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(duì)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(dú)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(duì)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(dú)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(yàn)的同時(shí)，研制出適合川渝地區(qū)保溫管焊口聚氨酯泡沫補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)了川渝地區(qū)管道保溫、焊口聚氨酯泡沫補(bǔ)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(bǔ)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(jiǎn)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(jì)厚度不小于2.0mm；管徑為Ø273～Ø406.4mm的，設(shè)計(jì)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(jì)算法由設(shè)計(jì)確定。LG試采工程保溫層設(shè)計(jì)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(jì)確定。LG試采工程管徑為Ø168.3～Ø273mm，設(shè)計(jì)厚度不小于2.0mm；管徑Ø323.9mm，設(shè)計(jì)厚度不小于6.3mm；管徑Ø406.4mm，設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(yàn)合格的鋼管倒運(yùn)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(gè)獨(dú)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(duì)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(zhǎng)為6～12.5m的保溫管。
    對(duì)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(zhǎng)度/mm
焊口模具內(nèi)徑/mm
模具長(zhǎng)度/mm
理論內(nèi)徑(d1)
實(shí)際內(nèi)徑
理論內(nèi)徑(d1)
實(shí)際內(nèi)徑
406.4
≥2.2
≥30
470.8
473.0
見計(jì)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(jì)算公式
283.1
285
3
168.3
≥2.0
≥30
232.3
234
見計(jì)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(zhǎng)度計(jì)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(zhǎng)度，mm；L鋼管為鋼管長(zhǎng)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(jì)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(duì)焊接好后再對(duì)成型焊口進(jìn)行防腐保溫，該工藝難點(diǎn)是生產(chǎn)聚氨酯泡沫保溫模塊時(shí)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(shí)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(jì)算出焊口保溫長(zhǎng)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(bǔ)口帶)+保溫層(聚氨酯泡沫保溫模塊)+防護(hù)層(補(bǔ)口套)。
3.2.3焊口防腐保溫工藝流程
    防腐保溫層的補(bǔ)口程序?yàn)椋悍栏瘜友a(bǔ)口→保溫層補(bǔ)口→防護(hù)層補(bǔ)口。
    流程概述：焊口采用噴砂除銹，經(jīng)檢驗(yàn)質(zhì)量應(yīng)達(dá)到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》規(guī)定的Sa2級(jí)或St3級(jí)。采用補(bǔ)口帶對(duì)焊口進(jìn)行防腐，確定焊口處需要保溫部分的長(zhǎng)度以準(zhǔn)確下料保溫模塊，在特制的容器中對(duì)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(bǔ)口套對(duì)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(shí)間，并控制好固化時(shí)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(zhǎng)度L確定為3m。模具翻蓋可以通過手動(dòng)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(jì)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(yùn)至管道安裝現(xiàn)場(chǎng)，然后根據(jù)彎頭度數(shù)的大小下料，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行完彎頭除銹防腐，然后將其粘接。
    該工藝難點(diǎn)是生產(chǎn)聚氨酯泡沫保溫模塊時(shí)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(bǔ)口程序?yàn)椋悍栏瘜友a(bǔ)口→保溫層補(bǔ)口→防護(hù)層補(bǔ)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(duì)彎頭進(jìn)行防腐，根據(jù)彎頭需要保溫部分的長(zhǎng)度對(duì)保溫模塊進(jìn)行下料后，在特制的容器中對(duì)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(duì)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(shí)間，并控制好固化時(shí)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(jì)算
    模具曲率半徑計(jì)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(shí)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(duì)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(jì)算公式同焊口保溫模具的內(nèi)徑計(jì)算公式，因彎頭管徑的不同，其計(jì)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(yàn)取得的經(jīng)驗(yàn)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(shí)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(zhǎng)一段鋼管，端頭預(yù)留長(zhǎng)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(duì)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(bǔ)傷
    防腐保溫管補(bǔ)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(shí)的修補(bǔ)
    防腐層損傷時(shí)，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(jí)和除銹等級(jí)》規(guī)定的Sa2級(jí)或St3級(jí)，修補(bǔ)好防腐層。
3.5.2保溫層的修補(bǔ)
    保溫層損傷深度大于10mm時(shí)，將損傷處修整平齊，按補(bǔ)口要求修補(bǔ)好保溫層。
3.5.3防護(hù)層的修補(bǔ)
    防護(hù)層有破口、漏點(diǎn)和深度大于0.5mm的劃傷等缺陷時(shí)，按下列要求補(bǔ)傷：
    1) 除去補(bǔ)傷處的泥土、水分、油污等雜物，用木銼將補(bǔ)傷處的防護(hù)層修平、打毛。
 2) 補(bǔ)口帶剪成需要的長(zhǎng)度，并大于破口或劃傷處100mm。
    3) 補(bǔ)傷后，接口周圍應(yīng)有少量膠均勻溢出。
3.6 質(zhì)量檢驗(yàn)
    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(chǔ)存和運(yùn)輸
    防腐保溫管的儲(chǔ)存和運(yùn)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(chǔ)存
    1) 防腐保溫管的堆放場(chǎng)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(chǎng)地不能有積水，防止防腐保溫管受潮。
    2) 堆放場(chǎng)地應(yīng)設(shè)置管托或埂道，LG試采工程堆放場(chǎng)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(shí)，每批同類管子應(yīng)放在一起，嚴(yán)禁不同種類、不同批號(hào)的管子混放，其堆放高度不得大于2m。
    4) 防腐保溫管不得長(zhǎng)期日曬雨淋，堆放處應(yīng)遠(yuǎn)離火源和熱源，露天存放時(shí)間不應(yīng)超過3個(gè)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(yùn)輸
    1) 防腐保溫管在捆扎、吊裝、拉運(yùn)時(shí)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(yàn)的同時(shí)，研制出適合川渝地區(qū)保溫管焊口聚氨酯泡沫補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)了川渝地區(qū)管道保溫、焊口聚氨酯泡沫補(bǔ)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(jì)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.
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(本文作者：莊田輝 川慶鉆探工程公司油建公司)