内防腐钢质油气输送管道现场连接安全性对比

熊 伟，陈英杰，周 瑞

（南京巨龙钢管有限公司，江苏南京 210061）

0 引言

当前我国从油气田提取的大多数石油和天然气通常都包含一种或多种腐蚀性介质，例如H2S、CO2、Cl-等，因此对输送环境提出了更严格的技术要求。建议在碳钢管内部添加防腐涂层或使用诸如316L、2205 和镍基825 等不锈钢管，以防止腐蚀引起输送管路故障，并避免发生严重的质量和安全事故，例如泄漏和管道破裂。为降低油气开发和建设成本，通常选择在碳钢管内添加一层防腐涂层，前提是该涂层满足防腐性能。连接碳钢管，形成长途运输管道。选择高效安全的连接方法，同时保持碳钢管内部防腐涂层的完整性和连续性，以防止在管道建成投产后因腐蚀而使管壁变薄、穿孔，一直是管道建设和施工方研究和讨论的主题。

本文重点介绍石油和天然气行业的管道建设，尤其是具有内部防腐涂层的碳钢管道。基于公司长期的生产和建设经验，根据现有的焊接和现场接头连接方法提出改进或创新建议。比较并分析该连接方法的适用性、施工过程、试车后管道工程的安全性以及施工成本。

1 内防腐钢质管道现场连接方法安全管理信息化的意义

石油和天然气管道运输公司与其他行业不同，它们连接产油油田和化工炼油厂，是石化工业生产中的关键环节。石油和天然气管道运输属于高风险行业，必须符合一般行业的一般安全规则，并具有高风险行业的特征。原油运输中的安全事故将导致巨大的直接财产损失以及巨大的间接经济损失和社会影响。如果原油管道发生安全事故，无法运输上游油田或进口原油，严重的甚至会造成原油损失、运输成本增加。下游石化炼油厂无法提炼石油、精炼汽油，柴油或化学产品无法保证市场供应。因此，确保油气管道安全生产至关重要。但是，由于设备陈旧，对人为风险的意识不足，工程建设的不合规操作以及违反操作程序而引起的事故并不少见。随时了解生产动态，实现生产过程的全过程监控和施工现场的无死角监控，过去需要大量人力和物力，信息技术的进步可以解决这些问题，并在实际生产中获得良好的效果。

2 内防腐钢质管道现场连接方法与安全性比较

2.1 常规焊接连接

一般来说，内防腐钢管的施工现场有两个地点，钢管的制作和钢管表面涂层处理属于预制范畴，属于工厂施工阶段，而钢管的具体应用过程和连接等属于现场施工阶段，为了避免钢管在使用过程中出现生锈的现象，钢管一般都需要进行除锈操作，具体方法是先进行除锈，再进行防锈漆的喷涂以及内部的固化，通常在其两端储备约70 mm 的碳钢管，避免防锈涂层熔化。

现有焊接连接实际上涉及现场焊接和现场修补。整个连接过程是：①两根钢管对齐；②焊接并连接，并且两根连接的管完好无损；③为确保管道防腐保护的连续性和完整性，智能机器人或人员将根据管道的尺寸进入管道并重新喷涂140 mm的未涂覆区域。这种连接方法在工厂的预生产中很简单，并且钢管可以被涂覆和交付。现场需要使用喷枪焊接，但焊接后需要内部贴片，和手动修补一样，存在很高的安全风险。智能机器人的操作方法与人工相比，缺点是无法控制涂层的施工质量，同时施工效率低。两种方法的缺点都是施工周期较长，施工成本较高。

2.2 改善性焊接连接

为了降低施工安全隐患、提高产品质量，提出一种基于传统焊接和管接头的改进连接方法，以解决现场焊接后管接头的技术难题。为此，在分析现有焊接技术的基础上，提出改进的焊接技术，为钢管连接提供便利。

2.2.1 不锈钢管环的连接方式

钢管预制时，在钢管两头焊接套环，为了使钢管平稳过渡，使用V 形加工槽，加工过程中完成除锈、喷涂等一系列操作，可以减少操作步骤，避免二次加工。最终加工的碳钢管交付现场后直接焊接两个不锈钢管环，不锈钢管环本身具有优良的耐腐蚀性，连接后不再需要维修管道上的端口。

由于不锈钢和碳钢的材料差异，屈服强度不匹配，当管道进料压力高时很难找到适合该材料的不锈钢管环，并且将不锈钢添加到碳钢管的两端，管道还增加了焊接接头的数量。对于同一油气管道，焊接接头越多后续管道生产和运营的安全风险就越高。

2.2.2 管端扩口和衬套的切换连接方式

使用这种连接方法，必须在工厂的预制阶段分别制造衬套，并且必须将碳钢管的端部扩口。具体步骤如下：首先，根据碳钢管的直径制作合适的衬套。套管由基础材料、防腐层、绝缘层、密封O 形圈、定位卡和管道组成，使用一种特殊的密封胶。然后扩大碳钢管末端直径，并根据插入衬套的长度（通常为80～100 mm）确定碳钢管末端扩大直径的长度。

施工步骤：①检查钢管和套管的清洁度，避免套管和钢管在使用前就出现生锈现象；②使用专用密封剂对钢管和套管连接处进行密封处理；③将套管插入钢管至合理位置进行固定，将两个钢管通过套管连接。

一般来说，焊接区域的防腐是靠套管得以实现，套管使用的材料与钢管内防腐的涂料是相同的，而且在油气输送过程中，与输送介质直接接触的只有套管，由于套管的自身特点，因此套管不需要进行现场安装，但套管所需的操作技术难度较高，需要高技术的操作人员进行套管的安装，其中要求最高的是密封操作，并且衬套生产的初始阶段更加复杂，必须由专业制造商生产。

2.3 创新性焊接连接

采用上述几种连接方法，现场连接后并不需要填充管道，但是每种方法都有一定的局限性。考虑安全性、质量和成本，参考复合钢管表面处理技术进行管端面焊接和现场焊接。这种连接方法不需要转换不锈钢管环或过渡衬套，只需将约1.5 mm 厚的耐腐蚀合金层焊接到钢管内表面，可以获得与内部防腐涂料相同的防腐性能，并且在现场连接后无需维修内部管道。

整个连接过程简单可控，分为两个阶段：工厂预制和现场施工。工厂的预制在现有涂层管生产的基础上增加表面焊接工艺，建议使用氩弧焊机用于表面焊接，焊前/焊后加工设备是数控机床，焊接材料可以是309Mo、镍基625 等。由于表层和基础钢管属于冶金组合，因此可以直接对管端进行加工，加工后的钢管（形成现场焊接所需的V 形槽）输送到现场后，操作人员无需特殊处理即可直接焊接。管道连接的施工效率与普通碳钢管相同，但是由于使用了不锈钢焊丝，因此与传统的碳钢管相比，增加了焊接成本。

2.4 连接方法对比

除了传统的焊接连接之外，其他连接方法不需要现场进行复杂的管道填充工作，但具有许多优点和缺点，例如成本变化、适用范围有限、以及后续管道工作的安全风险等。以上对几种焊接方法进行简单分析和阐述，以便选择适合各种工况的施工计划。

3 建立安全管理信息系统

首先，在构建管理平台之前，要了解什么是安全信息管理平台。安全管理平台是一种计算机网络安全管理平台，使用现代计算机网络技术，将生产站点的所有元素和过程集中在网络信息上，并将其与标准化管理系统相结合。借助该平台，可以为员工提供一系列功能，如安全培训、系统学习规范和规定、操作前通知、错误提示、活动警报等。功能配置可以与企业自身的要求结合使用，以提高生产和安全管理系统的效率。

石油和天然气管道的安全管理是一个复杂问题，分为站点的安全管理和地理位置中外部管道的安全管理。

SCADA 系统即数据采集和监控系统，在油气管道安全管理的应用主要是通过计算机技术实现油气管道的自动控制，以确保设备的正常运行。并通过阈值设置来防止过压、过分集中、泄漏等，完成实时报警。油气的安全运输可确保车站的油气浓度达到标准。

SCADA 系统具有多种控制功能，包括管道中数据的收集以及设备参数等数据的调整和控制。石油和天然气管道的生产和运营具有几个分支和长线的特点，传统的控制系统无法有效控制所有设备，而SCADA 系统可以有效监视所有设备并将监视数据转换为直观的图形显示。通过比较油气浓度、硫化氢浓度等，同时与设定的阈值相比较，实现连锁控制，实现对危险区域的快速判断和快速关闭，触发报警、提供最佳的应对方案，有效改善油气管理和控制运输管道站和场的安全性的能力。

对于油气输送站中的某些应用，通常可以使用双机热备份系统平稳地切换主机和备用机。站场可以配置为操作站（服务器）或触摸屏人机界面，以完成过程监视和安全保护联锁，并通过区域中心和控制中心实现无人值守站点。使用TCP/IP 协议工业网络设备实现与区域中心和通用控制中心的实时数据传输。通信介质主要是光纤、卫星、公共传输网络、微波等。传输通道可以随时处于待机状态，以提高稳定性。

油气运输以外管道的安全管理，包括政治、经济、文化教育和人类行为，以及自然环境、人员分布、社会资源、地理条件、设施组成和管道管理水平等因素。在对管道进行安全管理时，通常必须考虑特征信息，例如管道的位置及其周围环境。该信息包括：待评估管道段的位置信息和系统风险；可能发生事故的空间发展，即爆炸波的范围，有毒气体云扩散区域的分布，膨胀蒸气云的发展和分布等；在周围环境的限制下，可以根据事故风险范围模拟事故现场，并建立一个显示影响范围的模型。

传统的管理方法没有足够重视此类信息的重要性，并且对其进行了简化，通常会导致事件评估结果不准确。信息技术的综合利用将管道周界的综合处理和各种地理信息与大数据结合起来，围绕管道建立模型，完成系统分析，并提供客观的评价结果。

4 总结

综上所述，石油和天然气管道现场连接方式，需要根据工况进行合适的选择，同时建立安全信息管理系统，便于进行预警和监督。