高寒地区防腐保温管道现场补口技术

樊三新，刘玉玲，林春文，王 麒

(1.大庆油田工程建设公司天宇设计院，黑龙江 大庆 163712;2.大庆油田采油七厂，黑龙江 大庆 163517)

高寒地区管道施工技术是长输管道建设的关键技术之一。随着我国西部大开发和振兴东北老工业基地战略的实施，永久冻土地区管道施工技术已被国家相关部门列入重大科技攻关项目。今后一个时期，中国石油将攻关、推广应用和超前研发43 项管道技术，以全面提升管道技术水平。进口俄罗斯原油输送工艺及配套技术、西部油田及进口原油管道输送技术、海洋管道工程技术与永冻土地带工程施工技术等成为管道建设技术提升和开发的重点。

俄罗斯近年加大了对西伯利亚资源的开发力度，随着中俄友好合作关系的加深，西伯利亚石油和天然气管线的走向越来越倾向于中国，再加上中石化与俄国石油公司签订共同开发库页岛油气资源协议和中石油与哈萨克斯坦签订了一系列油气开发合作协议等，这些都预示着未来几年东西伯利亚和远东地区将成为新一轮的能源开发热点地区。

东西伯利亚和远东地区纬度较高，包括国内的黑龙江省大兴安岭地区和青藏高原，无霜期短，并归属于永冻土或季节性冻土地区，为了能在这样特殊的地区能源开发中占有一席之地，有必要提前进行技术准备，研究攻克冻土施工技术难关，以提高核心技术竞争能力，为永冻土地区油气管道工程建设打下坚实的基础。

针对中俄原油输送管线现场补口我们研究实验适合高寒地区补口工艺技术。

1 主要试验研究内容

(1)低温下管道补口防腐保温材料优化设计及粘接技术研究;

(2)试验研究低温下管补口结构;

(3)低温下管线接口表面预处理工艺技术研究。

2 低温下防腐保温管道补口工艺技术研究

管道使用寿命的长短直接受防腐层质量的影响，而防腐层质量与其自身防腐性有直接关系，因此正确选择合适的防腐层是决定管道整体防腐寿命的关键。防腐、保温管道焊接后补口是保证管道整体质量的薄弱环节，也是关键工序，补口质量的好坏，直接影响工程质量，因此，确保补口工艺质量十分重要。为在高寒地区顺利完成补口工艺操作，首先必须选择低温补口材料，其次必须采取局部保温措施，保证补口温度，使用安装工具，降低人为影响因素。第三，必须采取必要的隔热措施，确保加热对保温层无损害。第四，采用工厂预制保温壳，现场粘接，使用与外护管等厚度的聚乙烯套袖，聚乙烯热融合焊粘接，环缝牺牲套补强组合技术。

(1)补口工艺流程

接口中频感应器预热——喷砂除锈——远红外预热——聚乙烯打毛——热缩带补口——聚氨酯壳粘接——外护管局部机械打毛——套袖熔合焊——环缝牺牲套补强——中频加热。

(2)低温管接口表面预处理工艺技术

①接口中频感应器预热:接口处管体局部用中频感应器预热到50～70 ℃;

②喷砂除锈:选择洁净干燥的石英砂，粒径小于3 mm。局部加收尘箱，防止石英砂飞溅污染环境。除锈前保护端面防水帽，同时将聚乙烯打毛;

③热缩带补口:将环氧底漆均匀涂抹在钢管局部外表面，并确保环氧底漆在涂抹前保温放置。缠绕热缩带，保温层端面防水帽用隔热棉隔热，用远红外(中频加热器)实施局部加热，加热温度控制在120～140 ℃;

④聚氨酯壳粘接:用低温粘接剂将聚氨酯壳粘接牢固;

⑤套袖熔合焊:采用与外护管等厚度套袖，通过套袖中预埋的电加热熔合焊接，确保等强度;

⑥环缝牺牲套补强:为确保管道长期在冷热循环环境中使用可靠，采用牺牲套对环缝补强;

⑦中频感应器加热:用热缩带缠绕，中频感应器加热，温度不超过140 ℃。

3 低温补口保温材料优化设计及粘接技术

3.1 技术的难点

(1)寒冷地区的特殊环境

①环境温度:-20 ℃，极端温度:-45 ℃;

②相对湿度:60%～85%;

③风力:最小3 m/s，平均7.8 m/s;

④野外长时间作业困难极大。

(2)钢管与聚乙烯物理特性不同

①钢材热膨胀系数(1.17 ×10-5m/K)与聚乙烯(1.21 ×10-4m/K)相差10 倍;

②直径大、温差大，影响也大。

(3)低温状态管线及防腐层对施工限制

①低温收缩挤压应力，加热膨胀热应力造成开胶;

②低温液化气或丙烷气不完全燃烧产生结碳;

③烘烤热量损失，加热不均匀;

(4)低温状态对补口材料的影响

①环氧底漆在低温状态下处于高粘稠状态，难搅拌、固化慢;

②热缩带低温坚硬、冷脆;

③火焰烘烤不均匀受热，翘边、起褶。

(5)运行可能存在的潜在质量问题

①管线沉降使补口处应力集中开裂;

②加热不均导致局部嵌缝失效。

3.2 解决技术途径

(1)针对寒冷地区的特殊环境，设计3 m ×3 m×3 m 移动式保温房，内置5 kW 电加热器，外配置10 kW 发电机。

(2)补口材料性能必须适应自然条件。

①环氧底漆抗阴极剥离达到SY/T0413-2002要求，并进行实验筛选;

②热缩带低温脆性-30 ℃，背胶厚度1.0～1.2 mm;

③使用高密度聚乙烯制作外护套袖。

(3)试验低温管补口结构(为专有技术)见图1。

图1 低温管补口结构Fig.1 Joint structure of low temperature pipe

3.3 低温外护管环缝补强技术

⑴接口中频感应器预热:接口处管体局部用中频感应器器预热到50～70 ℃;

⑵喷砂除锈:选择洁净干燥的石英砂，粒径小于3 mm。局部加收尘箱，防止石英砂飞溅污染环境。除锈前保护端面防水帽，同时将聚乙烯打毛;

⑶热缩带补口:将环氧底漆均匀涂抹在钢管局部外表面，并确保环氧底漆在涂抹前保温放置。缠绕热缩带，保温层端面防水帽用隔热棉隔热，用远红外(中频加热器)实施局部加热，加热温度控制在120～140 ℃;

⑷聚氨酯壳粘接:用低温粘接剂将聚氨酯壳粘接牢固;

⑸套袖熔合焊:采用与外护管等厚度套袖，通过套袖中预埋的电加热熔合焊接，确保等强度;

⑹环缝牺牲套补强:为确保管道长期在冷热循环环境中使用可靠，采用牺牲套对环缝补强;

⑺中频感应器加热:用热缩带缠绕，中频感应器加热，温度不超过140 ℃。

4 低温下防腐保温管道补口工艺技术应用

2006 年我们承担了《低温下防腐保温管道补口工艺技术研究》课题，通过反复试验研究形成了一套完整的低温下防腐保温管道补口工艺技术，并在漠大线部分标段试验取得良好效果，为进一步完善低温下防腐保温管道补口工艺技术提供了参照，也为高寒地区管道的安全运行提供了保障。