武占文,賈 振,王長(zhǎng)懷,張振東,芮 東
海油發(fā)展珠海管道工程有限公司,廣東珠海 519090
隨著海洋油氣資源開發(fā)的持續(xù)深入,油氣開采逐漸向深海、高溫、高腐蝕環(huán)境延伸,更為復(fù)雜的服役環(huán)境對(duì)海底油氣輸送管道性能提出了愈加嚴(yán)苛的要求。針對(duì)深水油氣田高溫高腐蝕性油氣介質(zhì)(CO2、H2S含量高),常規(guī)的碳鋼管和低合金鋼管無法滿足耐蝕性要求,國(guó)內(nèi)外普遍使用兼具高強(qiáng)度與優(yōu)異耐蝕性的雙金屬?gòu)?fù)合管進(jìn)行高溫高腐蝕性油氣的輸送[1-5]。雙金屬?gòu)?fù)合管是由基管(碳鋼)和內(nèi)襯管(不銹鋼或耐蝕合金) 兩部分組成,其中基管主要起到承壓和支撐作用,用以保障管道各項(xiàng)力學(xué)性能,內(nèi)襯管能夠提高管道耐蝕性能,保證管道的服役壽命。近年來雙金屬?gòu)?fù)合管制造技術(shù)得到了大量的研究和推廣[6-10],但雙金屬?gòu)?fù)合管的外涂敷及相關(guān)保護(hù)技術(shù)專業(yè)性研究和開發(fā)相對(duì)較少。
不同于常規(guī)的低碳合金鋼管,雙金屬?gòu)?fù)合管的內(nèi)襯不銹鋼對(duì)異種金屬接觸較為敏感,在潮濕的大氣環(huán)境下內(nèi)襯不銹鋼與碳鋼或鑄鐵等材料接觸會(huì)發(fā)生電偶腐蝕,形成內(nèi)襯管鐵離子污染,損傷內(nèi)壁鈍化膜,進(jìn)而嚴(yán)重破壞復(fù)合管的耐蝕性。并且結(jié)構(gòu)獨(dú)特的雙金屬?gòu)?fù)合管節(jié)點(diǎn)焊接工藝較為復(fù)雜,對(duì)于管端U型坡口的幾何尺寸精度要求很高[11-12]。目前,現(xiàn)有的管端保護(hù)裝置已無法滿足雙金屬?gòu)?fù)合管的管端保護(hù)要求。近年來在海底管道外防腐和“鋼套鋼”保溫管涂敷施工中,復(fù)合管內(nèi)襯不銹鋼的鐵離子污染和坡口損傷質(zhì)量事故時(shí)有發(fā)生,這不僅給后續(xù)復(fù)合管內(nèi)襯表面的再鈍化和坡口修復(fù)帶來很大工作量,同時(shí)也給雙金屬?gòu)?fù)合管的服役帶來極大的質(zhì)量隱患和安全風(fēng)險(xiǎn)。
本研究根據(jù)雙金屬?gòu)?fù)合管的防腐和保溫涂敷管端保護(hù)要求,結(jié)合復(fù)合管結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研發(fā)了適用于防腐噴砂除銹和“鋼套鋼”保溫管穿管施工的兩種管端保護(hù)裝置,并對(duì)兩種管端保護(hù)裝置的使用效果進(jìn)行工程應(yīng)用評(píng)價(jià)。
在鋼制管道防腐在線拋丸除銹施工中,鋼砂、丸磨料是引起雙金屬?gòu)?fù)合管內(nèi)襯鐵離子污染的潛在風(fēng)險(xiǎn),利用保護(hù)裝置對(duì)復(fù)合管的管端進(jìn)行有效封堵保護(hù)是保證復(fù)合管內(nèi)襯不被污染的主要措施。針對(duì)結(jié)構(gòu)獨(dú)特的雙金屬?gòu)?fù)合管,管端封堵保護(hù)裝置不僅要滿足鋼砂、丸磨料封堵要求,還需確保管端保護(hù)裝置在管端安裝牢固,對(duì)復(fù)合管內(nèi)襯無污染/坡口損傷。
海洋油氣輸送用雙金屬?gòu)?fù)合管管端U型坡口如圖1所示,對(duì)坡口結(jié)構(gòu)和尺寸精度要求較高,見圖2。
圖1 雙金屬?gòu)?fù)合管管端U型坡口
圖2 雙金屬?gòu)?fù)合管U型坡口結(jié)構(gòu)和尺寸要求
本研究根據(jù)復(fù)合管管端封堵保護(hù)要求,在管端封堵保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)中采用管外套筒和管內(nèi)支撐安裝結(jié)構(gòu)。
雙金屬?gòu)?fù)合管的U型坡口尺寸較為精密,并且坡口端部凸出的內(nèi)襯不銹鋼極易受到磕碰損傷,在“鋼套鋼”保溫管施工中,雙金屬?gòu)?fù)合管作為內(nèi)管需要進(jìn)行穿管作業(yè),采用常規(guī)的叉車頂推時(shí)極易對(duì)復(fù)合管的坡口直接造成碰傷。為保證雙金屬?gòu)?fù)合管在“鋼套鋼”保溫管穿管施工中坡口的質(zhì)量,需研制專用的坡口保護(hù)裝置。
本研究根據(jù)復(fù)合管U型坡口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在坡口保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)中采用管端抱持結(jié)構(gòu)。
雙金屬?gòu)?fù)合管管端封堵裝置的結(jié)構(gòu)見圖3。
圖3 雙金屬?gòu)?fù)合管管端封堵裝置結(jié)構(gòu)
主要包括圓筒形的保護(hù)罩和內(nèi)部配套的傘骨結(jié)構(gòu)撐張系統(tǒng)。保護(hù)罩的罩底中部穿滑桿,保護(hù)罩外端的滑桿端部為把手。把手與保護(hù)罩之間的滑桿上套設(shè)有壓簧,可為內(nèi)部撐張系統(tǒng)提供張力?;瑮U位于保護(hù)罩內(nèi)的端部設(shè)置十字形的鉸鏈支座,鉸鏈支座的各分支均通過鉸鏈連接撐張桿。各撐張桿的桿部均通過鉸鏈連接支撐桿,各支撐桿的另一端均通過鉸鏈連接固定鉸支座,各固定鉸支座分別與鉸鏈支座的分支相對(duì)應(yīng),由此整個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)成可撐張的傘骨結(jié)構(gòu)。
為保障保護(hù)罩對(duì)管端的封堵效果和快捷安裝,將保護(hù)罩的內(nèi)徑設(shè)計(jì)為復(fù)合管外徑加4 mm,保護(hù)罩圓筒長(zhǎng)度為140 mm。管端封堵保護(hù)裝置各結(jié)構(gòu)組件鋼級(jí)均為不低于Q345碳鋼。保護(hù)罩的罩底內(nèi)側(cè)固定設(shè)置環(huán)形橡膠墊圈,用以防止保護(hù)罩對(duì)管端U型坡口產(chǎn)生損傷。撐張桿的末端固定設(shè)置有橡膠墊片,保證封堵裝置對(duì)復(fù)合管的內(nèi)襯不造成污染。
如圖3(a) 所示,將管端封堵裝置對(duì)著雙金屬?gòu)?fù)合管管端,推動(dòng)把手?jǐn)D壓把手與保護(hù)罩罩底之間的壓簧,使滑桿向雙金屬?gòu)?fù)合管移動(dòng),通過鉸鏈支座帶動(dòng)鉸鏈支座4個(gè)分支上的撐張桿端部前移,各支撐桿一端與撐張桿、另一端與與保護(hù)罩罩底內(nèi)側(cè)的各固定鉸支座鉸接,從而帶動(dòng)各撐張桿一起收攏,這時(shí)將保護(hù)罩套裝于雙金屬?gòu)?fù)合管管端。當(dāng)保護(hù)罩罩底上的橡膠墊圈頂壓在雙金屬?gòu)?fù)合管坡口時(shí),松開把手,壓簧的張力將推動(dòng)滑桿向保護(hù)罩外移動(dòng),通過滑桿驅(qū)動(dòng)支撐桿和撐張桿組成的傘骨結(jié)構(gòu)向外張開,撐張桿一端的橡膠墊將支撐于雙金屬?gòu)?fù)合管的內(nèi)壁,通過橡膠墊與雙金屬?gòu)?fù)合管內(nèi)壁之間的摩擦力,使本裝置牢固套裝在雙金屬?gòu)?fù)合管管端,在鋼管進(jìn)行在線拋丸除銹時(shí)實(shí)現(xiàn)管端的有效封堵。
近年來,我國(guó)南海深水油氣田開發(fā)力度持續(xù)加大,雙金屬?gòu)?fù)合管在南海大型深水油氣田管道建設(shè)項(xiàng)目中的用量逐漸增多。為保障深水油氣管道整體涂敷質(zhì)量和海上焊接效率,復(fù)合管管端封堵裝置在東方13-2高欄支線項(xiàng)目(準(zhǔn)457 mm×15.9 mm+3 mm)、流花29-2項(xiàng)目(準(zhǔn)219.1 mm×14.3 mm+3 mm)大型涂敷項(xiàng)目防腐施工中進(jìn)行了工程應(yīng)用,應(yīng)用結(jié)果表明:該封堵裝置能夠?qū)ψ鳂I(yè)線上的鋼管管端進(jìn)行全面封堵保護(hù),有效地防止了拋丸除銹過程中鋼砂、丸磨料進(jìn)入雙金屬?gòu)?fù)合管內(nèi)部,保證復(fù)合管內(nèi)襯層不受污染,而且整體結(jié)構(gòu)輕便,安裝拆卸方便。雙金屬?gòu)?fù)合管管端封堵裝置實(shí)物如圖4所示。
圖4 管端封堵裝置現(xiàn)場(chǎng)照片
雙金屬?gòu)?fù)合管坡口保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)如圖5所示,主要由呈C型結(jié)構(gòu)的上鎖緊半環(huán)和下鎖緊半環(huán)構(gòu)成,兩個(gè)半環(huán)的內(nèi)徑略大于雙金屬?gòu)?fù)合管的外徑,材質(zhì)均為強(qiáng)度高于X65的鋼材。上、下鎖緊半環(huán)的一端通過旋轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接,另一端相對(duì)應(yīng)地設(shè)置有閉合壓板,閉合壓板之間通過螺栓連接。上、下鎖緊半環(huán)的內(nèi)部設(shè)置對(duì)稱的坡口保護(hù)凸臺(tái),其臺(tái)面凸出高度一般為雙金屬?gòu)?fù)合管外層碳鋼管厚度的2/3,確保管端內(nèi)層不銹鋼復(fù)合層懸置于穿管主體裝置內(nèi)腔中。為便于現(xiàn)場(chǎng)安裝,上、下鎖緊半環(huán)還分別設(shè)置對(duì)稱的把手。
圖5 雙金屬?gòu)?fù)合管坡口保護(hù)裝置
當(dāng)此管端坡口保護(hù)裝置安裝到雙金屬?gòu)?fù)合管管端時(shí),上、下鎖緊半環(huán)通過閉合壓板和鎖緊螺栓能夠?qū)㈦p金屬?gòu)?fù)合管管端牢固的夾持和包裹,并且坡口保護(hù)凸臺(tái)直接作用于雙金屬?gòu)?fù)合管的基管(外層碳鋼管) 管端坡口,雙金屬?gòu)?fù)合管內(nèi)襯層管端被放置于上、下鎖緊半環(huán)內(nèi)部。此裝置安裝在復(fù)合管管端后,可利用叉車等動(dòng)力機(jī)具直接頂推進(jìn)行“鋼套鋼”保溫管穿管作業(yè),能夠避免復(fù)合管管端坡口損傷,保證管端坡口質(zhì)量。
雙金屬?gòu)?fù)合管管端坡口保護(hù)裝置已在文昌19-1N&8-3E產(chǎn)能釋放項(xiàng)目(保溫內(nèi)管D168 mm×14.3mm+3 mm)、潿洲6-1/6-8/12-1B海底管道更換項(xiàng)目(保溫內(nèi)管D168 mm×14.3 mm+3 mm)的雙金屬?gòu)?fù)合管“鋼套鋼”保溫管施工中進(jìn)行了工程應(yīng)用,工程應(yīng)用結(jié)果表明:此坡口保護(hù)裝置能夠有效保護(hù)雙金屬?gòu)?fù)合管內(nèi)襯層的坡口端面,確保復(fù)合管坡口在保溫穿管時(shí)不受穿管頂推機(jī)械損傷,保證雙金屬?gòu)?fù)合管“鋼套鋼”保溫管坡口質(zhì)量。雙金屬?gòu)?fù)合管坡口保護(hù)裝置實(shí)物見圖6,現(xiàn)場(chǎng)穿管工程應(yīng)用情況見圖7。
圖6 坡口保護(hù)裝置
圖7 現(xiàn)場(chǎng)穿管工程應(yīng)用
根據(jù)雙金屬?gòu)?fù)合管防腐和保溫施工要求,結(jié)合雙金屬?gòu)?fù)合管管端坡口結(jié)構(gòu)特點(diǎn),研發(fā)了復(fù)合管管端封堵裝置和管端坡口保護(hù)裝置,能夠在拋丸除銹和“鋼套鋼”保溫管穿管施工中對(duì)復(fù)合管管端進(jìn)行有效封堵以及坡口保護(hù),避免除銹作業(yè)對(duì)雙金屬?gòu)?fù)合管的內(nèi)襯污染和坡口損傷,顯著提高了雙金屬?gòu)?fù)合管的防腐和保溫施工質(zhì)量及效率。該系列裝置的成功研發(fā)和工程應(yīng)用對(duì)國(guó)內(nèi)雙金屬?gòu)?fù)合管涂敷技術(shù)水平的提升具有重要意義。