新技术应用第四节

第四节油气输送管道的维修技术一、封堵技术在油气管道不停输维修中的应用管道封堵技术，是指在完全密闭的不停输状态下，利用物理机械手段，将需要维修的管段从管道中隔离，以便进行维护、修理、更换等改造的技术。1封堵器旁通管线封堵三通旁通三通需改造管段专用阀门2封堵三通是安装封堵设备的等径三通，旁通三通是连接旁通管线的异径三通。由于这些旁通将最终保留在管道上，所以，要求它们具有足够的安全性，其设计寿命应等于或大于管道的使用寿命。封堵三通是在管线不停输的状态下焊接的，焊接难度大，技术要求高。对焊条性能、焊接电流、焊接速度、预热温度等要严格控制，对管线的工作压力、温度、流速以及管道的壁厚等参数也要事先掌握。要防止焊接时烧穿管壁，引起管壁变形、褶皱等。通常是先焊纵向直焊缝，再焊环向角焊缝，两道环向角焊缝不能同时焊接。3封堵三通焊好后，在三通上安装夹板阀，并调整夹板阀与三通的同轴度在规定的范围内。夹板阀是一种特制的阀门，其面到面的尺寸比传统阀门要减小大约75％。夹板阀装好后，再安装开孔刀具。开孔刀具由中心钻，圆形刀齿组成。在中心钻上装有U形卡环，防止圆形刀齿切割下的马鞍型钢板掉入管道内。在开孔前，应对焊接到管线上的三通和组装到管线上的阀门、开孔机等部件进行整体试压。4试压合格后可进行开孔作业。开孔顺序为先开旁通孔，再开封堵孔。在开孔期间，可同时进行旁通管线的预制、试压工作，旁通孔开好后就可连接旁通管线。旁通管线连通后，可进行封堵作业。在封堵过程中，液体输送管道介质的流速应不大于2.5m/s，气体输送管道介质的流速应不大于5m/s。封堵顺序是，先下下游封堵头，后下上游封堵头。封堵结束后，通过排油检查封堵效果。5封堵合格后，对需要维修、更换的管段进行机械断管，排油（排气）后进行改造作业。改造作业完成后，调整封堵头两侧压力，使其达到平衡后，提取封堵头，主管线投入运行，然后拆除旁通管线。6二、管道维修补强技术管道的维修补强技术是保证管道完整性和延长管道使用寿命的重要手段。目前，常用的管道维修补强方法主要有焊接、夹具和纤维复合材料等三种类型。1、焊接类维修补强方法焊接类维修补强方法是在含缺陷的管道上面焊接上补强金属，从而恢复管道的服役强度。根据焊接的形式不同，又可分为堆焊、打补丁和打套筒三种方式。7（1）堆焊堆焊是直接在管道表面的缺陷处施焊的补强方法。这种方法只适用于缺陷深度较小，金属损失量不大的单点缺陷的补强。使用这种方法时，应先考察缺陷的类型，对于较深、较大或裂纹型缺陷等都不能使用堆焊，同时，要严格按照《焊接规程》，筛选与管道母材相匹配的焊条，试验确定焊机的电压和电流。8（2）打补丁顾名思义，打补丁是在管道表面的缺陷处焊接补片的补强方法。这种方法适用于小面积多点缺陷的补强。为了减小焊接引起的应力集中，补片应做成圆角形，并应采用填角焊，并要严格按照《焊接规程》，筛选与管道母材相匹配的补片材料和焊条，试验确定焊机的电压和电流。9（3）打套筒打套筒是将两个半圆形管包在管道表面的缺陷处进行焊接补强的方法。这种方法适用于大面积缺陷的维修补强。该方法主要用于腐蚀区域的补强，一般不得用于泄漏点、凿痕、凹痕或其他缺陷的修补。半圆补强管的边缘同所补管子间应有紧密的配合，并且不得横跨管道的环焊缝。打套筒的焊缝应用无损检测的方法进行探伤。10以上三种补焊方法，都应特别要注意焊接时的外部条件，特别是空气湿度和环境温度，避免空气湿度大引起的氢脆破坏和环境温度低引起的冷脆破坏。对运行输油管道实施堆焊时，必须将输送压力降到设计压力的1/3以下;对天然气输送管道实施焊接时，必须在停输泄压后进行。112、夹具类维修补强方法夹具类维修补强方法是将一定结构的机械夹具固定于管道的缺陷段，使其恢复服役强度。这种方法的优点是不用在服役管道上施焊，避免了焊接可能造成的焊穿、氢脆和冷脆等风险。这种方法的适用范围是管道存在凹坑等机械损伤，而没有裂纹产生的情况;管道单点腐蚀严重，一般超过管道壁厚的2/3的情况;管道的临时抢修等情况。12这种方法是在打套筒的基础上发展而来的，其主要特点是在套筒与管道中间留有一定的间隙，间隙内填充环氧树脂，利用环氧树脂将力传递到套筒上。根据构成套筒的方法不同，可分为螺栓夹具和无螺栓两半焊接夹具两种。3、纤维复合材料类维修补强技术纤维复合材料类维修补强技术是利用纤维材料在纤维方向的高强度特性，利用粘结树脂在服役管道外边包覆一个复合材料修复管道层，从而恢复服役管道的服役强度。13目前，应用于油气输送管道补强的纤维复合材料主要有玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料。其中，碳纤维复合材料具有更多的优势，主要表现在：①碳纤维复合材料与钢管具有非常优良的变形协调性。碳纤维的弹性模量为213Gpa，钢的弹性模量为207Gpa，两者十分接近。②碳纤维的变形量较大，一般大于1.4％。该值远大于管道自身的变形14③湿法缠绕碳纤维的柔韧性好，对于具有较高焊缝余高和错边严重的螺旋焊缝、环焊缝等具有很好的施工操作性。④碳纤维抗老化性能强，补强后的强度基本不随时间变化。⑤碳纤维复合材料可以轴向和环向交错组合敷设。这样，便于使补强层形成一个整体，既可以有效承受环向应力，又可以有效承受轴向应力。这种方法，特别适用于沿轴向大面积腐蚀的长缺陷补强。以上介绍的几种维修补强方法，各有其特点、施工工艺、使用范围和补强效果，使用时应根据具体情况选用。15三、海底管道的维修技术海底管道的维修可分为水上维修和水下维修两大类。水下维修又可分为干式维修和湿式维修两种。1、海底管道的水上维修海底管道的水上维修的步骤是：把水下管道切断或切除破损段;-将管道的两个管端吊出水面;-安装焊接修复短节;-检验并涂防腐层;-把管道放回海底。16水上维修方式不需要特种维修设备，施工速度较快，易于保证维修质量;但需进行吊装计算，需要专门的施工作业铺管船。这种方法一般只适用于较浅海域的管道维修。2、海底管道的水下干式维修水下干式维修是在水下需要维修的管段处安装水下安装焊接工作舱。工作舱内配有动力电源、照明、通讯、高压水喷射、起重、气源、焊接施工设备和生命支持系统等设施，并注入与海域水深相同压力的高压气体。形成干式工作环境后，即可进行管道的修复作业。17这种方法的维修效果好，可保证管道原有的整体性能不改变;但系统比较复杂，维修费用较高，并需配备水下切割工具、大型起重工作船等特种设备和具有干式高压焊接资质的潜水员。这种方法多用于不能在水面焊接，又要求原有整体性能不改变的海底管道的维修。