河流穿越管道腐蝕檢測與修復
2021-02-01 05:24:07
hualin
在某陸上油田作業區生產區域(yu)內，兩條定(ding)向鉆管(guan)(guan)道穿越(yue)一條寬度(du)約90米的河(he)流，該河(he)流下游與渤海灣(wan)入(ru)海口相連，穿越(yue)處距離入(ru)海口僅5.2公里，管(guan)(guan)道投產時間均已超(chao)過12年，屬于典型(xing)的“雙高”管(guan)(guan)道。如果(guo)管(guan)(guan)道發生泄漏且處理不(bu)及(ji)時，不(bu)僅會(hui)給油田帶來巨(ju)大的經濟損失(shi)，而(er)且會(hui)導(dao)致嚴重的環境污染。
為了提高(gao)管(guan)(guan)道(dao)內防腐蝕能力，延長管(guan)(guan)道(dao)的使用壽命，確保管(guan)(guan)道(dao)長期安全穩定運行(xing)(xing)，避免因(yin)腐蝕泄漏(lou)造成嚴重環境污(wu)染事件，急需(xu)對該管(guan)(guan)道(dao)進(jin)行(xing)(xing)風險評價(jia)和隱患(huan)治理工(gong)作。
01 穿(chuan)越管道基(ji)本情(qing)況(kuang)
穿越管(guan)(guan)道(dao)為(wei)(wei)L27平臺(tai)外輸(shu)管(guan)(guan)道(dao)和L28注供水(shui)管(guan)(guan)道(dao)，L27平臺(tai)外輸(shu)管(guan)(guan)道(dao)是(shi)油氣水(shui)混輸(shu)管(guan)(guan)道(dao)，規(gui)格(ge)為(wei)(wei)Φ219mm×7mm，穿河(he)長度(du)(du)580m，設計(ji)壓力1.6MPa，最高運行溫度(du)(du)40℃，建(jian)設時間為(wei)(wei)2006年；L28注供水(shui)管(guan)(guan)道(dao)輸(shu)送的是(shi)處理合格(ge)的回注水(shui)，規(gui)格(ge)為(wei)(wei)Φ219mm×7mm，穿河(he)長度(du)(du)560m，設計(ji)壓力2.5MPa，最高運行溫度(du)(du)35℃，建(jian)設時間為(wei)(wei)2007年。
管(guan)道(dao)(dao)無(wu)收發(fa)球筒，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)掛片監測數據顯示(shi)L28注供(gong)水管(guan)道(dao)(dao)的平(ping)均腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率最高達到0.2038mm/a，根據GB/T 23258-2009《鋼質管(guan)道(dao)(dao)內(nei)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)控制規范》，其腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)級別(bie)屬于較嚴重，且(qie)其下(xia)游生(sheng)(sheng)產(chan)平(ping)臺(tai)計量間外(wai)輸和摻(chan)水管(guan)段已累計發(fa)生(sheng)(sheng)15次內(nei)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)失(shi)效，管(guan)道(dao)(dao)失(shi)效風險(xian)高。
02 管道檢測評價
由于基礎資料缺失，穿越管(guan)(guan)段(duan)的(de)(de)高程變化、定(ding)向(xiang)鉆出入土點均不(bu)(bu)清(qing)楚(chu)(chu)，管(guan)(guan)道(dao)自投產(chan)以來未(wei)開展過檢測評價(jia)，管(guan)(guan)道(dao)本(ben)體(ti)腐蝕狀(zhuang)況也(ye)不(bu)(bu)清(qing)楚(chu)(chu)，難于科學合(he)理地制定(ding)管(guan)(guan)道(dao)隱患(huan)治理方(fang)案。根據管(guan)(guan)道(dao)特點、治理費(fei)用和(he)現場(chang)敷(fu)設情況，采取組(zu)合(he)式(shi)電磁-聲(sheng)波(bo)法、非接(jie)觸磁應力檢測和(he)直接(jie)開挖相(xiang)結合(he)的(de)(de)檢測方(fang)案，以確定(ding)管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)走向(xiang)、埋深、定(ding)向(xiang)鉆出入土點和(he)腐蝕狀(zhuang)況。
管道走向和埋深(shen)
通(tong)過組合式電磁-聲波(bo)法(fa)確定了(le)管(guan)道(dao)的走向和埋(mai)深，結果(guo)分別如圖1和圖2所示。圖1中紅色為(wei)L27外輸管(guan)道(dao)，綠色為(wei)L28注供水管(guan)道(dao)，管(guan)道(dao)上方有河(he)流、養殖池、民(min)房、工廠(chang)，敷設環境敏感。
圖1 管道走向平面圖
圖(tu)2 L27平臺外(wai)輸(shu)管道的埋(mai)深(shen)
穿越管(guan)段出入土點
由于(yu)管(guan)道(dao)(dao)投產(chan)時(shi)間(jian)較久，管(guan)道(dao)(dao)地面(mian)標識缺(que)失，通過管(guan)道(dao)(dao)埋深(shen)檢測和非接(jie)觸磁應力檢測組合方(fang)法比較精準地確定了(le)兩(liang)條(tiao)管(guan)道(dao)(dao)定向鉆出(chu)(chu)入土(tu)點(dian)。L27平臺(tai)外輸(shu)管(guan)道(dao)(dao)以柳(liu)27站(zhan)為起(qi)(qi)點(dian)，出(chu)(chu)入土(tu)點(dian)分(fen)別在(zai)里程(cheng)(cheng)303m和794m處(chu)；L28注供水管(guan)道(dao)(dao)以柳(liu)28站(zhan)為起(qi)(qi)點(dian)，出(chu)(chu)入土(tu)點(dian)分(fen)別在(zai)里程(cheng)(cheng)114m和662m處(chu)。
管道腐蝕(shi)狀況
由于穿(chuan)越段(duan)管(guan)道(dao)超量程(cheng)無(wu)法采集磁數(shu)據，只能對(dui)穿(chuan)越段(duan)兩側(ce)管(guan)道(dao)進行非接觸磁應力檢(jian)測(ce)。檢(jian)測(ce)結果表(biao)明，L27平臺外輸(shu)管(guan)道(dao)有Ⅱ級磁異常(chang)點（段(duan)）11處(chu)，Ⅲ級磁異常(chang)點（段(duan)）7處(chu)，L28注供(gong)水(shui)管(guan)道(dao)有Ⅱ級磁異常(chang)點（段(duan)）12處(chu)，Ⅲ級磁異常(chang)點（段(duan)）6處(chu)，具(ju)體情況見下表(biao)：
表：穿(chuan)越段兩側管道磁異(yi)常統計表
開挖驗(yan)證
為確認管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)檢測(ce)結果，對兩條(tiao)穿越管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)進行了(le)開挖驗證，確認了(le)兩條(tiao)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)定向鉆穿越出入土(tu)點定位準確。對Ⅱ級磁(ci)異常點（段）進行了(le)超聲波(bo)直(zhi)接測(ce)厚(hou)，其中(zhong)(zhong)L28注供(gong)水(shui)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)最(zui)小壁(bi)厚(hou)為5.31mm，壁(bi)厚(hou)減(jian)薄24.1%，根據SY/T 0087.2-2012《鋼(gang)質(zhi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)及儲罐腐(fu)蝕(shi)(shi)評價標準埋地鋼(gang)質(zhi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)內腐(fu)蝕(shi)(shi)直(zhi)接評價》，管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)金屬腐(fu)蝕(shi)(shi)程度均為“中(zhong)(zhong)”；L27外輸管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)最(zui)小壁(bi)厚(hou)為6.23mm，壁(bi)厚(hou)減(jian)薄11%，管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)金屬腐(fu)蝕(shi)(shi)程度為“輕”，管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)具有(you)修復價值。
03 穿越管道治理方案(an)制定
對下游(you)管(guan)道(dao)(dao)失效情況進行分析(xi)可知，15次管(guan)道(dao)(dao)失效均(jun)是由(you)內(nei)腐蝕(shi)導致，所以(yi)本次腐蝕(shi)隱患治理(li)方(fang)案(an)主要從(cong)內(nei)腐蝕(shi)防治角度考慮。從(cong)檢測結果來看，穿(chuan)越(yue)管(guan)道(dao)(dao)壁(bi)厚符合要求，原管(guan)道(dao)(dao)采用定向鉆穿(chuan)越(yue)方(fang)法施(shi)工，穿(chuan)越(yue)段無90°彎頭，可以(yi)進行在線修復治理(li)。初(chu)步確定三種治理(li)方(fang)案(an)：
1 采(cai)用(yong)等徑壓縮HDPE（高(gao)密度聚(ju)乙烯）管內襯修(xiu)復技術進行在線修(xiu)復；
2 將定向(xiang)鉆穿越管道更換為內涂層鋼質管道；
3 采用在線內涂層技術對(dui)原有管道進行內防腐。
從治(zhi)理(li)費(fei)用角(jiao)度(du)考慮(lv)，在(zai)線內涂(tu)層(ceng)(ceng)技(ji)術(shu)費(fei)用最低，定向鉆(zhan)穿越管(guan)(guan)道更換內涂(tu)層(ceng)(ceng)鋼(gang)質管(guan)(guan)道的成本最高；從耐腐(fu)蝕性(xing)能角(jiao)度(du)考慮(lv)，等徑壓(ya)縮(suo)HDPE管(guan)(guan)內襯修(xiu)復技(ji)術(shu)對(dui)管(guan)(guan)道內防(fang)腐(fu)蝕效果(guo)最好，在(zai)線內涂(tu)層(ceng)(ceng)技(ji)術(shu)相對(dui)差(cha)些。通過技(ji)術(shu)可行性(xing)和(he)經濟性(xing)對(dui)比，最終(zhong)確定采(cai)用等徑壓(ya)縮(suo)HDPE管(guan)(guan)內襯修(xiu)復技(ji)術(shu)對(dui)管(guan)(guan)道進(jin)行腐(fu)蝕隱患治(zhi)理(li)。
04 治(zhi)理方案實施
內(nei)襯修復工(gong)藝
等(deng)徑壓(ya)縮(suo)HDPE管(guan)(guan)(guan)(guan)內襯修(xiu)復(fu)技術(shu)使(shi)(shi)用一種外徑比原管(guan)(guan)(guan)(guan)道內徑稍大(da)的改(gai)性(xing)(xing)HDPE管(guan)(guan)(guan)(guan)，經多級等(deng)徑壓(ya)縮(suo)，暫時減小(xiao)改(gai)性(xing)(xing)HDPE管(guan)(guan)(guan)(guan)的外徑，通過(guo)牽引(yin)機將(jiang)HDPE管(guan)(guan)(guan)(guan)拉入清(qing)洗除瘤合格的主管(guan)(guan)(guan)(guan)道內，經過(guo)一段時間后，改(gai)性(xing)(xing)HDPE管(guan)(guan)(guan)(guan)慢(man)慢(man)恢復(fu)并與原管(guan)(guan)(guan)(guan)道內壁(bi)緊緊地結合在一起(qi)，形成“管(guan)(guan)(guan)(guan)中管(guan)(guan)(guan)(guan)”的復(fu)合結構，達到防(fang)腐(fu)蝕和(he)提高(gao)原管(guan)(guan)(guan)(guan)道承壓(ya)能力(li)、延長使(shi)(shi)用壽(shou)命的目的。該技術(shu)具有(you)修(xiu)復(fu)速度快(kuai)、費用低、內防(fang)腐(fu)性(xing)(xing)能好、原位修(xiu)復(fu)等(deng)特點。
關鍵施工工序及要求
1 管道(dao)清(qing)(qing)洗(xi) 采用(yong)(yong)PIG（通球，由特殊的(de)聚氨酯材(cai)料(liao)制(zhi)成的(de)形(xing)如(ru)子彈的(de)清(qing)(qing)洗(xi)材(cai)料(liao)）物理(li)清(qing)(qing)洗(xi)和剛性清(qing)(qing)管器清(qing)(qing)理(li)，可有效(xiao)清(qing)(qing)洗(xi)管道(dao)內(nei)焊瘤、污垢、氧化皮、泥沙及其他異物。清(qing)(qing)洗(xi)結束后(hou)，用(yong)(yong)內(nei)窺(kui)電視進行(xing)檢查，要(yao)求管道(dao)內(nei)壁基本沒(mei)有成塊的(de)腐蝕物以及污垢，尤其是(shi)不能有尖銳硬垢的(de)存在，以防止(zhi)對內(nei)襯(chen)管造成損傷。
2 HDPE管尺(chi)寸 管道斷開(kai)后，確(que)保管口沒有尖銳硬物(wu)損(sun)傷(shang)PE管，采(cai)用(yong)管道內部尺(chi)寸檢測(ce)儀(yi)器(qi)測(ce)量管道的橢圓度和內徑尺(chi)寸，根(gen)據檢測(ce)結果確(que)定本次穿越管道HDPE管規格為Φ204mm×6mm。
3 HDPE管(guan)熱熔焊(han)(han)(han)接 采用先進(jin)的(de)HDPE管(guan)熱熔焊(han)(han)(han)接技術，將HDPE管(guan)逐根焊(han)(han)(han)接，保證焊(han)(han)(han)縫(feng)的(de)強度高(gao)于(yu)HDPE管(guan)體(ti)(ti)。焊(han)(han)(han)縫(feng)處無氣(qi)泡、裂紋(wen)、脫(tuo)皮和明(ming)顯的(de)痕紋(wen)、凹陷，且色澤一致(zhi)為(wei)表觀(guan)檢查合(he)格。焊(han)(han)(han)接完成(cheng)后進(jin)行氣(qi)密(mi)性試壓(ya)，試驗壓(ya)力為(wei)0.1MPa，穩(wen)壓(ya)1小時(shi)無泄漏為(wei)合(he)格。
4 HDPE管(guan)試(shi)(shi)穿插(cha)(cha)(cha) 為保(bao)證全線穿插(cha)(cha)(cha)工作的順利進(jin)(jin)行(xing)，先用一段(duan)HDPE管(guan)進(jin)(jin)行(xing)試(shi)(shi)穿插(cha)(cha)(cha)，以(yi)確定摩(mo)擦(ca)阻力大小，檢查試(shi)(shi)樣內襯(chen)管(guan)的表面損傷情況，了解待修(xiu)主管(guan)清垢、除(chu)瘤、除(chu)垢效果(guo)。劃(hua)痕少且(qie)深度不(bu)超過(guo)管(guan)道壁厚的15%，則試(shi)(shi)穿成功，若(ruo)試(shi)(shi)穿插(cha)(cha)(cha)結果(guo)達不(bu)到要求，則需重新進(jin)(jin)行(xing)清管(guan)、除(chu)餾等措(cuo)施，直至(zhi)試(shi)(shi)穿插(cha)(cha)(cha)合格(ge)方可進(jin)(jin)行(xing)整(zheng)體(ti)(ti)穿插(cha)(cha)(cha)。
5 管(guan)(guan)(guan)道內穿插(cha)作業(ye) 多級滾輪(lun)徑(jing)向均勻(yun)壓縮，每級縮徑(jing)不(bu)大(da)于(yu)3%，最終縮徑(jing)10%左右，保證縮徑(jing)過程中(zhong)HDPE管(guan)(guan)(guan)沒有(you)急(ji)劇變形和應力集中(zhong)，保持(chi)原有(you)的記(ji)憶特性和物(wu)理、化學性能，并在(zai)穿越管(guan)(guan)(guan)道兩端(duan)安裝排(pai)(pai)氣孔，將內襯層和鋼管(guan)(guan)(guan)間(jian)(jian)的環(huan)形空間(jian)(jian)與大(da)氣層連通，使環(huan)形空間(jian)(jian)氣體全部排(pai)(pai)出，為HDPE管(guan)(guan)(guan)和主管(guan)(guan)(guan)道內壁緊(jin)密貼合提(ti)供了(le)技術(shu)保障。
HDPE管(guan)用動力絞盤(pan)和(he)纜索直接從插入點拉入終點，牽(qian)引過(guo)程(cheng)中應對牽(qian)引力進行連續(xu)監測。根(gen)據(ju)SY/T 4110-2007《采用聚乙烯內襯修復管(guan)道(dao)施工技術規范》，牽(qian)引力應小于(yu)內襯管(guan)屈服(fu)強度的(de)50%與管(guan)壁(bi)橫(heng)截面積(ji)的(de)乘積(ji)，如下式：
Fmax =σS A/2 （1）
式中：Fmax為(wei)最大(da)牽(qian)引力即安(an)全牽(qian)引力，kN；σS為(wei)內襯管(guan)的屈服強度，kPa；A為(wei)內襯管(guan)截面面積，m2。
需要注意(yi)的(de)(de)是聚乙(yi)烯(xi)內襯(chen)層材料的(de)(de)彈性模(mo)量(liang)與安全(quan)牽引(yin)力與時間有關，聚乙(yi)烯(xi)內襯(chen)管耐短期(qi)(qi)載荷能(neng)力強，而耐長期(qi)(qi)載荷能(neng)力相對較弱，在(zai)安裝過程中(zhong)應(ying)考慮管道內襯(chen)對牽引(yin)力的(de)(de)耐久性，SY/T4110-2007標準給出(chu)了高密(mi)度聚乙(yi)烯(xi)的(de)(de)彈性模(mo)量(liang)和安全(quan)牽引(yin)力隨時間變化的(de)(de)典(dian)型值，見(jian)下表：
表：高密度聚乙烯的彈性模量和安全(quan)牽引(yin)力隨時(shi)間變化的典型(xing)值
6 壓力試(shi)驗(yan)(yan) HDPE管內穿插結束24小時后，通過內窺(kui)電(dian)視檢驗(yan)(yan)確認內襯(chen)管復(fu)原表觀質量無問(wen)題，方可進行壓力試(shi)驗(yan)(yan)。壓力試(shi)驗(yan)(yan)以清水為介質，壓力為設計壓力的1.5倍，穩(wen)壓不小于(yu)24小時，壓降小于(yu)或(huo)等于(yu)試(shi)驗(yan)(yan)壓力的1%為合格(ge)。
7 HDPE管連頭 試壓(ya)合格(ge)后可進行穿(chuan)河修復管道(dao)的連頭作業。連頭采用(yong)高(gao)壓(ya)鋼(gang)塑復合法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)連接，該復合法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)由鋼(gang)法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)和HDPE法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)組成，鋼(gang)法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)與HDPE法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)之間(jian)使用(yong)金(jin)屬墊片密(mi)封，兩片鋼(gang)法(fa)蘭(lan)(lan)(lan)之間(jian)采用(yong)螺栓(shuan)進行緊固，整體試壓(ya)合格(ge)后投運。
結(jie) 論
由于兩(liang)條(tiao)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)穿越段(duan)距離渤(bo)海灣(wan)入(ru)海口較(jiao)近，管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)為20號無縫鋼管(guan)，內(nei)防腐(fu)蝕(shi)性(xing)能差，一旦(dan)發(fa)生(sheng)泄漏(lou)，后果(guo)非常(chang)嚴重。針對定向鉆穿越管(guan)段(duan)，提出了(le)組合式電磁(ci)-聲(sheng)波法、非接觸(chu)磁(ci)應力(li)和(he)開挖直接檢測相結合的(de)(de)綜合檢測方法，解決(jue)(jue)了(le)兩(liang)條(tiao)深埋管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)評價難(nan)題(ti)。根據檢測評價結果(guo)，最終成功應用(yong)了(le)等徑壓縮(suo)HDPE管(guan)內(nei)襯修復技術(shu)。兩(liang)條(tiao)穿越管(guan)段(duan)采用(yong)HDPE管(guan)內(nei)襯修復至今，各項參數(shu)運(yun)行正常(chang)，該(gai)技術(shu)不但有(you)效解決(jue)(jue)了(le)穿河管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)內(nei)腐(fu)蝕(shi)泄漏(lou)問題(ti)，還大(da)大(da)降低(di)了(le)治理費用(yong)，給(gei)油田創造了(le)經濟效益，特別在高后果(guo)區、穿越管(guan)段(duan)及(ji)工農關(guan)系復雜地段(duan)優勢更加明顯，提高管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)內(nei)防腐(fu)性(xing)能，延長(chang)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)使用(yong)壽命。