国外油气管道修复技术-

1、第24卷第12期油气储运综述国外油气管道修复技术王玉梅刘艳双张延萍崔健(中国石油管道公司科技中心规划与信息所王玉梅刘艳双等:国外油气管道修复技术,油气储运,2005,24(121316。摘要叙述了对国外特别是北美和俄罗斯等国的管道大修施工技术水平、修复方法、材料和设备进行的系统调研情况,认为调研结果对我国引进国外先进的修复技术、机械化修复设备和产品,提高我国油气管道的修复技术水平、施工质量和进度,具有重要的指导性作用,尤其是对我国东部管网进行全面改造,实现东部原油管网再安全运行20年的目标具有参考价值。主题词油气管道管道修复修复技术一、管道修复技术的概念13、依据及程序46管道修复技术在国外一

2、般被称为“3R技术”,即Repair,Rehabilitation,Replace(修补、修复及更换管段。修补多指管道日常的维护、维修以及泄漏事故发生时的抢险和临时性维修,而修复及更换管道则属管道的永久性修复,国内也称为“管道大修”。在管道大修中,不仅仅要对管道防腐涂层进行修复和更换,最重要的是对管道的管体缺陷进行永久性修复。在确定管道修复项目时,国外公司通常依据以下程序。(1管道的缺陷检测。通过管道内外检测,确定管道上的管体缺陷和防腐层缺陷位置。(2缺陷评价及定位。根据最新的管道内外检测结果进行管体缺陷和防腐层缺陷及严重程度的评价,并进行较为准确的缺陷定位。按严重程度分类,列出需要优先修复的

3、次序,确定采用何种方式进行修复获取最大收益。(3修复管道的工程评价。根据最新的内检测和缺陷评价结果,对拟修复的管道进行现场考察,开挖检测,并收集现场土壤、温度场、腐蚀机理等详细数据。(4制定修复计划和步骤。根据最新的管道缺陷评价结果,制定详细的管道修复计划和具体实施方案。在制定计划过程中,对修复方式、方法和修复产品(包括补强材料及防腐材料进行选择,并建立修复标准、操作程序、工艺规程和选择、确定管道修复工程的承包商等。(5工程实施、验收及总结。确定管道缺陷和定位,将其按严重程度分类,列出优先修复次序,并确定采用何种方式进行修复以获取最大收益是实施管道修复计划的关键。在实施管道修复项目时,制定管道

4、修复计划及实施步骤是一项非常重要的工作,常常需要花费几年(约35年的时间用于修复工程前的缺陷检测、定位及评估,确定修复范围和修复方法等。例如,澳大利亚曾对一条600km的高压天然气管道进行大范围的涂层修复,为了顺利实施修复,制订严密的计划就用了6年时间,使费用控制在合理的范围内。二、管道修复标准及推荐采用标准7由于国外标准多为综合性标准,很少有国内的企业标准、行业标准这种针对性极强的各专业标准,因此专门用于管道修复的标准不多,但涉及管道修复内容的标准却很多。例如,在美国A PI、NACE、ASM E、ASTM以及加拿大CSA等标准中,涉及此3056000,河北省廊坊市金光道51号;电话:(03

5、162170716。31类的相关标准就有80余部。虽然国外包含管道修复章节的相关标准很多,但美国、加拿大和英国的一些著名管道大公司,例如B P、TRANSCANADA及ENBRID GE等,在油气管道修复时一般常用或推荐采用的标准也就是屈指可数的78部,而没有专门针对管道穿越段修复用的标准,实际应用中的标准则参阅管道穿越标准、管道修复标准及美国管道研究委员会的管道修复操作手册。为此,A PI1102(管道横越高速公路和铁路标准、美国能源部管道穿越规范和A PI1117(在役管道的位移等标准可以作为参考标准来指导管道穿越施工,或参考其编写、制定相关的管道穿越标准或管道穿越段修复标准。北美一些著名

6、管道公司油气管道修复惯用标准及推荐采用标准如下。1、气体管道修复适用标准与文件(149CFR192美国联邦法规陆上气体管道。(2ASM E B31.8输气及配气管道系统。(3ASM E B31.8S气管道系统完整性管理。(4CSA Z662油气管道系统(加拿大标准。(5PRCI:管道修复手册(美国管道研究委员会。(6各公司的修复计划。2、液体管道修复适用标准与文件(149CFR195陆上石油管道应急方案。(2ASM E B31.4液态烃及其它液体管道输送系统。(3A PI1160液体管道完整性管理。(4CSA Z662油气管道系统。(5PRCI:管道修复手册(国际管道研究委员会。(6各公司的修

7、复计划。三、管道修复方式、方法及技术810国外管道修复方式及方法包括沟内修复和沟外修复、停输或不停输修复、人工修复或机械化修复、内修复和外修复等诸多方式与方法。1、管道修复方式与方法在国外,特别是北美地区,油气管道管网很发达,同线路中一般均由几条管道组成,因而可以有计划地对管网中的某条管道进行停输修复。为此,较多地采用停输修复的方式。但对于不宜停输的管道也采用不停输的方式进行修复。另外,可以根据拟修复管道的自身条件及业主的要求,选择采用沟内、沟外、人工修复或机械化修复的方法。一般情况下,沟内修复所需费用高于沟外修复,而沟外修复一般则需要管道停输。为此,在允许停输条件下,采用沟外修复方法多于沟内

8、修复法。而无论沟内、沟外修复,国外均实现了机械化修复。目前,国外采用的内修复方法包括管道内衬法、PE管道插入法或软翻内衬套修复法等。内修复方法一般适用于低压天然气管道、煤气管道、自来水管道或污水管道等民用设施管道的修复。而针对高、中压油气管道,则多采用外修复法。外修复方法还可细分为管体缺陷补强修复和管道防腐层修复。管体缺陷补强方法一般采用补焊、打补丁、半圆套管、整圆套管、环氧填充套筒修复以及复合材料修复等多种方式。其中换管法、打补丁、金属卡具法等在国内的管道修复中已被广泛采用,而环氧填充套筒和复合材料修复在国内却是一项新技术,处于刚刚起步阶段(2004年,美国的Clock2 sp ring复合

9、修复套首次工业性应用于四川省西南油气田分公司天然气管道修复工程中,但在北美和欧洲的各类油气管道(陆上和海上修复中应用已非常普遍。2、管道修复技术(1管体缺陷补强修复11,12环氧填充套筒。该技术分别由英国天然气公司(B G、美国Battelle公司和荷兰的Gasunie公司等各自独立开发,虽然应用方法略有不同,但其原理均相同,即在环氧树脂与钢质套筒之间形成一个连续的负载过渡,将缺陷部位的载荷或应力转移到钢质套筒上。安装时,首先用两个钢套筒将管道的故障部位包起来,套筒端部用密封剂密封,然后向套筒与管壁之间形成的环形空隙内注入环氧树脂。这种修复技术可实施带压修复,避免了在工作状态下的管道进行焊接作

10、业而产生的潜在危险,可在安全而经济有效的方式下恢复整个管道系统完整性。此方法最适宜修复高压天然气和成品油管道,因为它不需要直接在管道上进行焊接,或干脆不用焊接,仅采用螺栓进行现场的定位安装。目前,该方法的适用压力为10.0MPa,适用温度范围为3 100。41油气储运2005年复合材料修复技术。近几年,复合材料修复技术发展迅速,在管道修复中的应用也日趋广泛,成为可供选择的经济、有效地永久性管道修复方法。复合材料修复具有安装灵活、方便、修复时间短、费用低、可在不停输管道上使用、不需要焊接、通过正确安装可永久恢复管子的承压能力、适用于各种作业环境等优点。复合材料修复的原理是,将缺陷部位所承受的应力

11、通过高强度的填充物转移至复合套筒上,常用的复合材料有加入玻璃纤维增强聚酯(GRP或碳(CFRP纤维等强化物质的聚酯、乙烯酯或环氧基体材料。在复合修复技术领域,美国的ClockSpring 公司的复合修复套筒最具代表性,在北美、欧洲等国家的陆上及海上油气管道上应用非常广泛,近年亚洲一些国家也陆续开始应用。ClockSp ring的复合套筒由三部分组成,即高强度的单向复合套筒、快速固化的强力双面粘合剂及极高抗压强度的填料。该产品可分别应用于管体补强、管道堵漏和管道抑制裂缝等不同场合,适用管径范围在101.61422.4mm之间。应用时,当土方开挖完成后,采用ClockSpring套筒,两个人30m

12、in 即可完成安装。由于复合套筒具有记忆效应,安装3min后,各层材料就能紧紧地包覆在管体表面,构成一个完整持久的修复层。管道补强套件可用于腐蚀或损伤程度低于80%的管道补强。修复后的管道,其承压能力将会100%地恢复到新建管道的水平。ClockSpring复合套筒的技术特点如下。(1不停输,对生产基本上没有影响(堵漏时,需将管道运行压力降至0.2M Pa。(2不动火,无需焊接作业。(3与传统方法相比,节约成本40%50%。(4不受腐蚀。(5适用于各种作业环境。(6不影响阴极保护系统。(7修复层寿命超过50年。(8可用于石油天然气、水管、各种化工管道。(9基本上不需要设备,现场施工非常简单。整

13、个安装作业时间少于2h。ClockSp ring复合套筒的技术指标如下。(1腐蚀或损伤程度低于80%的管道的补强;泄漏孔径不大于25mm,运行压力不超过7M Pa的管道的堵漏;抑制正在发育的管道裂纹或裂缝。(2设计压力低于25MPa的任何材质管道的补强;运行压力不超过7M Pa的管道的堵漏。(3温度范围为-2954以及-2982的高温套件。(4抗拉伸强度为516688M Pa。(5线形弹性形变为1.5%。(6轴向弹性模量为9.5×103M Pa。(7径向弹性模量为34×103M Pa。(8修复层厚度视包覆层数而定,单层厚度约为1.57mm。(9材质为单向玻纤/树脂复合材料。

14、(10玻纤/树脂比例为玻纤65%75%(以重量计算。(11包覆层数根据腐蚀或损伤程度和运行压力确定。(12标准宽度为300mm。(2防腐层修复13,14管道防腐涂层修复普遍采用机械化修复,但有时也采用手工修复,或者机械修复与人工修复结合使用,主要取决于管道的实际状况而定。人工修复的优势比较灵活,但施工质量和速度与操作人员的水平和熟练程度密切相关。机械修复无论在质量和速度上都优于人工修复,但其修复成本高,对管道状况、周围环境以及修复人员的素质等条件的要求也相对较高。因此,通过多年的实际应用,国外一些管道公司普遍认为,402mm或以下口径的管道采用人工修复较为经济有效,而大口径管道,机械化修复则更

15、经济高效。管道修复工程所用防腐材料的性能一般与新建管道的要求相同。在NACE RP0169标准中规定了理想的涂层材料应具备的物理及化学性能指标,例如,电绝缘性、防水性能、粘结性等。但在修复工程中,还需考虑管道所处的地理位置环境、管道原有涂层类型、管道运行条件、重新涂敷方法、涂层的适用条件、涂层材料成本以及管体表面预处理条件、重敷周期/回填时间、应用装置的复杂性、新老涂层材料的化学兼容性等因素。一般依据被修复管道管体处理可达到的清洁度,确定选择使用防腐材料的种类。大致可分为3种对等情况,一是表面处理最佳的对应聚氨酯类,二是表面处理较好的对应环氧树脂,表面处理较差对51第24卷第12期王玉梅等:国

16、外油气管道修复技术应改性聚合物。国外普遍认为,在管道防腐层修复中,聚氨酯和环氧材料应用效果最好。聚氨酯涂层具有快速固化和良好的机械性能,而环氧涂层具有广泛的表面耐受性和相对较低漆膜厚度下的优良机械性能。其它可选用的涂层材料还包括煤焦油瓷漆、冷敷聚烯烃带、FB E以及蜡涂层和胶带涂层(wax coating and tapes。涂层的选择与很多因素有关,并不是高性能的涂层就是好的修复涂层,只有适合的才是最好的。在选择涂层材料之前,需要进行大量的测试筛选工作,考察涂层应用历史和进行涂层测试是评估涂层系统以及改善修复性能的两个重要途径。四、管道修复用施工设备8,12目前,国外的机械修复设备已能实现管

17、道在停输或不停输条件下的沟内、沟外修复。一些专业公司具有配套的沟上、沟下修复设施和成熟的工程施工经验。管道涂层修复工作主要包括开挖管道周围土壤、清除管道旧涂层、管体表面处理、涂敷新涂层以及管沟回填等工序。其中管沟开挖和回填设备可使用常规的吊管机、挖掘机和推土机,也可采用专门研制的挖沟和回填用设备(例如俄罗斯的-1型土壤分层处理机、型管下挖沟机和型回填设备。而适于管体涂层修复更新的设备包括旧涂层清除设备、管体表面处理设备、涂层再涂敷设备及其配套设施。在机械修复设备方面,俄罗斯基辅(研究所、乌克兰运能系统工程涂层公司(以及美国CRC和Incal公司的产品最具代表性。他们可生产适于口径5301220

18、mm的油气干线管道修复用系列修复装备,即大型(土方设备、中型(涂层修复设备和小型(手工涂层修复设备配套设备。这些机械修复设备除了可减少劳动强度,提高修复效果和效率,保证修复质量外,还具有操作使用简便,可靠性高,能够在不同自然气候条件下运行等优点。尤其是俄罗斯制造生产的设备更具有在恶劣环境下工作的能力(温度范围为-4040,坡度达15°,从类地区至类地区等。国外管道建设、运行管理及修复技术先进,修复方式和修复手段多样化,修复设备机械化,能够确保修复效率和修复质量。而目前国内的修复水平与国外相比有一定的差距,主要表现在修复技术相对单一、缺乏机械化修复设备、修复进度缓慢、手工修复质量难以保

19、证等方面。结合我国东部管道特点,应有针对性地组织各方面的人力,集中研究国外先进的修复技术、方法和设备,重点放在机械化修复设备、管体缺陷修复技术以及国外公司修复项目的组织、实施和管理上,进一步提高我国油气管道修复的整体水平。参考文献1,A EA Technology Consulting:Temporary/Permanent Pipe Repair2Guidelines,Off shore Technology Report,2001(038. 2,Dr J M Leeds and M G Catley:Large,Live Line Rehab Project Requires Detail

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