输油气管道破断非焊接抢修技术.pdf

2 0 1 1年 第 5期 管 道 披 术 Pi p e l i n e Te c h ni q ue 5 设 备 a n d E q u i p me n t 2 01 1 No ． 5 输油气 管道破 断非焊 接抢修技术 屈海利， 何建设 ， 宋花平 ， 袁长友 ， 崔虹 中国人民解 放军总后油料研究所 ， 北京1 0 2 3 0 0 摘要 文 中探讨了输油气管道破断后 的非焊接抢修技术。非焊接抢修是 临时性的抢修方案 ， 如果 管道运输繁忙， 停输将会造成重大经济损 失， 建议采用非焊接抢修方式。非焊接抢修主要 采用各种快 速接 头及快装管道进 行， 实际抢修 时应根据管道的工作压力选用合适的管接头。 关键词 油气； 管道 ； 破断； 抢修 ； 非焊接 ； 管接 头 中图分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 1 0 5 0 0 3 7 0 2 Te c hn i q ue s o f No n- we l d i n g Em e r g e n c y Ra pa i r o n Br o k e n Oi l＆ Ga s Pi p e l i n e Q u Ha i - l i ， H E J i a n s h e ， S O N G H u a p i n g ， Y U A N C h a n g y o u ， C U I H o n g P O L Re s e a r c h I n s t i t u t e ， GL D， P L A， B e ij i n g 1 0 2 3 0 0， C h i n a Ab s t r a c t No n w e l d i n g t e c h n i q u e o f e me r g e n c y r e p a i r o n b r o k e n o i l g a s p i p e l i n e i s d i s c u s s e d i n t h i s p a p e r ． F o r b r o k e n p i p e l i n e e me r g e n c y r e p a i r ， t h e n o n w e l d i n g w a y i s t e mp o r a r y ． I f t h e p i p e l i n e i s b u s y a n d i t s s t o p w o u l d c a u s e b i g e c o n o my l o s s o r a ff e c t p e o p l e ’ S l i f e ． t h e n t h e n o n - w e l d i n g wa y s h o u l d b e r e c o mme n d e d ． T h e n o n w e l d i n g e me r g e n c y r e p a i r s h o u l d s e l e c t r i g h t p i p e - j o i n t a c c o r d i n g t o t h e p i p e l i n e w o r k i n g p r e s s u r e ， and t h e p i p e l i n e w i t h t w o p i p e - j o i n t s h a s s e e n b e t t e r u s e o f r a p i d - d e p l o y me n t pi pe s ． Ke y w o r d s o i l ＆ g a s ； p i p e l i n e ； b r o k e n ； e m e r g e n c y r e p a i r ； n o n w e l d i n g ； p i p e - j o i n t 0 引言 管道破断是指管道完全断开， 或出现大长度、 大 面积的破裂 ， 这些破断事故常 常是 由于地震、山体 滑 坡等 自然灾害 以及施工不 当等原 因造成 的。这种 事 故不同于腐蚀等泄漏事故， 后者可在不停输的状态下 采用钢带拉紧技术 、 快速捆扎技术、 低压粘补技术 、 管 道修补器快速封堵技术等进行抢修。 管道破断事故发生时， 由于管道断开或大面积破 裂 ， 大量油气外泄 ， 此时管道必须停输。 由于油气泄 漏量大， 实施抢修时必须注意安全 ， 同时尽可能 降低 对周 围环境的污染 。 破断管道的抢修分焊接抢修和非焊接抢修 2种方 式 ， 焊接抢修必须要对破断现场进行充分 的处理后 ， 使之达到焊接的安全条件方可进行。在管线破断后 ， 如何能快速地恢复生产 ， 就是管道抢修公司首先应考 虑的问题 。 1 破 断管道的非焊接抢修技术 非焊接抢修主要用于临时抢修， 用于管线破断后 收稿 日期 2 0 1 01 02 0 收修改稿 日期 2 0 1 1 0 42 1 快速把管道连通起来， 尽量减少停输时间， 减少因停 输造成的经济损失， 降低对用户的影响。非焊接抢修 是临时措施 ， 因此管道连通后 、 在现场进行 了充分 的 处理后 ， 应进行改道作业， 使管道进入正常的输送模 式。非焊接抢修措施主要采用各种快装接头和快装 管道 。非焊接抢修 由于无须动火 ， 因此可在跑 冒油现 场未进行处理前进行， 大大缩短了抢修时间。 1 开挖作业坑道。作业坑的长度、 宽度和深度 一 般视现场作业需要而定 。 2 手动割管。用手动工具把断裂 的管头割除 ， 切割处要保证 管道的圆度 。在保证安全 的情况下也 可使用液动割管器 。由于现场油气较多 ， 切割时应防 止火花出现。 3 清理处理管端。把管端的防腐层、 锈迹除净 ， 露出金属底色 。根据管接头的形式对管端进行处理。 4 安装管接头。把制式管接头安装到处理好的 管端上。选用 的管接头承压 能力应不 小于管道 的额 定工作压力。如确实无法满足压力要求 ， 也可在试运 行期间， 降压运行， 改道后再恢复原工作压力运行。 5 连接快装管道。在破断管道两端的管接头之 3 8 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t S e p ． 2 01 1 间连接快装管道 。这是 由于现场油气浓度很大 ， 不能 连接焊接管道。快 装管道 的承压能力应 不小于管道 的额定工作压力 。 6 试运行。管道连接完毕 ， 检查连接质量 ， 试运 行 。当试运行正 常后 ， 就可对现场 进行清理 ， 然后采 用改道作业方式 ， 恢复管道正常输送模式。 2 管接头的形式 快装接头有形状记忆合金管接头、 斯特劳勃 管接 头、 槽 头管接头等多种形式 ， 快装管道一般是一定长 度的两端带有制式接头的钢管或复合材料管。 2 ． 1 形状记忆合金管接头 形状记忆合金管接头是靠其在不同温度下呈现 出不 同直径的性能达到联接的 目的。其工作原理是 形状记忆合金管接头经扩孔后使之与联接管呈较小 间隙配合， 然后将管接头加热到某一温度 A s 以上 后 ， 管接头的形状就向扩孔前 的形状恢复 即收缩 而 抱紧联接管 ， 即完成联接。形状记忆合金管接头具有 联接方便、 耐腐蚀性好等优点。目前， 研究较为成熟 的是 T iN i 形状记忆合金管接头。但 T i N i 合金价格昂 贵， 除了在航天、 军工等特殊领域内有应用外， 在一般 领域内的应用受到限制。F e M n S i 系形状记忆合金是 一 种单程记忆效应的合金， 特别适合作管接头用 ， 它 具有成本低 、 强度高 ， 适合大批量生产 的特点 ， 有广 阔 的应用前景。 林成新 等认为 F e一1 7 Mn一5 S i 一1 0 C r 一5 N i 合 金管接头的形状恢复率随着预变形量的增加而降低， 最大可恢复应变出现在 4 ％ 一 6 ％之间， 预变形量为 4 ． 5 ％ ～ 8 ％时管接头的紧固力较大； 热 一 机械训练可 显著提高管接头的形状记忆效应和连接的紧固力； 管 接头的形状记忆效应随着其壁厚的增大而降低， 管接 头壁厚有一个合理 的取值范围 ， 可使其连接 的紧 固力 较大 ； 管接头连接长度越长 ， 管接头的紧固力越小 。 林成新 等还认为 管接头 的连接 长度越长 ， 管 接头连接组件 的耐压密封性越好 ； 管接头 的壁厚对管 接头连接组件耐压密封 性的影响规律 同管接 头壁厚 对管接头紧固力的影 响规律相似 ， 有一个合理 的取值 范围； 对于所测规格尺寸的管接头 ， 预变形量在 4 ． 5 ％ 一 8 ％时管接头连接组件 的耐压密封性 较好 ； 热 一机 械训练可以显著提高管接头的耐压密封性， 且只需一 次训练可以达到较满意的结果 ； 管接头的结构对 管接 头连接组件的耐压密封性影响很大 ， 管接 头的结构 不 同， 耐压密封性可以有几倍 的差异 。 万家瑰 将 自制 的黏结剂 用于铁基形状记 忆合 金管接头 的连接 ， 并对连接副 的密封性 、 耐压性、 抗拉 拔性进行 了试 验 ， 结 果表 明其 耐压性 及抗 拉拔 性优 良。将管接头连接用于现场试验 ， 成功解决 了环氧粉 末内喷涂钢管在三元 复合 驱采油技术上 的内补 口问 题 。 2 ． 2 斯特劳勃管接头 斯特劳勃 管接头采用把接 头上的牙齿嵌 入管道 外壁 的方式实现紧 固， 其密封依靠 自压式橡胶圈。斯 特劳勃管 接头 一般 承受 的压力 较 低 ， 大部 分 在 1 ． 6 M P a 以下， 小口径的接头能承受较高的压力。同一种 型号的斯特劳勃接头随着 口径的增 大， 其耐压能 力也 有所下降 ， 因此应根据管道的工作压力或降压运行 时 的管道压力选用合适的斯 特劳勃接头。同时， 斯特劳 勃的性能还和其是否要承受轴 向力有关 ， 因此选用 时 应特别注意。 2 ． 3 槽头管接头 槽头管接头是 利用接头卡住管 壁上的沟槽来 实 现连接 ， 其 密封为槽头接 头 内的 C型压敏型密 封垫 圈。槽头接头的应用 已有 8 0多年的历史。对 于厚壁 管， 在壁厚安全余量较大时， 可以采取现场切槽的办 法 ， 利用液压驱动或手工切槽机 ， 在管端切削 出与接 头配套的沟槽 具体尺寸可以参照美国唯特利槽头接 头公司发布的标准 ， 然后使用连接器连接。2 O世纪 5 0年代中期， 唯特利开发并推广了滚沟技术， 解决了 薄壁管道无法现场开槽 的难题。滚 沟技术 的基本原 理是薄壁管道通过设备在现场被快速冷压成型， 以生 成带沟槽的管端。滚沟过程中， 不需要切除任何金 属 ， 凹槽处 的管道 材料 在冷 加工 过程 中 向内发生 位 移 ， 因此管道强度不受影 响。切槽 和滚沟 比焊接抢修 能节省大量时间 ， 对公称直径 8 ” 1 ” 2 ． 5 4 c m 和 l 2 ” 的管道 ， 焊接抢修一般需要 十几 h甚 至数天 ， 而切槽 和滚沟一般只需要十几 m i n ． 非焊接抢修的主要 目的是尽快恢复生产 ， 因此如 果破断的管道较长， 则破断管道的替换管道就宜采用 具有快速接 头的制式快装 管道。因为 现场不允许采 用传统的钢管焊接， 这种抢修本身就是临时性的， 这 些抢修管道也应是临时的， 否则在改道管道建成后， 这些临时管道的拆除也很麻烦。如采用具有快速接 头的制式管道 ， 则 不仅能够方便快捷地铺设 、 连接和 拆除 ， 而且还能反复使用。 下转 第 5 9页 第 5期 尚兵等 两种钢质管道腐蚀检测新技术 5 9 测及腐蚀 检测试验工作。最后 选定葡二联至 葡一 联 输油管道上 3 个测点验证管线探测、 管道外防腐层检 测和管道壁厚 T E M检测工作的准确性 。 在管道防腐层检测及管体检测方面 ， 验证结果如 下 管线外防腐层破损检测方面， 对 比3个测点开挖验 证情况 ， 破损点判断、 定位和校正结果准确； 管道壁厚 T E M检测方面， 管道壁厚 T E M检测平均值与超声实 测平均值间的偏差小于 0 ． 2 mm， 与检测结果相符。 4 ． 2 胜利油 田的应用效果 胜利油 田2 0 0 4年 以来就一直开展这方面的检测工 作， 在技术检测中心 腐蚀检测、 控制与评价研究工作发 展论证研讨会记要 中写道 “ 仅 2 0 0 4年就在不开挖不 停输的情况下完成埋地管道腐蚀检测 2 1 0 k m， 现场开 挖验证符合率达到 1 0 0 ％” ， “ 由于对管道腐蚀状况的准 确评估， 实际裁定的管线更换长度比上报更换长度减少 1 4 9 k m， 可为油田节约投资9 4 0 1 万元左右。 ” 中国石化集团胜利石油管理局于2 0 0 6年发布了 企业标准 Q ／ S H 1 0 2 0 1 7 4 0 2 0 0 6 油田埋地管道腐蚀 与防护状况地面检测检验技术规程 ， 将综合参数异 常评价法和管道壁厚 T E M检测方法纳入其 中， 并应用 这2 项技术开展管道安全注册3年大普查工作。 4 ． 3 中原油田的应用效果 中原油 田近年来进行了大量的管道壁厚 T E M检 测工作， 中国石化报报道了其应用情况 J 。 T E M非开挖检测技术是 目前国内先进的管道检 测技术 。该技术可 在埋 地管道上方形成一个 可控 瞬 变磁场， 产生随时间变化的“ 衰变涡流” ， 进而在管体 周围产生与瞬变磁场同向的二次“ 衰变磁场” 。技术 人员对磁场变化动态进行分析， 科学地评估埋地管道 的腐蚀状况 。 技术人员对埋地管道进行前期风险预测， 精确采 集管道重点区域的动态数据， 找准风险点， 然后利用 堵漏技术和防腐技术 ， 对管道实施开挖检测 ， 检测 时 效提高 4 0 ％ 。 ‘ ， ． 与传统检测技术相比， T E M非开挖检测技术可大 幅减少管道开挖点。技术人员在管道不 开挖 、 不停输 状态下 ， 可对管体腐蚀情况进行评估 ， 有针对性地对 风险点实施开挖检测 ， 节约人力 、 物力和财力。 目前 ， 中原油 田埋地管道长2 6 0 0 多 k m， 完成 日常 输油、 输气、 注水等集 输任务。该技术 的应用可有效 提高管道隐患监测定位的精准性与针对性 ， 为管道更 换及维护提供科学依据。 5结束语 大量的检测工程和开挖验证表明 埋地金属管线 大多已运 行多年 ， 管体有不 同程度的腐蚀 ， 针对埋地 钢质管道防腐层检测评价、 管体检测评价， 联合使用 综合参数异常评价法和管道壁厚 T E M评价技术， 按照 外壁腐蚀直接评价 E C D A 的检测思路， 首先对管体 腐蚀程度与防腐层防护状况进行快速的全面调查， 然 后对所圈定的腐蚀管段与可能腐蚀管段作重点评价。 参考文献 [ 1 ] S Y ／ T 5 9 1 8 --2 0 0 4 埋地钢质管道外防腐层修复技术规 范． [ 2 ] S Y ／ T 0 0 8 7 ． 1 2 O 0 6钢质管道及储罐腐蚀评价标准埋 地钢质管道外腐蚀直接评价． [ 3 ] N A C E R P 0 5 0 2 --2 0 0 2 管道外壁腐蚀直接评价方法的推 荐作法． [ 4 ] 张清玉． 油气田工程实用防腐蚀技术． 北京 中国石化出 版社 ， 2 0 0 9 ． [ 5 ] 孙世高． T E N非开挖检测技术提高管道检测时效． 中国 石化报， 2 0 1 0 0 41 2 7 ． 作者简介 尚兵 1 9 7 1 一 ， 工程师， 从事埋地钢质管道腐蚀检测 及评价工作。 上接 第 3 8页 3 结束语 破断管道的抢修有焊接抢修和非焊接抢修 2种方 式。由于焊接抢修 占用 时间长 ， 因此对于运输繁忙 的 管道， 建议采用非焊接抢修方式。非焊接抢修应根据 管道的工作压力选用合适的管接头， 且 2个管接头之 间宜选用快装管道连接。当前 比较成熟的管接头有 形状记忆合金管接头、 斯特劳勃管接头、 槽头管接头。 非焊接抢修 由于无须动火 ， 因此可在跑冒油现场未进 行处理前进行 ， 大大缩短了抢修时间。 参考文献 [ 1 ] 林成新， 谷南驹， 赵连城． F e一1 7 Nn一5 S i 一1 0 C r 一5 N i 形 状记忆合金管接头恢复特性分析． 河 E 工业大学学报， 2 0 0 1 ， 3 0 4 1 4 [ 2 ] 林成新， 谷南驹， 赵连城． F e一1 7 Mn一5 S i 一1 0 C r 一5 N i 形 状记忆合金管接头性能分析． 材料工程， 2 0 0 1 1 1 2 1 2 4． [ 3 ] 万家瑰， 林柏松． 铁基形状记忆合金管接头在油田管道连 接中的应用． 润滑与密封， 2 0 0 9， 3 4 7 ． 9 4 9 6 ． 作者简介 屈海利 1 9 6 8 一 ， 高级工程师 ， 从事野战输油管线及 输油泵机组的研究工作。