劉月芳 王憲軍 吳陽(yáng) 李雅男

中油管道防腐工程有限責任公司

 

摘要：針對國內油田小口徑集輸管線(xiàn)內補口施工困難、造成內腐蝕嚴重的問(wèn)題，為解決小口徑管道內涂層連續性問(wèn)題，開(kāi)展機械連接新技術(shù)及新工藝研究。介紹了機械連接原理及連接件材質(zhì)選擇，提出鋼管預制要求和機械連接施工要點(diǎn)。經(jīng)在油田小口徑集輸管道試驗段實(shí)際應用并開(kāi)挖驗證，確定技術(shù)及工藝可行，為相關(guān)管道建設工程應用打下了良好基礎。

關(guān)鍵詞：小口徑管道；管道內涂層；機械連接件；機械連接施工

 

應用金屬塑性變形原理，可將金屬連接件主體與管道表面高強度壓合，實(shí)現耐高壓、抗振動(dòng)、永久性的純機械連接。連接過(guò)程中增加防腐工藝使連接后的管道內防腐層具有連續性，以增強內補口處的耐腐蝕性能，從而延長(cháng)管線(xiàn)使用壽命。目前，國內常用的內補口方法有：內補口機法、內襯保護套（管）焊接法、不銹鋼接頭法、管端噴涂防腐層法等。美國于 20 世紀 80 年代末研制出兩種內補口機，分別是“熱熔環(huán)氧粉末現場(chǎng)內補口裝置與工藝”和“自動(dòng)推進(jìn)自動(dòng)表面處理與涂敷補口裝置”，但兩者都存在施工作業(yè)不便及其他缺陷。目前，國內外多家公司都在研究新型的小口徑管道內補口技術(shù)，突破這一技術(shù)難題，探索實(shí)現小口徑管道內涂層連續性的機械連接新技術(shù)及新工藝，將為管道建設和運行管理提供有力的技術(shù)支撐。

1  機械連接技術(shù)概況

1.1  機械連接原理

根據金屬力學(xué)特性和金屬塑性變形原理，將連接件主體與管道表面高強度壓合，實(shí)現純機械連接。首先，液壓工具推動(dòng)外套軸向向前擠壓，外套內斜面對連接件主體向內環(huán)形均勻擠壓，造成主體結構塑性變形，外套自防脫結構可以保持主體結構永久不回彈。其次，主體內部密封環(huán)均勻嵌入管體內表面，同時(shí)主體內表面也與管體表面壓接貼合，最終形成耐高壓抗振動(dòng)的高強度純金屬連接（圖 1）。

圖 1 機械連接過(guò)程示意圖

為得到最優(yōu)的機械連接效果，擬將鐓粗型與咬合型兩種機械連接件合二為一優(yōu)化為混合型連接件，同時(shí)保留鐓粗型的液壓密封結構和咬合型的內嵌式結構�；旌闲瓦B接件的碳鋼外套不會(huì )與管道本體發(fā)生接觸。

1.2  機械連接件材質(zhì)選擇

機械連接件的可適用材質(zhì)為非脆性材質(zhì)（脆性材質(zhì)指鑄鐵等），選取原則依據管道材質(zhì)而定。

（1）與管道接觸的連接件主體材質(zhì)與管道材質(zhì)保持同一等級或更高等級，以確保材質(zhì)性能和防腐性能要求。

（2）連接件主體材質(zhì)硬度和其他參數值需高于或等于管道材質(zhì)硬度和其他參數值（表 1）。

表 1 管道材質(zhì)與機械連接件材質(zhì)選擇

2  機械連接工藝

2.1  工廠(chǎng)預制鋼管要求

（1）鋼管兩端內外壁倒角。在制管廠(chǎng)（包括防腐）將鋼管兩端的內外壁做倒角處理。如鋼管壁厚為5 mm，內外壁為1 mm的圓形倒角，鋼管端部壁厚余 3 mm。

（2）鋼管內外防腐。按SY/T 0442―2010 《 鋼質(zhì)管道熔結環(huán)氧粉末內防腐層技術(shù)標準》對鋼管進(jìn)行內防腐施工（不留端）并進(jìn)行質(zhì)量檢測，檢測合格后按SY/T 0315―2013 《鋼質(zhì)管道熔結環(huán)氧粉末外涂層技術(shù)標準》進(jìn)行外防腐施工并進(jìn)行質(zhì)量檢測。

（3）安裝管端保護器。對已做好防腐的鋼管兩端端口安裝管端保護器，避免破壞端口防腐層。

2.2  機械連接現場(chǎng)施工

（1）用砂紙或鋼絲刷手工去除鋼管外預留端端部補口處的表面浮銹。在鋼管外預留端及管口端面手工涂刷液體環(huán)氧涂料，用輥子對機械連接件的內表面涂刷液體環(huán)氧涂料。涂刷后均不需檢測，以阻隔腐蝕介質(zhì)的擴散，起雙重保護作用。用專(zhuān)用的小口徑鋼管對接夾具將鋼管夾緊固定。

（2）將機械連接件插入鋼管的一端，深度為機械連接件長(cháng)度的一半。插入時(shí)保證不損壞鋼管端部及機械連接件內壁的防腐層。插好后用專(zhuān)用夾具夾緊機械連接件進(jìn)行壓合，觀(guān)察壓力表達到設定值后松開(kāi)夾具。將第二根鋼管的一端插入機械連接件內部，保證兩根鋼管端部對接緊密，不留縫隙。插好后用專(zhuān)用夾具夾緊機械連接件進(jìn)行壓合，觀(guān)察壓力表達到設定值后松開(kāi)夾具，完成機械連接安裝施工。去除連接件表面、鋼管預留端表面的灰塵，用丙酮擦洗連接件外表面。在機械連接件的中縫、外表面、鋼管預留端外表面涂覆高溫型粘彈體，保證被涂部位與相鄰表面平滑過(guò)渡。找準位置安裝熱收縮套。

2.3  機械連接件性能測試

機械連接施工結束后根據CDP-G-OGP-AC-011-2013-1《埋地鋼質(zhì)管道粘彈體膠帶防腐補口技術(shù)規定》要求進(jìn)行機械連接件性能檢測。

（1）拉伸及靜水壓、內壓試驗。依據GB/T 9711―2017《石油天然氣工業(yè)：管線(xiàn)輸送系統用鋼管》、SY/T 6128―2012《套管、油管螺紋接頭性能評價(jià)試驗方法》，進(jìn)行機械連接件的拉伸、靜水壓、內壓試驗，結果見(jiàn)表 2。

表 2 機械連接件拉伸、靜水壓、內壓試驗結果

（2）全尺寸疲勞試驗。依據DNV-C203-2012《海上鋼結構疲勞設計》，機械連接件全尺寸疲勞試驗16天，累計循環(huán)次數184 418次，管道發(fā)生疲勞失效。

（3）內外防腐層檢測。內防腐層檢測項目及結果見(jiàn)表 3。

表 3 連接件內防腐層檢測項目及結果

外防腐層檢測依據GB/T 23257―2017《埋地鋼質(zhì)管道聚乙烯防腐層》，檢測項目及結果見(jiàn)表 4。

表 4 連接件外防腐層檢測結果

3  工程應用

2019年8月，采用機械連接工藝在陜西吳起長(cháng)慶油田某廠(chǎng)2 km試驗段管道開(kāi)展現場(chǎng)施工（圖 2）。施工管道管徑76.1 mm，壁厚5 mm，坡口角度32°，材質(zhì)L245N；連接件材質(zhì)為40 Cr，輸送介質(zhì)溫度﹣25℃～50℃，輸送壓力5 MPa。外防腐采用粘彈體+熱收縮套外護形式，對接端頭用無(wú)溶劑液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂密封。施工完成后，機械連接件通過(guò)現場(chǎng)試壓檢測，各項性能指標滿(mǎn)足要求。

圖 2 試驗管段機械連接施工現場(chǎng)

該管道運行1年后，邀請科委會(huì )專(zhuān)家到現場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)挖驗證工作，每間隔10道口以上開(kāi)挖1道口，共開(kāi)挖3道口。目測開(kāi)挖道口的外防腐層表面完好，無(wú)開(kāi)裂、褶皺、鼓泡、翹皮等現象，管道機械連接處附近土壤正常，無(wú)任何漏油現象。確定技術(shù)及工藝可行。該機械連接技術(shù)及工藝在長(cháng)慶油田小口徑集輸管道試驗段中的成功應用，為后續管道建設工程應用打下了良好基礎。

 

作者簡(jiǎn)介：劉月芳，1973年生，高級工程師，中油管道防腐工程有限責任公司科研所所長(cháng)，本科畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，現從事管道防腐技術(shù)工作。聯(lián)系方式：18526365828，24188643@qq.com。