新技術(shù)應(yīng)用第四節(jié)

第四節(jié)油氣輸送管道的維修技術(shù)一、封堵技術(shù)在油氣管道不停輸維修中的應(yīng)用管道封堵技術(shù)，是指在完全密閉的不停輸狀態(tài)下，利用物理機械手段，將需要維修的管段從管道中隔離，以便進行維護、修理、更換等改造的技術(shù)。1封堵器旁通管線封堵三通旁通三通需改造管段專用閥門2封堵三通是安裝封堵設(shè)備的等徑三通，旁通三通是連接旁通管線的異徑三通。由于這些旁通將最終保留在管道上，所以，要求它們具有足夠的安全性，其設(shè)計壽命應(yīng)等于或大于管道的使用壽命。封堵三通是在管線不停輸?shù)臓顟B(tài)下焊接的，焊接難度大，技術(shù)要求高。對焊條性能、焊接電流、焊接速度、預(yù)熱溫度等要嚴格控制，對管線的工作壓力、溫度、流速以及管道的壁厚等參數(shù)也要事先掌握。要防止焊接時燒穿管壁，引起管壁變形、褶皺等。通常是先焊縱向直焊縫，再焊環(huán)向角焊縫，兩道環(huán)向角焊縫不能同時焊接。3封堵三通焊好后，在三通上安裝夾板閥，并調(diào)整夾板閥與三通的同軸度在規(guī)定的范圍內(nèi)。夾板閥是一種特制的閥門，其面到面的尺寸比傳統(tǒng)閥門要減小大約75％。夾板閥裝好后，再安裝開孔刀具。開孔刀具由中心鉆，圓形刀齒組成。在中心鉆上裝有U形卡環(huán)，防止圓形刀齒切割下的馬鞍型鋼板掉入管道內(nèi)。在開孔前，應(yīng)對焊接到管線上的三通和組裝到管線上的閥門、開孔機等部件進行整體試壓。4試壓合格后可進行開孔作業(yè)。開孔順序為先開旁通孔，再開封堵孔。在開孔期間，可同時進行旁通管線的預(yù)制、試壓工作，旁通孔開好后就可連接旁通管線。旁通管線連通后，可進行封堵作業(yè)。在封堵過程中，液體輸送管道介質(zhì)的流速應(yīng)不大于2.5m/s，氣體輸送管道介質(zhì)的流速應(yīng)不大于5m/s。封堵順序是，先下下游封堵頭，后下上游封堵頭。封堵結(jié)束后，通過排油檢查封堵效果。5封堵合格后，對需要維修、更換的管段進行機械斷管，排油（排氣）后進行改造作業(yè)。改造作業(yè)完成后，調(diào)整封堵頭兩側(cè)壓力，使其達到平衡后，提取封堵頭，主管線投入運行，然后拆除旁通管線。6二、管道維修補強技術(shù)管道的維修補強技術(shù)是保證管道完整性和延長管道使用壽命的重要手段。目前，常用的管道維修補強方法主要有焊接、夾具和纖維復(fù)合材料等三種類型。1、焊接類維修補強方法焊接類維修補強方法是在含缺陷的管道上面焊接上補強金屬，從而恢復(fù)管道的服役強度。根據(jù)焊接的形式不同，又可分為堆焊、打補丁和打套筒三種方式。7（1）堆焊堆焊是直接在管道表面的缺陷處施焊的補強方法。這種方法只適用于缺陷深度較小，金屬損失量不大的單點缺陷的補強。使用這種方法時，應(yīng)先考察缺陷的類型，對于較深、較大或裂紋型缺陷等都不能使用堆焊，同時，要嚴格按照《焊接規(guī)程》，篩選與管道母材相匹配的焊條，試驗確定焊機的電壓和電流。8（2）打補丁顧名思義，打補丁是在管道表面的缺陷處焊接補片的補強方法。這種方法適用于小面積多點缺陷的補強。為了減小焊接引起的應(yīng)力集中，補片應(yīng)做成圓角形，并應(yīng)采用填角焊，并要嚴格按照《焊接規(guī)程》，篩選與管道母材相匹配的補片材料和焊條，試驗確定焊機的電壓和電流。9（3）打套筒打套筒是將兩個半圓形管包在管道表面的缺陷處進行焊接補強的方法。這種方法適用于大面積缺陷的維修補強。該方法主要用于腐蝕區(qū)域的補強，一般不得用于泄漏點、鑿痕、凹痕或其他缺陷的修補。半圓補強管的邊緣同所補管子間應(yīng)有緊密的配合，并且不得橫跨管道的環(huán)焊縫。打套筒的焊縫應(yīng)用無損檢測的方法進行探傷。10以上三種補焊方法，都應(yīng)特別要注意焊接時的外部條件，特別是空氣濕度和環(huán)境溫度，避免空氣濕度大引起的氫脆破壞和環(huán)境溫度低引起的冷脆破壞。對運行輸油管道實施堆焊時，必須將輸送壓力降到設(shè)計壓力的1/3以下;對天然氣輸送管道實施焊接時，必須在停輸泄壓后進行。112、夾具類維修補強方法夾具類維修補強方法是將一定結(jié)構(gòu)的機械夾具固定于管道的缺陷段，使其恢復(fù)服役強度。這種方法的優(yōu)點是不用在服役管道上施焊，避免了焊接可能造成的焊穿、氫脆和冷脆等風(fēng)險。這種方法的適用范圍是管道存在凹坑等機械損傷，而沒有裂紋產(chǎn)生的情況;管道單點腐蝕嚴重，一般超過管道壁厚的2/3的情況;管道的臨時搶修等情況。12這種方法是在打套筒的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其主要特點是在套筒與管道中間留有一定的間隙，間隙內(nèi)填充環(huán)氧樹脂，利用環(huán)氧樹脂將力傳遞到套筒上。根據(jù)構(gòu)成套筒的方法不同，可分為螺栓夾具和無螺栓兩半焊接夾具兩種。3、纖維復(fù)合材料類維修補強技術(shù)纖維復(fù)合材料類維修補強技術(shù)是利用纖維材料在纖維方向的高強度特性，利用粘結(jié)樹脂在服役管道外邊包覆一個復(fù)合材料修復(fù)管道層，從而恢復(fù)服役管道的服役強度。13目前，應(yīng)用于油氣輸送管道補強的纖維復(fù)合材料主要有玻璃纖維復(fù)合材料和碳纖維復(fù)合材料。其中，碳纖維復(fù)合材料具有更多的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在：①碳纖維復(fù)合材料與鋼管具有非常優(yōu)良的變形協(xié)調(diào)性。碳纖維的彈性模量為213Gpa，鋼的彈性模量為207Gpa，兩者十分接近。②碳纖維的變形量較大，一般大于1.4％。該值遠大于管道自身的變形14③濕法纏繞碳纖維的柔韌性好，對于具有較高焊縫余高和錯邊嚴重的螺旋焊縫、環(huán)焊縫等具有很好的施工操作性。④碳纖維抗老化性能強，補強后的強度基本不隨時間變化。⑤碳纖維復(fù)合材料可以軸向和環(huán)向交錯組合敷設(shè)。這樣，便于使補強層形成一個整體，既可以有效承受環(huán)向應(yīng)力，又可以有效承受軸向應(yīng)力。這種方法，特別適用于沿軸向大面積腐蝕的長缺陷補強。以上介紹的幾種維修補強方法，各有其特點、施工工藝、使用范圍和補強效果，使用時應(yīng)根據(jù)具體情況選用。15三、海底管道的維修技術(shù)海底管道的維修可分為水上維修和水下維修兩大類。水下維修又可分為干式維修和濕式維修兩種。1、海底管道的水上維修海底管道的水上維修的步驟是：把水下管道切斷或切除破損段;-將管道的兩個管端吊出水面;-安裝焊接修復(fù)短節(jié);-檢驗并涂防腐層;-把管道放回海底。16水上維修方式不需要特種維修設(shè)備，施工速度較快，易于保證維修質(zhì)量;但需進行吊裝計算，需要專門的施工作業(yè)鋪管船。這種方法一般只適用于較淺海域的管道維修。2、海底管道的水下干式維修水下干式維修是在水下需要維修的管段處安裝水下安裝焊接工作艙。工作艙內(nèi)配有動力電源、照明、通訊、高壓水噴射、起重、氣源、焊接施工設(shè)備和生命支持系統(tǒng)等設(shè)施，并注入與海域水深相同壓力的高壓氣體。形成干式工作環(huán)境后，即可進行管道的修復(fù)作業(yè)。17這種方法的維修效果好，可保證管道原有的整體性能不改變;但系統(tǒng)比較復(fù)雜，維修費用較高，并需配備水下切割工具、大型起重工作船等特種設(shè)備和具有干式高壓焊接資質(zhì)的潛水員。這種方法多用于不能在水面焊接，又要求原有整體性能不改變的海底管道的維修。