川渝地區(qū)埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫施工技術(shù)

摘 要

摘要：隨著川渝地區(qū)高含硫氣田的開發(fā)，其管道輸送介質(zhì)的成分也發(fā)生了較大變化，需對埋地鋼質(zhì)管道進(jìn)行防腐保溫處理。但川渝地區(qū)因其獨特的地形地貌，給埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫施工帶來
摘要：隨著川渝地區(qū)高含硫氣田的開發(fā)，其管道輸送介質(zhì)的成分也發(fā)生了較大變化，需對埋地鋼質(zhì)管道進(jìn)行防腐保溫處理。但川渝地區(qū)因其獨特的地形地貌，給埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫施工帶來難度。為此，在借鑒北方各大油田埋地鋼質(zhì)管道直管防腐保溫成功經(jīng)驗的同時，研制出適合川渝地區(qū)保溫管焊口聚氨酯泡沫補口及彎頭聚氨酯泡沫保溫的施工工藝，并在國內(nèi)率先推廣使用。該技術(shù)的成功應(yīng)用，解決了LG氣田地面試采工程焊口保溫補口和彎頭保溫的技術(shù)難題，提高了管道的保溫質(zhì)量，填補了川渝地區(qū)管道保溫、焊口聚氨酯泡沫補口和彎頭聚氨酯泡沫保溫的技術(shù)空白。
關(guān)鍵詞：川渝地區(qū)；埋地鋼質(zhì)管道；防腐保溫；聚氨酯泡沫補口；聚氨酯泡沫保溫；施工工藝
    川慶鉆探工程公司油建公司是川渝地區(qū)一支專門從事埋地石油管道防腐的專業(yè)化生產(chǎn)廠家，其防腐施工技術(shù)成熟。以LG氣田地面試采工程內(nèi)部集輸工程(以下簡稱：LG試采工程)為例，介紹川渝地區(qū)埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫施工技術(shù)的應(yīng)用情況。
1 防腐保溫層結(jié)構(gòu)
    埋地鋼質(zhì)管道泡沫塑料防腐保溫層是由防腐層-保溫層-防護(hù)層組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
    防腐層，指防腐涂料或具有防腐性能的熱熔膠層。LG試采工程防腐層為3層PE，管徑為Ø168.3～Ø219.1mm的，設(shè)計厚度不小于2.0mm；管徑為Ø273～Ø406.4mm的，設(shè)計厚度不小于2.2mm(表1)。
    保溫層，指泡沫塑料層，其厚度應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)厚度計算法由設(shè)計確定。LG試采工程保溫層設(shè)計厚度不小于30mm(表1)。
防護(hù)層，指聚乙烯塑料層。防護(hù)層厚度應(yīng)根據(jù)管徑及施工工藝由設(shè)計確定。LG試采工程管徑為Ø168.3～Ø273mm，設(shè)計厚度不小于2.0mm；管徑Ø323.9mm，設(shè)計厚度不小于6.3mm；管徑Ø406.4mm，設(shè)計厚度不小于7.5mm(見表1)。
表1 管道規(guī)格、材質(zhì)及防腐保溫層技術(shù)要求表   mm
鋼管管徑
材質(zhì)
3層PE總厚度
聚氨酯泡沫塑料厚度
聚乙烯防護(hù)層厚度
防水帽規(guī)格
406.4
L360QCS
≥2.2
≥30
≥7.5
Ø406.4×30
323.9
L245NCS
≥2.2
≥30
≥6.3
Ø323.9×30
273.0
L245NCS
≥2.2
≥30
≥2.0
Ø273.0×30
319.1
L360NCS
≥2.0
≥30
≥2.0
Ø219.1×30
168.3
L245NCS
≥2.0
≥30
≥2.0
Ø168.3×30
2 LG氣田地面試采工程保溫技術(shù)要求
2.1 編制依據(jù)
    《LG氣田試采地面工程埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫層技術(shù)規(guī)格書》LG-SG-YB-SPE-004[1]，以下簡稱技術(shù)規(guī)格書。
2.2 管道系統(tǒng)的基本參數(shù)
    輸送介質(zhì)為濕含硫天然氣，輸送介質(zhì)溫度為5～55℃。管道規(guī)格、材質(zhì)及防腐保溫層技術(shù)要求見表1。
3 保溫工藝概述
3.1 直管保溫工藝
    埋地鋼質(zhì)管道直管保溫工藝包括“一次成型”工藝和“管中管”成型工藝。
3.1.1 “一次成型”工藝
    已防腐經(jīng)檢驗合格的鋼管倒運至一條連續(xù)的生產(chǎn)線上，該生產(chǎn)線完成聚乙烯防腐(防護(hù)層)以及聚氨酯泡沫保溫兩個獨立的成型過程。該工藝適用于生產(chǎn)Ø57～Ø273mm的保溫管。為生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的保溫管，對管徑Ø168.3mm×10mm，Ø219.1mm×10(8.8)mm的管材采用“一次成型”工藝生產(chǎn)。保溫管的聚氨酯泡沫保溫層、PE防護(hù)層性能應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0415-96[2]的要求。
3.1.2 “管中管”成型工藝
3.1.2.1 工藝流程
    “管中管”成型工藝是將PE外護(hù)管通過穿管機(jī)套在鋼管上，在穿管機(jī)機(jī)械力的作用下將帶有支撐塊的鋼管緊密地穿入套管中，在防腐管與PE塑料形成的環(huán)形空間內(nèi)灌注聚氨酯泡沫塑料制成保溫管的成型工藝技術(shù)。該工藝適用于生產(chǎn)管徑為Ø200～Ø800mm，單根管長為6～12.5m的保溫管。
    對管徑為Ø273mm×14.2mm、Ø323.9mm×17.5mm、Ø406.4mm×14.2(12.5)mm的管材，采
用“管中管”成型工藝。防腐保溫管PE防護(hù)層、聚氨酯泡沫保溫層分別滿足標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 114-2000[3]、SY/T 0413-2002[4]和SY/T 0415-96的要求。
3.1.2.2 PE外護(hù)管定制參數(shù)(表2)[5]
表2 PE外護(hù)管定制參數(shù)、焊口模具制作參數(shù)表
鋼管管徑D/mm
3層PE防腐層厚度δ1/mm
聚氨酯泡沫塑料厚度δ2/mm
PE外防護(hù)管內(nèi)徑/mm
PE外護(hù)管長度/mm
焊口模具內(nèi)徑/mm
模具長度/mm
理論內(nèi)徑(d1)
實際內(nèi)徑
理論內(nèi)徑(d1)
實際內(nèi)徑
406.4
≥2.2
≥30
470.8
473.0
見計算公式
470.8
473.0
3
323.9
≥2.2
≥30
388.3
—
暫未生產(chǎn)定制
388.3
—
暫未制作
273.0
≥2.2
≥30
337.4
—
暫未生產(chǎn)定制
337.4
—
暫未制作
219.1
≥2.0
≥30
283.1
285
見計算公式
283.1
285
3
168.3
≥2.0
≥30
232.3
234
見計算公式
232.3
234
3
LG試采工程的管端預(yù)留要求：防腐層端頭預(yù)留610±10mm，保溫層端頭預(yù)留710±10mm。
   PE外護(hù)管長度計算公式為：
    L外護(hù)管=L鋼管-2L端頭
式中：L外護(hù)管為PE外護(hù)管長度，mm；L鋼管為鋼管長度，mm；L端頭為保溫層端頭預(yù)留，mm。
   外護(hù)管內(nèi)徑的理論計算公式為：
    d1=D+2δ1+2δ2
3.2 焊口保溫工藝
    LG試采工程采用的焊口保溫工藝是將焊口組對焊接好后再對成型焊口進(jìn)行防腐保溫，該工藝難點是生產(chǎn)聚氨酯泡沫保溫模塊時采用的焊口保溫模具的制作。
3.2.1防腐保溫管端頭預(yù)留
    防腐保溫管端頭預(yù)留的目的是為了焊接時不致烤壞防腐保溫層。LG試采工程的管端頭預(yù)留要求為：防腐層端頭預(yù)留610±10mm，保溫層端頭預(yù)留7104±10mm。計算出焊口保溫長度為1420±20mm。
3.2.2焊口防腐保溫結(jié)構(gòu)
   焊口防腐保溫結(jié)構(gòu)為：防腐層(補口帶)+保溫層(聚氨酯泡沫保溫模塊)+防護(hù)層(補口套)。
3.2.3焊口防腐保溫工藝流程
    防腐保溫層的補口程序為：防腐層補口→保溫層補口→防護(hù)層補口。
    流程概述：焊口采用噴砂除銹，經(jīng)檢驗質(zhì)量應(yīng)達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》規(guī)定的Sa2級或St3級。采用補口帶對焊口進(jìn)行防腐，確定焊口處需要保溫部分的長度以準(zhǔn)確下料保溫模塊，在特制的容器中對多異氰酸酯和組合聚醚按照比例(1.0～1.1):1.將兩種原料混合攪拌后，倒入保溫模具的空腔內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)，混合料形成聚氨酯泡沫，待其固化，將模具拆卸下，用補口套對保溫層進(jìn)行防護(hù)。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，需掌握好發(fā)泡時間，并控制好固化時間。
3.2.4焊口聚氨酯泡沫保溫塊的模具制作
模具采用δ為5mm的鋼板而成，模具長度L確定為3m。模具翻蓋可以通過手動旋轉(zhuǎn)打開，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖1所示。
 

    LG試采工程模具制作參數(shù)見表2。
    模具內(nèi)徑的理論計算公式為：
    d2=D+2δ1+2δ2
3.3 彎頭保溫工藝
    LG試采工程采用的彎頭保溫工藝是防腐廠按照一定比例將組合聚醚和多異氰酸酯在彎頭模具里發(fā)泡成型制成泡沫保溫塊，再倒運至管道安裝現(xiàn)場，然后根據(jù)彎頭度數(shù)的大小下料，在現(xiàn)場進(jìn)行完彎頭除銹防腐，然后將其粘接。
    該工藝難點是生產(chǎn)聚氨酯泡沫保溫模塊時采用的彎頭保溫模具的制作。
3.3.1彎頭防腐保溫結(jié)構(gòu)
    彎頭防腐保溫結(jié)構(gòu)：熱收縮帶防腐+彎頭保溫模塊層+熱收縮帶防護(hù)。彎頭保溫結(jié)構(gòu)見圖2所示。
 

3.3.2彎頭防腐保溫工藝流程
    彎頭防腐保溫層的補口程序為：防腐層補口→保溫層補口→防護(hù)層補口。
    流程敘述：彎頭除銹采用噴砂除銹，防腐采用熱收縮套防腐，除銹和防腐質(zhì)量應(yīng)滿足SY/T 0415—96標(biāo)準(zhǔn)的要求。采用熱收縮套對彎頭進(jìn)行防腐，根據(jù)彎頭需要保溫部分的長度對保溫模塊進(jìn)行下料后，在特制的容器中對多異氰酸酯和組合聚醚按照比例(1.0～1.1):1.0將兩種原料混合攪拌后，倒入保溫模具中模塊的空腔內(nèi)進(jìn)行發(fā)泡，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)，混合料形成聚氨酯泡沫，待其固化，將模具拆卸下，用熱收縮套對保溫層進(jìn)行防護(hù)。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，需掌握好發(fā)泡時間，并控制好固化時間。
3.3.3彎頭聚氨酯泡沫保溫塊的模具制作
3.3.3.1 彎頭模具的制作
彎頭模具采用占為5mm的鋼板卷制而成，制成蝦米腰狀，見圖3。
 
3.3.3.2 彎頭模具曲率半徑的計算
    模具曲率半徑計算公式：
    R=n×DN
式中：R為彎頭保溫模具曲率半徑，mm；n為倍數(shù)；DN為鋼管公稱直徑，mm。
一般熱煨彎頭的曲率半徑為5DN，有時也為10DN，LG試采工程彎頭保溫部分工程熱煨彎彎頭的曲率半徑為5DN，彎頭保溫模具曲率半徑R保溫因此確定為5DN。彎頭直徑對應(yīng)曲率半徑如圖4所示。
 
3.3.3.3 彎頭模具規(guī)格的確定
彎頭保溫模具的內(nèi)徑計算公式同焊口保溫模具的內(nèi)徑計算公式，因彎頭管徑的不同，其計算的曲率半徑值不一樣，采用的模具弧度也不一樣。表3所示參數(shù)是經(jīng)過多次試驗取得的經(jīng)驗值。
表3 彎頭模具規(guī)格表
鋼管管徑D/mm
3層PE防腐層厚度(δ1)/mm
聚氨酯泡沫塑料厚度(δ2)/mm
模具內(nèi)徑/mm
模具弧度/(°)
理論內(nèi)徑(d1)
實際內(nèi)徑
406.4
≥2.2
≥30
470.8
473.0
30
323.9
≥2.2
≥30
388.3
—
暫未制作
273.0
≥2.2
≥30
337.4
—
暫未制作
219.1
≥2.0
≥30
283.1
285
30
168.3
≥2.0
≥30
232.3
234
30
3.4 防腐保溫管端頭處理
    因需要進(jìn)行焊后熱處理，管端應(yīng)預(yù)留較長一段鋼管，端頭預(yù)留長度要求為：防腐層端頭預(yù)留610±10mm，保溫層端頭預(yù)留710±10mm。
    堆放防腐保溫管前應(yīng)在防腐保溫管端頭安裝防水帽，防水帽規(guī)格應(yīng)與管徑相配套。防水帽規(guī)格見表1。防水帽及與防水帽搭接的粘接部分必須清潔干燥。與防水帽搭接的防護(hù)層應(yīng)打磨至表面粗糙，然后用火焰加熱器對防水帽加熱，按防水帽產(chǎn)品說明書的要求控制加熱溫度。
3.5 補傷
    防腐保溫管補傷處的防腐保溫質(zhì)量及性能指標(biāo)應(yīng)不低于原防腐保溫管的防腐保溫質(zhì)量及性能指標(biāo)。
3.5.1防腐層損傷時的修補
    防腐層損傷時，先將損傷處的鐵銹、泥土、油污、水分等清理干凈，然后除銹，除銹質(zhì)量達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》規(guī)定的Sa2級或St3級，修補好防腐層。
3.5.2保溫層的修補
    保溫層損傷深度大于10mm時，將損傷處修整平齊，按補口要求修補好保溫層。
3.5.3防護(hù)層的修補
    防護(hù)層有破口、漏點和深度大于0.5mm的劃傷等缺陷時，按下列要求補傷：
    1) 除去補傷處的泥土、水分、油污等雜物，用木銼將補傷處的防護(hù)層修平、打毛。
 2) 補口帶剪成需要的長度，并大于破口或劃傷處100mm。
    3) 補傷后，接口周圍應(yīng)有少量膠均勻溢出。
3.6 質(zhì)量檢驗
    以LG試采工程為例，防腐保溫層質(zhì)量應(yīng)滿足LG-SG-YB-SPE-004《LG氣田試采地面工程埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫層技術(shù)規(guī)格書》和SY/T 0415—96《埋地鋼質(zhì)管道硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求。
3.7 成品防腐保溫管的儲存和運輸
    防腐保溫管的儲存和運輸應(yīng)符合SY/T 0415—96《埋地鋼質(zhì)管道硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
3.7.1儲存
    1) 防腐保溫管的堆放場地地面應(yīng)平整無雜物，有足夠支撐防腐保溫管的承載力，堆放場地不能有積水，防止防腐保溫管受潮。
    2) 堆放場地應(yīng)設(shè)置管托或埂道，LG試采工程堆放場地設(shè)置埂道，埂道高于地面150mm，以保證防腐保溫層不與地面接觸。
    3) 防腐保溫管堆放時，每批同類管子應(yīng)放在一起，嚴(yán)禁不同種類、不同批號的管子混放，其堆放高度不得大于2m。
    4) 防腐保溫管不得長期日曬雨淋，堆放處應(yīng)遠(yuǎn)離火源和熱源，露天存放時間不應(yīng)超過3個月。
    5) 防腐保溫管在存放期間鋼管兩端應(yīng)加封堵。
3.7.2運輸
    1) 防腐保溫管在捆扎、吊裝、拉運時應(yīng)采用寬度為150～200mm的尼龍帶或膠皮帶，并保護(hù)好防腐保溫層，嚴(yán)禁用鋼絲繩纏繞防腐保溫管。
    2) 防腐保溫管裝載高度同其堆放高度，均不得大于2m。
4 結(jié)論
    隨著川渝地區(qū)高含硫氣田的發(fā)現(xiàn)，川慶鉆探工程公司油建公司在借鑒北方各大油田埋地鋼質(zhì)管道直管防腐保溫成功經(jīng)驗的同時，研制出適合川渝地區(qū)保溫管焊口聚氨酯泡沫補口及彎頭聚氨酯泡沫保溫的施工工藝，并在國內(nèi)率先推廣使用。該技術(shù)的成功應(yīng)用，解決了LG氣田地面試采工程焊口保溫補口和彎頭保溫的技術(shù)難題，提高了管道的保溫質(zhì)量，填補了川渝地區(qū)管道保溫、焊口聚氨酯泡沫補口和彎頭聚氨酯泡沫保溫的技術(shù)空白。
參考文獻(xiàn)
[1] 中國石油集團(tuán)工程設(shè)計有限責(zé)任公司西南分公司.LG-SG-YB-SPE-004 LG氣田試采地面工程埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫層技術(shù)規(guī)格書[R].成都：[出版者不詳]，2008.
[2] 中國石油天然氣總公司.SY/T 0415—96埋地鋼質(zhì)管道硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料防腐保溫層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：石油工業(yè)出版社，1996.
[3] 中華人民共和國建設(shè)部.CJ/T 114—2000高密度聚乙烯外護(hù)管聚氨酯泡沫塑料預(yù)制直埋保溫管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.
[4] 國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.SY/T 0413—2002埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：石油工業(yè)出版社，2002.
[5] 喬軍平.鋼質(zhì)三層PE防腐技術(shù)兼容泡沫夾克保溫管成型生產(chǎn)工藝[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2007(5)：17-19.
 
(本文作者：莊田輝 川慶鉆探工程公司油建公司)