浅谈海底管道注水过程添加化学药剂的方法及应用

赵之渊

摘要：为解决海底管道后挖沟过程中沉管问题，需提前将管道注满试压用水，从而提高管道重量，提升管道下沉效率。由于进行海底挖沟作业工期相对较长，因此试压用水需长时间保存至管道内。根据相关要求，在海底管道注水过程中，需持续添加化学药剂，避免管道内壁发生腐蚀现象。在添加化学药剂过程中，其药剂与水应严格按照要求配比、药剂与水应均匀混合添加至管道内，为了实现简单、快捷、精确的药剂添加流程，改进了以往传统人工添加药剂的方式，采用了注水流量计和电动泵相结合的方法自动化添加系统，应用于海底管道注水过程添加化学药剂。

关键词：海底管道注水;化学药剂严格配比;均匀混合添加;流量计和电动泵结合方法

一、前言

输油、输气管道在新建完成后，需要检验管道结构的完整性和可靠性，目前国内、外海底管道建设任务越来越多，而在海底管道施工过程经常会遇到后挖沟过程中进行沉管问题，此时为保证沉管顺利，需提前将管道注满试压用水，从而提高管道重量，提升管道下沉效率，由于海底后挖沟作业工期相对较长，因此试压用水需长时间保存至管道内，则在注水过程中，需持续添加化学药剂，避免管道内壁发生腐蚀现象。药剂与水的严格配比、药剂与水的均匀混合及现场监管等因素给注水作业带来了严峻的挑战。

为解决此问题，实现简便、精确的药剂添加流程，对传统人工添加药剂的方式进行了改进，采用了注水流量计和电动泵相结合的自动化添加方法完成注水过程药剂添加、比例控制、均匀混合等一系列工作。本文对海底管道注水过程添加化学药剂的施工方法和应用进行了全面讨论与阐述，并结合相关施工经验优化施工方法和措施，以满足相关要求。

二、概述

本文章主要是针对药剂添加、配比控制、均匀混合等一系列要求，设计出新型药剂添加系统，通过相关模拟试验，即：将化学药剂按照不同的配比加入管道内，存放一定时间观测钢管的腐蚀情况，收集整理试验数据，最终计算出适合项目要求的药剂与水配比，使其均匀混合注入管道内。此方法已在项目成功应用，为项目后续海底管道后挖沟施工提供了保障，保证了水在管道内较长时间的存放，也对海底管道注水规范化施工起到了积极的促进作用，保障了海底管道安全、高效运行。

三、化学药剂添加系统方案探讨

1、以往传统注水过程添加化学药剂技术现状情况

以往注水添加化学药剂一般通过开挖蓄水池并铺设塑料薄膜，将所用洁净水抽取至蓄水池中，待水池注满后，停止抽取，根据开挖蓄水池尺寸大小，估算抽取的水量，通过人工搬运一定量药剂向池内添加，自然熔和后，然后启动注水泵，将蓄水池中水和药剂的混合液注入管道内。待蓄水池水量不足时，停止注水泵，重复上述淡水抽取进入蓄水池、药剂添加等系列操作完成注水作业。此过程步骤较为复杂，耗时费力，且注水作业不能连续作业，重复启动设备既对设备造成一定损坏，而且注水不连续也容易将气体注入管道内。

2、注水过程添加化学药剂技术方法的改进

试压用水较长时间保存在管道内的情况下，根据规范要求，需在注水过程添加化学药剂，即除氧缓蚀阻垢杀菌剂，消除对碳钢造成的腐蚀破坏，改进以往传统注水作业的方式，来提高工作效率和添加效果，其具体改进方法：一方面安装注水流量计，得出精确流量值;另一方面采用电动泵添加药剂的方式，通过电动泵连接药剂箱，利用电动泵的自吸能力，无需将药剂倾倒至水箱中，自行进行抽取。

另外，根据注水流量计读数，调节电动泵流量控制阀门，该阀门具有可视调节功能（实际流量与调节参数匹配偏差≤1%）。电动泵出口压力为1.6MPa，高于管线注水压力（注水压力一般<1.0MPa），保证药剂注入过程的流畅性，将药剂通过注水管道上的针型阀门匀速泵入管道，即可达到药剂添加、配比控制、均匀混合等一系列要求。

四、技術方法的设计与改进

1、化学药剂的选取

由于试压用水长时间存放在管道内，因此，在注水过程中，需及时向管道内注入除氧缓蚀阻垢杀菌剂。溶解氧的去除，可以消除对碳钢造成的腐蚀破坏和好氧微生物的繁殖;高效的阻垢成份，可以很好的防止海管内表面结垢，因此通过调研及实验室反复测试，最终选取IMC-932H药剂。

IMC-932H药剂物理性质：无色至淡黄色透明液体，无刺激性气味，易溶解于水、海水、酸和醇中，闪点大于85℃，不燃烧，密度（20℃）为1.00—1.22g/cm3。

IMC-932H药剂适用范围：适用于海底管线用海水清管、试压过程中及海水封存系统碳钢金属的防腐蚀、防结垢和杀菌灭藻保护。

2、流量计的选取

流量计须经过第三方有效校验方能进行使用，注水过程可准确读取注水流量值，精确计算实时注水流量。

3、注水过程通过专用电动泵添加药剂

将注水泵出口与注水管道上的对应阀门进行连接，电动泵与注水管道上的针型阀门连接，连接完成后，启动注水泵开始注水，在整个注水过程中，实时观测流量计，根据注水流量值，调节电动泵流量控制阀门，按照药剂与水的配比说明，均匀的向管道内注入药剂。

五、化学药剂添加过程操作程序

1、连接药剂添加系统

将电动泵放置于钢板上，采取钢板放置底部的作用：一方面是为防止沙尘落入药剂中，另一方面由于电动泵具备自吸能力，在入口端连接软管时可通过钢板钻孔插入至药剂箱底部，进行药剂提取。药剂泵出口端直接与三通针型阀门连接，泵的出口压力可满足持续向管道内输入药剂的流畅性。该系统的安装完全实现了药剂提取、药剂添加的自动化流程。

2、化学药剂比例控制

首先对淡水资源采样并送至相关权威机构进行化验，得出有效的检测报告，结合报告参数，现场人员通过与生产化学药剂厂家反复进行试验，最终取得适合项目要求的合理药剂配比。

通过对电动泵流量进行现场试验，在流量控制阀门设置为30%、60%、100%时，多次进行5min、10min、15min的计时提取化学药剂，通过采用量杯记录数据（得出实际数据与额定流量偏差小于1%），则最终以流量计读数为依据，调节电动泵流量控制阀门百分比参数，实现严格控制药剂配比。

3、化学药剂均匀混合

通过前期的试验阶段观察，可保证药剂均匀的从电动泵出口排出，另外通过流量计检验注水泵流量，当发动机转速不变时，出口淡水流速较为固定，因此在注水过程中，随着淡水流入管道，药剂可实时等量添加，达到均匀混合状态。

4、结论

（1）、管道注水需要添加化学药剂时，通过使用上述改进的化学药剂添加系统装置可保证药剂持续添加，注水作业的连续性，提高了作业工效，也避免了注水泵多次启停，对设备起到一定的保护作用。

（2）、通过上述介绍对比分析得出，通过改进注水过程添加化学药剂技术方法，大大提高了以往传统添加化学药剂工作效率，充分体现了精确性和科学性。

（3）、采用新的技术方法，实现了化学药剂添加过程的配比控制、均匀混合等一系列要求，为项目施工节约了成本，节省了施工工期。

六、应用

目前此方法在国内、外项目海底管道注水试压中持续添加化学药剂得以充分应用，有效避免了管道内壁发生腐蚀现象，满足了现场的规范要求。近期已应用管径φ914mm、长度18.6km，管径φ457mm、长度125km，在进行注水添加化学药剂时，通过以上方法控制了药剂流速，保证了添加比例，实现了均匀混合等要求，大大缩短了工期，为后续海底管道后挖沟施工赢得了宝贵时间，获得了良好的经济效益，此项药剂添加系统方法的改进，对国内、国际市场规范化施工起到了积极的促进作用，也充分验证了该技术方法的有效性和可行性。

参考文献：

[1]《DNV-OS-F101 海底管线系统规范-2013》

[2]专用缓蚀剂产品使用说明书（海管清管试压用除氧缓蚀阻垢杀菌剂IMC-932H）