长寿命海底管道现场节点防腐设计

摘要：本文主要介绍海底管线目前最常用节点防腐设计及施工工艺。

关键词：腐蚀 热缩套/带 补口

引言

“海底管线”术语用于表示海水中或海泥中的管道，根据输送流体的不同一般可以分为输油管线，输气管线，油气混输管线和注水管线等等，是保证油气田正常运转的生命线。但海底管线所处的环境为海水和海底沉积物，是一种复杂的腐蚀介质，海水的特性在于它的盐含量相当大。不同海域的海底沉积物，腐蚀性差别也很大。在腐蚀条件苛刻的海水、海泥环境下，钢质管线的外部腐蚀十分严重，目前海管的外防腐采用涂装系统与阴极保护联合保护的方法。相对海底极其苛刻的腐蚀条件下，节点的防腐就变得至关重要，根据管道科学院对海底管线腐蚀原因的调查分析揭示，凡是出现质量问题的管线，75%～85%是接点处防护密封不严而腐蚀破坏造成的，接点防护的设计质量，是未来影响海底管线安全的至关重要的因素。本文主要介绍海底管线节点防腐技术。

1 海底管道常用补口技术

在中国海洋海底管道节点防腐技术中，热缩带补口技术为最常用节点防腐方法。

1.1 热缩带的原理：

热收缩带是利用射线对聚乙烯进行辐射交联，再经扩张定型后制成的。聚乙烯在一定剂量的射线作用下，其分子结构中的一部分主链或侧链可能被射线切断，产生一定数量的游离基，这些游离基彼此结合形成交联链，导致分子量增加，使聚乙烯的线状分子结构转变成热固性聚合物那样的网状大分子结构。这样，聚乙烯原有的性质就会发生改变，这个过程称为辐射交联反应。

聚乙烯是结晶型高聚物，经辐射交联的聚乙烯晶相含量有所降低，但其耐热性和机械强度有所提高，聚合物仍呈现一定的柔性和弹性。当加热到其结晶熔融温度以上时，交联聚乙烯仍具有一定强度，在此温度下，在一定外力作用下产生伸张形变。在外力存在时，冷却使形变“冻结”而固定下来，在无外力作用时再加热到结晶熔融温度，则使其“解冻”并收缩回去，恢复到原来形状。高聚物的这种行为被称为“记忆”效应。

1.2热缩带补口技术的施工工艺

1.2.1补口清理

补口前应将官道焊接接口进行清理，除去尘土，并用汽油或除油剂等方法去除表面的油污、偶合剂等污染物，防止热收缩套/带补口后出现气鼓或黏结力不够。

1.2.2补口预热、测量

采用火焰烧烤的方式将补口处的裸钢管进行预热处理，预热温度控制在厂家推荐的预热温度。

1.2.3 安装热收缩套/带

将热收缩套/带内侧的牛皮纸、塑料带拉出，清除干净其表面。热收缩套/带在安装过程中要防止将泥土、草等杂物粘在内侧的胶体上，用毛巾擦去表面的污物和水珠。把热收缩套/带移至补口管段的中部，保证两端搭接宽度均匀一致。热收缩套/带与管道防腐层的搭接不应小于100mm。使用热收缩套时， 将收缩套与管壁四周排空空气。热收缩带周向搭接不应小于80mm.

1.2.4 加热热收缩套/带

用液化石油气做燃料，采用专用烤把加热热收缩套/带，加热温度控制在140-110℃。根据液化石油气罐内气体压力的高低和操作人员的熟练程度控制燃气量的大小，以防局部加热过快而烧焦热收缩套/带。对于大口径管道补口，为防止热收缩套/带出现皱纹，补口时两操作工应在管道两边同时环向加热，并要在同一截面上，保证周向收缩均匀。加热时可用橡胶辊挤压或戴上耐热手套用手挤压收缩套/带，以完全排除空气。

1.2.5 检查验收

补口质量应检验外观、漏点和黏结力等三项内容。外观检查：热收缩套/带表面应平整，无褶皱、气泡、炭化等现象；热收缩套/带周向及固定片四周应有胶黏剂均匀溢出。漏点检查：采用电火花检漏仪进行漏点检查，电压为15kV，若有针孔，应重新补口并检漏。补口后热收缩套（带）的黏结力按DNV RP F102-2003规定的方法进行检验，管体温度在25℃±5℃时的剥离强度不应小于25N/cm（EN12068，双层结构HSS ），通常每100个补口抽检一个补口。

2节点结构设计

我国海洋石油常用的海底管线防腐涂层及节点防腐结构

带配重和不带配重对于节点防腐热缩带的要求是一样的，不同的是配重管线节点在施工完成热缩带后整体灌注沥青马蹄脂。另外针对目前马蹄脂出现了预热温度难以控制的问题，目前采用混凝土现场节点缠绕热缩带后整体灌注开孔型聚氨酯泡沫HDPUF。

针对目前海底管线的铺设状况，以及铺管船托管架滚轮的结构状态，配重管的节点处可以不灌注马蹄脂或HDPUF，在缠绕完防腐热缩带后直接下水。

3海底管线防腐涂层选择

对目前国内海洋石油施工条件以及输送介质温度以及埋设状态等因素对现场节点防腐涂层进行材料选择。热缩带由于其快速的施工条件和良好的防腐效果已经是海底管线最常用的节点防腐形式。基于DNV RP F103对节点防腐涂层最高温度的限制，70℃操作温度下我们可以选用常规两层马蹄脂型热缩带和三层结构热熔胶型热缩带。高于70℃操作温度下我们则要选择更高等级的三层结构聚丙烯热缩带进行现场节点防腐。

对于三层结构聚乙烯主管线防腐涂层，由于高密度聚乙烯（PE80）维卡软化点在127℃而在负载50N, 加热速度50K/hr的维卡软化点仅为60-80℃。这也是三层结构聚乙烯防腐涂层在海水中最大适用的操作温度为80℃原因。更高的操作温度则必须采用三层聚丙烯防腐涂层，另外水深、埋设状态、铺设条件等等也须考虑在海管防腐涂层的选择过程中。

4结论与建议

目前海洋石油海底管线节点处防腐主要采用热缩带补口技术。配重管线节点采用热缩带防腐后整体灌注开孔聚氨酯泡沫。

为了更好的控制节点防腐质量，提高海管铺设的速率，适当的控制节点防腐涂层质量，混凝土配重管道节点防腐在安装完成热缩带后，不需要再进行沥青马蹄脂或HDPUF灌注即可满足设计需要。