绝缘接头在长输管道安装中的质量控制

江涛

中国石化皖能天然气有限公司（安徽 合肥 250101）

0 引言

天然气长输管道跨越不同地区，面临的环境通常较为复杂，阴极保护和外防腐涂层联合防护是天然气长输管道防腐蚀的重要手段[1]。外防腐涂层作为管道保护的第一层屏障，在防腐层老化、土壤应力及管道在土壤中的移动易产生漏点，导致管道发生点蚀穿孔，通过阴极保护可使管线表面暴露的每一点都有电流流入，从而降低腐蚀速率。长输管道沿途场站、阀室等均存在不能纳入阴极保护的金属设备或构筑物，为避免阴极保护电流流入此类金属设备或构筑物而降低阴保效果，需要在被保护管道和不应受保护的金属体之间设置绝缘装置[2]。20世纪60年代开始，长输管道一般采用绝缘法兰作为绝缘装置，但绝缘法兰在组装过程中通常由散件组装而成，在出厂运输或安装过程、投产运行中易发生震动导致泄漏[3]。20 世纪90 年代初，绝缘接头开始代替绝缘法兰[4]，绝缘接头一般为焊接端整体结构，在绝缘接头的上下管对接端面间夹有绝缘件和密封件的双密封结构，具有整体性强、绝缘及密封性好等优点，目前大多数长输管道采用绝缘接头，达到防止阴极保护电流的漏失和管段与管段之间干扰腐蚀的效果[5]。

因此，绝缘接头作为阴极保护系统的重要附属设施[6]，其完好性严重影响阴极保护系统的有效性，对管道的安全运行起着重要作用。本文以某天然气管道工程项目为背景，就绝缘接头安装过程中易发生的质量问题进行全面、系统地分析，并针对提高绝缘接头安装质量给出了合理化建议，可为绝缘接头在天然气长输管道建设中的安装提供宝贵经验，具有重要的工程及现实意义。

1 绝缘接头简介

1.1 结构组成

绝缘接头包括一对钢制凸缘法兰、密封件、固定套、法兰与固定套间的绝缘环及法兰间的绝缘环、绝缘填料及与法兰小端分别焊接的一对钢制短管，是对同时具有埋地钢制管道要求的密封性能、电化学防腐蚀和强度性能及耐击穿性能所要求的电绝缘性能管道接头的统称[7]。在绝缘接头的左、右凸缘法兰与保护套之间，填有绝缘密封件和绝缘填料，形成具有绝缘性能的密封结构。固定套采用焊接形式，将左、右凸缘法兰、绝缘件等牢固密封，形成“密封容器”，不仅能保证良好的绝缘性和密封性，也可提高其承压能力[8]。绝缘接头结构示意图如图1所示。

图1 绝缘接头结构示意图

1.2 全生命周期流程

绝缘接头从设计开始至最终使用、维护的全生命周期流程如图2所示。

图2 绝缘接头全生命周期流程图

2 常见质量问题

2.1 研究背景

某天然气管道工程项目于2021 年6 月开工建设，有效工期12 个月，全线共安装20 个绝缘接头。项目前期因面临地质复杂、台风、高温、物资供应、疫情防控等问题，实际工程进度较施工计划滞后45天，因此绝缘接头安装完成后若不合格返工，势必会影响项目按期完工投产，造成较大的经济损失。为保证该工程所有绝缘接头安装一次合格，确保项目按期完工投产，通过调研3 个施工标段在以往项目中绝缘接头失效问题发生的原因，结合该项目实际，提前制定对策。

首先收集所辖施工队伍近3 年以来在长输管道项目建设过程中绝缘接头安装情况，统计结果见表1。

表1 近3年施工标段施工队伍绝缘接头安装情况统计

2.2 质量问题

为进一步查找绝缘接头安装后失效原因，对20 个绝缘接头失效情况进行分类统计，统计结果见表2。

表2 绝缘接头失效情况统计表

结果显示，导致绝缘接头失效的形式主要有：电绝缘性失效、密封性失效及强度失效等[9]。

2.3 失效危害

长输管道线路及场站金属设备间的绝缘失效，将会导致阴极保护电流沿金属导体流到不应受保护的管道、金属设施设备或大地，导致流入被保护管道效率降低，对附近构筑物产生干扰，降低辅助阳极寿命，增加后期使用维护费用等[10]。

3 失效原因分析

3.1 勘察设计原因

1）设计压力计算错误，以往项目设计只考虑内压、液体静压力，未考虑连接管道膨胀或收缩时引起的轴向力和弯矩组合，未考虑腐蚀裕量等导致安全裕度降低问题。

2）设计深度不足，设计文件及技术协议中只规定绝缘接头的结构、材料及需要满足的性能，使得厂家在制造过程中直接采用其他项目的设计图纸，造成设计缺陷[11]。

3）勘察深度不足，导致绝缘接头安装环境不符合要求。排查失效绝缘接头发现，个别绝缘接头安装部位水位较高或处于酸碱环境，导致绝缘接头安装部位水位及土质酸碱度不符合规范要求；个别绝缘接头安装位置处于陡坡地段，绝缘接头安装过程中产生应力集中；个别绝缘接头安装位置附近干扰大，绝缘接头安装部位前后100 m 范围内存在高压塔、变电站等高压干扰，产生电涌干扰。

3.2 制造过程原因

3.2.1 原材料方面

1）绝缘接头中选取金属材料材质错误，未考虑现场具体所处的工况操作条件及环境气候条件。

2）绝缘件、绝缘填料、绝缘环等密封件使用前未进行复检，使用不符合标准的劣质材料代替。

3）钢制短管采用相似材质但屈服强度等力学性采用能不适配的钢级短管代替。

4）绝缘接头焊接、防腐材料使用前未进行复检，材料失效后仍继续使用[12]。

3.2.2 组装过程

1）密封圈与密封槽尺寸不配合，过大或过小都会导致渗漏。

2）钢套管与凸缘法兰、凸缘法兰与钢制短管之间焊接时未制定适用的焊接工艺规程或者未严格执行焊接工艺施焊，焊接过程中焊接电流过大导致焊接温度过高，焊后对焊缝外观尺寸把关不严，未按规定进行无损检测评定[13]。或者焊接过程中产生应力后未采取局部退火并进行消应力热处理。

3）表面处理不到位，返锈或喷砂除锈后表面灰尘度较大，导致除锈不彻底，涂装过程中未按工艺规程涂刷底漆、面漆等，使得绝缘接头防腐效果不好，严重时存在漏点。

4）绝缘填料充填顺序错误，选在强度试验、严密性试验、水压加弯矩试验及疲劳性试验等之前，造成填料因变形而被破坏。

3.2.3 出厂试验

1）因供货工期或供货厂家检测设备不符合标准要求等问题导致未开展出厂试验或出厂检试验结果不准确。

2）水压压力试验、严密性试验、水压加弯矩试验、水压循环试验未按规定时间要求试压，组装完成后立即开展试压或者试压过程中低于保压时间，导致一些延迟性缺陷未暴露；另外试压用水不符合要求，采用氯离子超标的非洁净用水，试压结束后未彻底排水或排水后未用热空气将绝缘接头内外部吹干，导致氯离子残留后发生点蚀。

3）绝缘电阻测试、电绝缘强度试验未按规范要求测试，或检测设备失效，导致绝缘电阻及强度测试值不准确。

4）绝缘接头包敷热收缩套前对涂层缺陷处理不当，未对缺陷处进行清理、打磨重新涂覆而是直接涂覆，且未对内外涂层开展黏结力测试，包敷后未开展电火花检漏及时发现漏点[15]。

3.3 运输原因

1）运输过程中采用木箱包装，但未将产品牢固固定，运输过程中导致涂层损坏。

2）到达现场进行吊装过程中野蛮施工，导致绝缘接头承受较大外力产生变形。

3）施工过程中未采取保护措施，导致雨水、大气及其他介质进入内部产生腐蚀。

3.4 施工原因

3.4.1 人员技术

将10株单株小麦割下，运用三点弯法，在YYD-1茎秆强度测定仪上进行实验，换算出单株小麦的弹性模量，具体实验过程在此不再阐述。

1）施工单位和监理单位工程质量管理奖惩办法中条例不清晰，岗位责任不明确，班组部分人员责任心差，对绝缘接头保护不够，运输时未保护、安装时强力组对、焊接预热温度过高等情况导致绝缘接头受到损伤而失效。

2）绝缘接头安装施工没有单独编制施工方案，仅仅在施工组织设计内有简单描述，不能更好地指导现场施工，也没有单独对绝缘接头安装进行交底，导致施工过程中施工人员不清楚绝缘接头的保护要求，野蛮施工导致绝缘接头损伤。

3）技能培训缺失，个别质监人员不能熟练掌握仪表使用方法，不会使用仪表对绝缘接头进行测试，不熟悉绝缘接头验收要点[16]。

3.4.2 材料机具

通过核查绝缘接头随机资料，包含短管、左右凸面法兰、勾圈、密封件、绝缘填料、内涂层等质量证明文件，发现个别原材料虽符合设计技术规格书及规范要求，但证明资料内容不全。核查施工单位万用表的准确性及有效性时，发现个别机组检测仪器在使用过程中检测性能较差，出现误差几率大，检测准确性差。

3.4.3 施工方法

通过现场排查，重点发现以下工艺不符合规范要求，易导致绝缘接头安装后不合格：

1）缺少固定支墩，绝缘接头两端无固定支墩限位，或者固定支墩距离绝缘接头超过20 m，不能够有效降低绝缘接头受到的管道应力损伤。

2）绝缘接头安装位置距离弯头较近，绝缘接头与弯头距离应大于50 m，但经现场核实发现，个别绝缘接头安装位置距离弯头不足50 m，导致绝缘接头未安装在直管段。

3）支墩长期未施工也未采取临时支撑。经核查，绝缘接头安装后无临时支墩，或存在临时支墩但临时支墩未坐落在老土层，下雨等情况导致沉降，使得绝缘接头内部损伤，影响绝缘接头安装质量。

4）支墩基础未坐落在老土层，且支墩基础有倾斜，沉降不一致等造成绝缘接头损伤。

5）个别施工单位绝缘接头安装在线路清管前或者参与整体分段吹扫，清管或吹扫过程中对管道内防腐层造成损伤[17]。

4 质量控制措施

4.1 提高设计及制造质量

1）要加强设计深度，设计文件及技术协议书中应对每个部件材质、安装过程、检试验方法等提出明确的设计要求及验收要求。对于供货商设计文件进行审查把关，确定无误后再制造。

2）保证设计图纸与技术协议的一致性，当技术协议需要增设特殊条款时应及时与供货商和监造单位书面沟通，避免因沟通不畅导致产品与设计不符。

3）加大勘察深度，避免绝缘接头设置于高压塔、变电站等受高压干扰区域及水位丰富及陡坡地段。

4）安装过程中做好原材料复检及验收工作，组装过程中严格按照规范及技术协议要求进行并验收，尤其注意制造过程中密封圈和槽的适配性，焊接、防腐及填料浇筑等关键工序质量控制，组装结束后按照要求进行出厂试验及型式试验，试验合格方可出厂，运输过程中应加强固定与防潮、防湿防护。

4.2 建立监管机制

针对绝缘接头制造及现场施工安装过程中存在的问题，建立“制造过程监造单位旁站+安装过程：施工单位内部自检+监理单位旁站、平检加巡检+业主单位重点抽检+质量监督组综合监督”的“全方位、全过程、全员化”的质量管控模式。监造单位要适时评价供货商质量体系是否平稳运行，对制造过程中原材料验收、组件机加工及组合安装、出厂检试验采取全程旁站监督、验收；施工过程中，施工监管机构通过合理安排现场检查，采取现场随机检查安装人员是否报审、设备机具是否报验、绝缘接头随机资料及进场验收记录是否齐全、施工记录是否规范准确、随机提问现场管理及操作人员安装要点等方式，督促施工队伍严格按照施工规范施工。施工过程中施工单位专职质检人员应进行巡回检查，发现问题及时整改，监理旁站及业主单位发现问题后及时要求立行立改，不留任何隐患。

4.3 严把人员进场关

1）严格报审制度，首先监造人员应具备完备的专业知识及资质，经报审业主同意后进场；其次绝缘接头安装队伍必须严格按照人员报审制度，经施工单位、监理审核后，方可进入施工现场进行安装作业。对于未报审而私自监造和施工的人员，处以罚款并辞退。

2）由设计单位对监造单位开展技术交底，监造单位编制《绝缘接头监造大纲》，明确监造要点，同步记录监造日志，准确记录监造过程中发现的问题并及时通知业主；施工单位编制《绝缘接头专项施工方案》，明确绝缘接头在检验、运输、安装、使用及维护方面的要点。方案经施工单位自审、监理审核、业主审核批准实施，绝缘接头安装前，由技术员对工人进行技术交底和安全交底[18]。

3）培训和交底完成后，对施工人员进行理论及现场随机提问考试，考试内容源自设计文件、施工及验收规范、施工方案，考试内容能够覆盖主要施工操作、技术、质量施工及验收要求，通过培训及考核合格的人员方能进场施工。新增工人上岗前，必须经过专业技术培训，培训合格后方可允许施工。

4.4 制定奖惩分明的考核制度

针对现场安装过程中出现的问题，为完善考核制度，引入“样板引路”，开展技术比武活动。提前对绝缘接头安装人员开展理论知识和操作实战考核，对考核优秀的队伍进行奖励，对不合格队伍进行处罚。针对标段内首个绝缘接头安装，开展“首件样板制”，组织其余单位技术人员参与首件样板全过程及结果验收，制作施工过程影像资料，利用智能化管控平台向全线操作人员进行展放，达到样品促精品的效果[19]；适时举行技术比武活动，营造“比、学、赶、帮、超”的良好氛围，提高人员的技术水平以及工作积极性。

4.5 加强施工关键点及重要过程质量管控

1）通过核查材料质量证明文件、组装记录及出厂试验、型式试验及驻场监造日志等，排查绝缘接头是否存在材料缺陷、组装缺陷、厂家是否有遗漏试验项目等，确保绝缘接头进场时符合技术规定及规范要求。

2）装卸过程中，应使用吊车装卸、平稳轻放，严禁使用挖掘机装卸，安装前仔细审核设计文件，确保绝缘接头两端有固定支墩限位，防止运行损伤。

3）检查施工环境，确保绝缘接头安装部位的水位不会淹没，酸碱度符合要求，核查绝缘接头与弯头距离大于50 m，安装于平直部位，避免安装于高压线、变电站附近。

4）线路清管前安装绝缘接头时，管道使用皮碗清管器进行清管，确保不对管道内防腐层造成损伤。

5）确保支墩基础开挖至老土层[20]。将基槽验收设置为A 级质量控制点，加强过程质量管控。在支墩基础基槽开挖时，清除表层虚土、软土直达坚实地层；遇到地基基础不满足要求的地段，经设计验槽采取换填、浇筑垫层等措施，使得支墩能够坐落在坚实基础上。

6）绝缘接头安装后增加临时支撑，如图3 所示。要求绝缘接头安装施工班组在完成焊接后，对绝缘接头进行临时支撑。清除下方湿软土质至坚实土层，平整完成后加装弧板形状的支撑，弧板下边使用Φ60 无缝钢管和1 cm 厚度20 cm×20 cm 钢垫板，弧板、无缝钢管、钢垫板之间采用焊接，组合支撑靠近地面使用20 cm 厚度的垫板，垫板尺寸0.5 m×0.5 m，并对支撑部位遮盖防雨，避免支撑地面湿软下沉。

图3 临时支撑示意图

5 结论

通过采取以上措施后，该天然气管道工程3个施工标段一次性完成全部绝缘接头安装，通过对所有安装绝缘接头进行现场测试后，发现所有绝缘接头安装均合格，绝缘接头安装一次合格率由原来的88.8%提高至100%。进一步说明，只有加强设计源头控制，在绝缘接头制造及安装过程中严格把控人员、机具、材料关，因地制宜确定并落实好施工工艺，才能提高绝缘接头的安装质量，确保绝缘接头能够有效发挥作用，有效延长管道使用寿命。