海底管道的損傷與修復

海底管道的損傷與修復

懸浮液、機械損傷和國內外腐蝕是主要原因，導致海洋管道破壞。早在50年代美國就已開展了水下管道修理機具的研究和應用。50年代后,隨著海底管道的大量鋪設,為滿足海底管道維修的需要,一些發(fā)達國家投入了大量的人力、物力從事海底管道維修技術和設備的研究。到了70年代,海上油氣田的開發(fā)轉向了深水海域,國外石油公司也相繼開發(fā)了深水海底管道的修復技術和設備。本文僅簡要介紹幾種海底管道的修復技術。1管道的合并狀態(tài)恢復管道的埋設狀態(tài)進而減少或消除管道懸空的方法有如下幾種:1.1支持管道通常,當管道底部懸空不大(一般不大于1m)時可采用砂袋、灰漿袋、升高枕或機械裝置支撐管道。這種方法主要適用于沒有旋渦沖刷的場合。1.1.1砂袋堆與砂袋堆之間的距離采用砂袋支撐法是在懸空管段底部堆置砂袋,砂袋堆與砂袋堆之間的距離取決于管徑,管徑大則距離長,管徑小則距離短。如果管段懸空太高,例如超過1m,則砂袋堆容易倒塌,因而不宜用砂袋支撐高懸空的管段。1.1.2灰漿注漿器rov灰漿氣囊是一種克服管道懸空的更有效、更可靠的方法,它由一系列相互連接的氣囊組成,當氣囊中填充灰漿后就形成氣囊型支墊。氣囊型支墊呈“V”形,可以保證與管道接觸良好。先由潛水員將未注灰漿的空氣囊鋪放在管道懸空段底下,然后用注漿設備將灰漿注入氣囊中,從而托起管道。最近,英國開發(fā)了一種用于灰漿氣囊施工的先進設備,并在北海成功地進行了試驗。它的工作原理是,將灰漿氣囊固定在一個機架上,并通過機架折疊、安放、填充灰漿。這些操作都通過遙控潛水器(ROV)在水面上連續(xù)操作。實驗證明,這種系統(tǒng)非常靈活,能用在懸空10cm的管段。1.1.3橡膠入神固定器升高枕是一種大的充水橡膠枕,即將高壓水注入“V”形橡膠枕,通過橡膠枕的膨脹將管道托起,它能將40t的重物升高1.5m,具有很好的穩(wěn)定性。這種橡膠枕安裝方便,可以重復使用,主要用于臨時支撐被掏空的管道。1.1.4鋼結構支架安裝如果沒有必要消除管道的懸空,則可采用鋼結構支架(參見圖1)支撐管道。該方法是在管道底部按一定間距(主要取決于管徑與壁厚)放置鋼結構支架,這些支架可將管道托住,并將管道夾緊,鋼結構支架的升降和夾緊操作由液壓系統(tǒng)來完成。鋼結構支架和管道之間設置管托,以防損壞管道的防腐層。若要抵抗側向力,防止管道側移,還可在管道上或支架上放置重塊。該方法適用于管道懸空400～600mm的情況,并要求海床應有一定的承載力。1.2充填固結劑沉壓法這種方法是從輔助船向管道懸空段處傾倒礫石和石子等松散材料,這些松散材料的堆積可以覆蓋住管道的懸空段。對于管道底部懸空不是很高(例如0.5～1.5m)的情況,采用這種方法可以回填整個懸空段,并可抑制現(xiàn)有懸空段的側向擺動。使用這種方法的前提是海床的承載力能夠支撐傾倒的松散材料。用礫石填充沖刷孔是防止旋渦沖刷、阻止懸空繼續(xù)惡化的有效方法。因此,這種方法主要適用于有旋渦沖刷的場合。1.3通過壓塊方式充壓海床如果懸空段比較長,但懸空量小,僅有幾十厘米,則可用在管道上加壓載塊的方法把管道壓在海床上。壓載塊可以是混凝土塊,也可以是其它材料,其形狀可以是鞍形,也可以是板形。1.4穩(wěn)定管道的布置對于懸空段較長(為幾十米)、懸空量較大(超過1m),且沖刷源不易消除(如有旋渦)的情況,宜采用打樁穩(wěn)定管道的方法。樁可以是Π形樁(把管道夾在兩個樁柱內),也可以是Г形樁(Г形樁應布置于管道兩側,以防止管道側向位移)。樁徑和樁距由設計部門根據(jù)管徑和懸空長度設計。1.5上提深度小的地方海床大范圍的緩慢移動可以造成管道在長達上百米(或更長)的距離上埋設深度減小,甚至有的地方出現(xiàn)懸空。對于這種情況,可以選擇重新挖溝埋管,使管道重新獲得穩(wěn)定。2吊到維修船的維修如果管道外防腐層遭到破壞,為保證修復質量,最好是把管道吊到修理船上修復,修復的標準應與原防腐層相同。當必須在水下修復時,應當采用可在水中施工的涂料,并應在徹底清理管道表面后由潛水員施工。是否能在修理船上修復,主要取決于水深和管徑及壁厚。一般說來,吊到修理船上修復僅限于淺水區(qū)域(一般不超過20m)和小口徑(一般不大于500mm)管道。當然,在起吊管道時,為保證管道不被折斷,還應在被吊管段上綁扎浮桶。其吊點、浮桶數(shù)量及浮桶間距可根據(jù)水深、管徑及壁厚經(jīng)計算求出。只有當混凝土加重層具有加重和保護的雙重作用或者破壞面積比較大時才進行維修。維修的方法主要有三種,即加壓載塊(一般掏空深度不大于0.5m)、重新挖溝埋管(在本文1.5所述的情況下)及修復混凝土加重層。最好是把管道吊到修理船上按原設計標準修復。如果必須在水下修復,則應使用水下不分散混凝土。3有缺陷或被破壞的部位管道的破壞大體上可以分成三類:第一類是局部小破壞,如小孔或小裂紋泄漏。這類泄漏通常是由局部腐蝕或焊接缺陷造成的。第二類是局部破壞,需要在鋼管外面加鋼保護套或用短管替換被破壞的部分。這類破壞最常見,例如船錨鉤掛。第三類是在相當長的管段上出現(xiàn)大范圍破壞,造成管道軸向強度大大降低。這種情況需要用長管段替換被破壞的部分。根據(jù)缺陷或破壞類型,可采用“鋼維修套修復技術”、“法蘭連接器修復技術”或“水下焊接修復技術”。一般是在水下修復,但最好是將管道提升到工作船上修復,需要考慮的問題與本文2相同。3.1管道缺陷修補鋼維修套都是做成兩半,使用時,用焊接法或螺栓連接法固定到管道上。因此,鋼維修套可分為焊接式(如圖2)和螺栓連接式(如圖3、4、5),而螺栓連接式還包括一種鉸鏈式(如圖3)。鋼維修套可以用于修復局部較大的泄漏、腐蝕、裂紋、軸向或周向凹痕和環(huán)焊縫處的缺陷。即:可修復深度為管壁厚度的90%、平均為80%的任何長度的裂紋;可修復深度達管徑的9%的凹痕,同時伴有深度達管壁厚度的12%的裂紋;可修復長度為環(huán)焊縫周長的60%的裂紋。適用于修復管道的第一類和第二類破壞。焊接式鋼維修套的優(yōu)點是與管道的連接可靠,可以修補20m長的管段和大半徑彎頭。缺點是工藝復雜,水下焊接質量不易保證。因此,使用這種方法時最好把待修管道吊到維修船上。螺栓連接式鋼維修套使用更方便,對于大口徑管道和小口徑管道都適用,但修補的長度較小,一般只限于幾米。對于圖3所示的鉸鏈式鋼維修套,更適用于小口徑管道。這種鋼維修套可以采用遙控潛水器(ROV)安裝。3.2旋轉法蘭、球型法蘭這種方法是將有缺陷或遭破壞的管段切掉,在切掉的兩個管端各安裝一個內表面帶凹槽的法蘭連接器,壓接工具從管端插入,壓接工具上的滾輪的旋轉可使管壁成塑性狀態(tài),并可使管壁嵌入法蘭連接器的凹槽內,形成整體的金屬對金屬的密封。主要適用于修復管道的第三類破壞。替換管段兩端的法蘭可事先焊好。為安裝方便,可以把替換管段做成兩節(jié)或多節(jié),中間用旋轉法蘭或球型法蘭連接,參見圖6。用法蘭連接器修復管道的優(yōu)點是,采用旋轉法蘭或球型法蘭,降低了對法蘭連接器端面與原管軸線垂直度的要求,費用也較低。缺點是,切割和安裝管道所花費的時間比較長,需要的設備也比較多。3.3換管段焊接技術這種方法是將一個水下作業(yè)艙放到需更換的管段上,用壓縮空氣將作業(yè)艙中的水擠出,使修復工作在“無水”的狀態(tài)下進行。操作程序為:切下被破壞的管段并處理管端,用對口器完成管端與替換管段的對口,完成管端與替換管段的焊接。如果被破壞的部分太長,應先將替換管段的一端焊好,再將工作艙移到另一端。這種方法主要適用于修復管道的第三類破壞。目前已開發(fā)了一系列適于深水域的焊接技術。NorskHydro等公司研制成功了自動焊接系統(tǒng)。國外還開發(fā)出先進的無潛水員的深水和超深水修復