技術(shù)在國內(nèi)尚未大規(guī)模推廣使用。國內(nèi)通常做法是完成3LPE/PP防腐層涂敷后再進(jìn)行過渡段加工處理。

這種非常規(guī)節(jié)點在鋪管船作業(yè)線上補口，平均間隔26道口一個，在南海流花29-1項目上使用的加長熱收縮帶補口法，如圖4所示，選擇寬度為650mm的防腐熱收縮帶，覆蓋薄壁至厚壁過渡段。但現(xiàn)場需解決兩個問題，循環(huán)除銹的連續(xù)性問題和中頻加熱不均問題。噴砂除銹如使用自動行走系統(tǒng)，噴頭行走至止屈管端時增高負(fù)載過大，會導(dǎo)致停機(jī)而無法連續(xù)進(jìn)行?，F(xiàn)場解決方案是改為手持式行走，但是要臨時拆卸槍頭，耗費作業(yè)時間；實際方案是改進(jìn)噴砂頭的結(jié)構(gòu)，環(huán)形毛刷配折疊彈性連接套，增大彈性套的上下活動空間，可兼顧厚壁管和薄壁管的除銹連續(xù)性。中頻加熱不均解決辦法是在工藝評定階段調(diào)整并確定線圈匝數(shù)的疏密程度，保證加熱溫差不超過10℃；同時線圈的內(nèi)徑要比鋼管外徑大2寸。

圖4 加長熱收縮帶補口涂層

上述解決方法，都需要現(xiàn)場調(diào)整設(shè)備再復(fù)位，影響高速鋪管的效率。在陵水17-2深水項目中，采取了更為優(yōu)化的施工方法，止屈管端提前預(yù)制一片熱收縮帶，安裝面積覆蓋過渡坡角段，并延伸至薄壁段，現(xiàn)場補口為正常熱收縮帶安裝，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。在海上鋪管的補口作業(yè)中，噴砂除銹和中頻加熱可正常進(jìn)行，只需要在表面處理時打磨粗化預(yù)制熱收縮帶。

圖5 陸地預(yù)制熱收縮帶+現(xiàn)場熱收縮帶補口

5 結(jié)語

無論是常規(guī)節(jié)點還是非常規(guī)節(jié)點，現(xiàn)場補口的重要原則是：一是噴砂除銹質(zhì)量要達(dá)到Sa2.5，除銹要做到連續(xù)高效；二是保證熱收縮帶補口的中頻加熱溫度均勻性；三是要保證不同涂層間附著力。面對不同類型的焊接節(jié)點，根據(jù)實際工況、結(jié)構(gòu)特點設(shè)計不同的補口類型，選擇不同的補口材料，改進(jìn)補口設(shè)備，提高補口施工質(zhì)量，保證海管防腐的完整性。