河流穿越管道腐蝕檢測與修復
2021-02-01 05:24:07
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在某陸上油田作業(yè)區(qū)生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，兩條定向鉆管道穿越一條寬度約90米的河流，該河流下游與渤海灣入?？谙噙B，穿越處距離入海口僅5.2公里，管道投產(chǎn)時間均已超過12年，屬于典型的“雙高”管道。如果管道發(fā)生泄漏且處理不及時，不僅會給油田帶來巨大的經(jīng)濟損失，而且會導致嚴重的環(huán)境污染。
為了提高管道內(nèi)防腐蝕能力，延長管道的使用壽命，確保管道長期安全穩(wěn)定運行，避免因腐蝕泄漏造成嚴重環(huán)境污染事件，急需對該管道進行風險評價和隱患治理工作。
01 穿越管道基本情況
穿越管道為L27平臺外輸管道和L28注供水管道，L27平臺外輸管道是油氣水混輸管道，規(guī)格為Φ219mm×7mm，穿河長度580m，設計壓力1.6MPa，最高運行溫度40℃，建設時間為2006年；L28注供水管道輸送的是處理合格的回注水，規(guī)格為Φ219mm×7mm，穿河長度560m，設計壓力2.5MPa，最高運行溫度35℃，建設時間為2007年。
管道無收發(fā)球筒，腐蝕掛片監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示L28注供水管道的平均腐蝕速率最高達到0.2038mm/a，根據(jù)GB/T 23258-2009《鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕控制規(guī)范》，其腐蝕級別屬于較嚴重，且其下游生產(chǎn)平臺計量間外輸和摻水管段已累計發(fā)生15次內(nèi)腐蝕失效，管道失效風險高。
02 管道檢測評價
由于基礎(chǔ)資料缺失，穿越管段的高程變化、定向鉆出入土點均不清楚，管道自投產(chǎn)以來未開展過檢測評價，管道本體腐蝕狀況也不清楚，難于科學合理地制定管道隱患治理方案。根據(jù)管道特點、治理費用和現(xiàn)場敷設情況，采取組合式電磁-聲波法、非接觸磁應力檢測和直接開挖相結(jié)合的檢測方案，以確定管道的走向、埋深、定向鉆出入土點和腐蝕狀況。
管道走向和埋深
通過組合式電磁-聲波法確定了管道的走向和埋深，結(jié)果分別如圖1和圖2所示。圖1中紅色為L27外輸管道，綠色為L28注供水管道，管道上方有河流、養(yǎng)殖池、民房、工廠，敷設環(huán)境敏感。
圖1 管道走向平面圖
圖2 L27平臺外輸管道的埋深
穿越管段出入土點
由于管道投產(chǎn)時間較久，管道地面標識缺失，通過管道埋深檢測和非接觸磁應力檢測組合方法比較精準地確定了兩條管道定向鉆出入土點。L27平臺外輸管道以柳27站為起點，出入土點分別在里程303m和794m處；L28注供水管道以柳28站為起點，出入土點分別在里程114m和662m處。
管道腐蝕狀況
由于穿越段管道超量程無法采集磁數(shù)據(jù)，只能對穿越段兩側(cè)管道進行非接觸磁應力檢測。檢測結(jié)果表明，L27平臺外輸管道有Ⅱ級磁異常點（段）11處，Ⅲ級磁異常點（段）7處，L28注供水管道有Ⅱ級磁異常點（段）12處，Ⅲ級磁異常點（段）6處，具體情況見下表：
表：穿越段兩側(cè)管道磁異常統(tǒng)計表
開挖驗證
為確認管道檢測結(jié)果，對兩條穿越管道進行了開挖驗證，確認了兩條管道定向鉆穿越出入土點定位準確。對Ⅱ級磁異常點（段）進行了超聲波直接測厚，其中L28注供水管道最小壁厚為5.31mm，壁厚減薄24.1%，根據(jù)SY/T 0087.2-2012《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕評價標準埋地鋼質(zhì)管道內(nèi)腐蝕直接評價》，管道金屬腐蝕程度均為“中”；L27外輸管道最小壁厚為6.23mm，壁厚減薄11%，管道金屬腐蝕程度為“輕”，管道具有修復價值。
03 穿越管道治理方案制定
對下游管道失效情況進行分析可知，15次管道失效均是由內(nèi)腐蝕導致，所以本次腐蝕隱患治理方案主要從內(nèi)腐蝕防治角度考慮。從檢測結(jié)果來看，穿越管道壁厚符合要求，原管道采用定向鉆穿越方法施工，穿越段無90°彎頭，可以進行在線修復治理。初步確定三種治理方案：
1 采用等徑壓縮HDPE（高密度聚乙烯）管內(nèi)襯修復技術(shù)進行在線修復；
2 將定向鉆穿越管道更換為內(nèi)涂層鋼質(zhì)管道；
3 采用在線內(nèi)涂層技術(shù)對原有管道進行內(nèi)防腐。
從治理費用角度考慮，在線內(nèi)涂層技術(shù)費用最低，定向鉆穿越管道更換內(nèi)涂層鋼質(zhì)管道的成本最高；從耐腐蝕性能角度考慮，等徑壓縮HDPE管內(nèi)襯修復技術(shù)對管道內(nèi)防腐蝕效果最好，在線內(nèi)涂層技術(shù)相對差些。通過技術(shù)可行性和經(jīng)濟性對比，最終確定采用等徑壓縮HDPE管內(nèi)襯修復技術(shù)對管道進行腐蝕隱患治理。
04 治理方案實施
內(nèi)襯修復工藝
等徑壓縮HDPE管內(nèi)襯修復技術(shù)使用一種外徑比原管道內(nèi)徑稍大的改性HDPE管，經(jīng)多級等徑壓縮，暫時減小改性HDPE管的外徑，通過牽引機將HDPE管拉入清洗除瘤合格的主管道內(nèi)，經(jīng)過一段時間后，改性HDPE管慢慢恢復并與原管道內(nèi)壁緊緊地結(jié)合在一起，形成“管中管”的復合結(jié)構(gòu)，達到防腐蝕和提高原管道承壓能力、延長使用壽命的目的。該技術(shù)具有修復速度快、費用低、內(nèi)防腐性能好、原位修復等特點。
關(guān)鍵施工工序及要求
1 管道清洗 采用PIG（通球，由特殊的聚氨酯材料制成的形如子彈的清洗材料）物理清洗和剛性清管器清理，可有效清洗管道內(nèi)焊瘤、污垢、氧化皮、泥沙及其他異物。清洗結(jié)束后，用內(nèi)窺電視進行檢查，要求管道內(nèi)壁基本沒有成塊的腐蝕物以及污垢，尤其是不能有尖銳硬垢的存在，以防止對內(nèi)襯管造成損傷。
2 HDPE管尺寸 管道斷開后，確保管口沒有尖銳硬物損傷PE管，采用管道內(nèi)部尺寸檢測儀器測量管道的橢圓度和內(nèi)徑尺寸，根據(jù)檢測結(jié)果確定本次穿越管道HDPE管規(guī)格為Φ204mm×6mm。
3 HDPE管熱熔焊接 采用先進的HDPE管熱熔焊接技術(shù)，將HDPE管逐根焊接，保證焊縫的強度高于HDPE管體。焊縫處無氣泡、裂紋、脫皮和明顯的痕紋、凹陷，且色澤一致為表觀檢查合格。焊接完成后進行氣密性試壓，試驗壓力為0.1MPa，穩(wěn)壓1小時無泄漏為合格。
4 HDPE管試穿插 為保證全線穿插工作的順利進行，先用一段HDPE管進行試穿插，以確定摩擦阻力大小，檢查試樣內(nèi)襯管的表面損傷情況，了解待修主管清垢、除瘤、除垢效果。劃痕少且深度不超過管道壁厚的15%，則試穿成功，若試穿插結(jié)果達不到要求，則需重新進行清管、除餾等措施，直至試穿插合格方可進行整體穿插。
5 管道內(nèi)穿插作業(yè) 多級滾輪徑向均勻壓縮，每級縮徑不大于3%，最終縮徑10%左右，保證縮徑過程中HDPE管沒有急劇變形和應力集中，保持原有的記憶特性和物理、化學性能，并在穿越管道兩端安裝排氣孔，將內(nèi)襯層和鋼管間的環(huán)形空間與大氣層連通，使環(huán)形空間氣體全部排出，為HDPE管和主管道內(nèi)壁緊密貼合提供了技術(shù)保障。
HDPE管用動力絞盤和纜索直接從插入點拉入終點，牽引過程中應對牽引力進行連續(xù)監(jiān)測。根據(jù)SY/T 4110-2007《采用聚乙烯內(nèi)襯修復管道施工技術(shù)規(guī)范》，牽引力應小于內(nèi)襯管屈服強度的50%與管壁橫截面積的乘積，如下式：
Fmax =σS A/2 （1）
式中：Fmax為最大牽引力即安全牽引力，kN；σS為內(nèi)襯管的屈服強度，kPa；A為內(nèi)襯管截面面積，m2。
需要注意的是聚乙烯內(nèi)襯層材料的彈性模量與安全牽引力與時間有關(guān)，聚乙烯內(nèi)襯管耐短期載荷能力強，而耐長期載荷能力相對較弱，在安裝過程中應考慮管道內(nèi)襯對牽引力的耐久性，SY/T4110-2007標準給出了高密度聚乙烯的彈性模量和安全牽引力隨時間變化的典型值，見下表：
表：高密度聚乙烯的彈性模量和安全牽引力隨時間變化的典型值
6 壓力試驗 HDPE管內(nèi)穿插結(jié)束24小時后，通過內(nèi)窺電視檢驗確認內(nèi)襯管復原表觀質(zhì)量無問題，方可進行壓力試驗。壓力試驗以清水為介質(zhì)，壓力為設計壓力的1.5倍，穩(wěn)壓不小于24小時，壓降小于或等于試驗壓力的1%為合格。
7 HDPE管連頭 試壓合格后可進行穿河修復管道的連頭作業(yè)。連頭采用高壓鋼塑復合法蘭連接，該復合法蘭由鋼法蘭和HDPE法蘭組成，鋼法蘭與HDPE法蘭之間使用金屬墊片密封，兩片鋼法蘭之間采用螺栓進行緊固，整體試壓合格后投運。
結(jié) 論
由于兩條管道穿越段距離渤海灣入海口較近，管道為20號無縫鋼管，內(nèi)防腐蝕性能差，一旦發(fā)生泄漏，后果非常嚴重。針對定向鉆穿越管段，提出了組合式電磁-聲波法、非接觸磁應力和開挖直接檢測相結(jié)合的綜合檢測方法，解決了兩條深埋管道的腐蝕評價難題。根據(jù)檢測評價結(jié)果，最終成功應用了等徑壓縮HDPE管內(nèi)襯修復技術(shù)。兩條穿越管段采用HDPE管內(nèi)襯修復至今，各項參數(shù)運行正常，該技術(shù)不但有效解決了穿河管道的內(nèi)腐蝕泄漏問題，還大大降低了治理費用，給油田創(chuàng)造了經(jīng)濟效益，特別在高后果區(qū)、穿越管段及工農(nóng)關(guān)系復雜地段優(yōu)勢更加明顯，提高管道的內(nèi)防腐性能，延長管道的使用壽命。