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复合防腐保温管道低温补口研究及应用

2019-05-13 17:17:20

中俄原油管道工程漠河至大庆段是在高纬度高寒地区敷设的口径大、地质条件复杂、环保要求高的输油管道工程。在大兴安岭地区,管道埋地穿越108km永冻土层。冻土结构复杂多变、土质坚硬富冰,易受外界干扰,稳定性较差。普通防腐管道穿越,因放热易导致冻土融沉、冻胀、管道翘曲,威肋、管道运行。沿途原始森林区生态系统脆弱,防火级别高。

因此,永冻土区主体工程选择在2009年冬季开始施工,较低环境温度-52℃。因此采用了大口径3PE防腐层一PU保温一PE防护层复合保温管道新型结构。

影响埋地管道使用寿命的因素主要包括:产品的可靠性和稳定性,施工工艺的合理性和先进性,补口(或补伤)相容性和完整性。就复合防腐保温管道而言,确保涂层连续完整,保温层一体无缝,以及防护层材质一致,是延长复合管道使用寿命的技术关键。

2008年,大庆油田开展了多项重大技术攻关,解决了复合保温管道低温补口结构及补口工艺技术难题,为漠大线工程、完成,提供了技术保障。

1   埋地管道补口技术现状

   长输管道分为防腐型和保温型。常见的防腐型包括:石油沥青管、环氧煤沥青管、煤焦油瓷漆防腐管、(单层加厚、双层)熔结环氧粉末(FBE)防腐管、聚乙烯防腐层(2PE,3PE)防腐管、聚丙烯(3PP)防腐管等,特别是3PE防腐管在欧洲普遍采用。

3PE防腐管现场补口采用液体环氧涂料外敷交联聚乙烯热收缩套(带),通过火焰加热器或中频加热器对补口部位预热、烘烤,使收缩套(带)与管体紧密结合。常见的保温型包括岩棉、聚氨酷泡沫保温管(PU),其中聚氨酷泡沫保温管应用普遍。

单纯的保温层,不足以抵御空气、雨水等侵蚀,因此工程上为确保保温结构的可靠性和有效性,   均采用了完整的保温结构形式:钢材一防腐层一保温层一防水保护层。与防腐管道补口工序相同,在补口施工前,对补口部位钢管表面喷砂处理,质量达到Sat级。保温层补口程序:防腐层补口一保温层补口一防护层补口。目前工程上保温管补口的主材有:热收缩套(带)、聚乙烯冷缠带或电热熔套等。

防腐保温管道补口结构对延长管道使用寿命至关重要。管道腐蚀绝大多数是由于补口失效进水引起的,国外防腐界认为,确保管道补口处一体无缝是关键所在。因此,管道补口结构的总要求是:补口材料及结构应与管道本体同材质;补口及补伤处等级质量不低于本体;当采用其他结构形式补口时,防腐保温等级及质量应不低于成品管的防腐保温层指标要求。上述常见结构及施工方法都是基于一种条件,即常温防腐保温材料在常温下施工。

2漠大线复合防腐保温管道补口技术要求

2.1技术难点

漠大线地处高寒地区,冬季施工的环境条件、补口材料、补口结构、补口工艺面临的不利因素包括:寒冷地区的特殊环境,冬季平均气温-30℃,极端温度-45℃,相对湿度60%一85%,风速较小3m/s,平均7.8m/s,野外长时间作业困难大;钢管与聚乙烯物理特性不同,钢材热膨胀系数与聚乙烯相差很大;低温状态管线对施工限制,低温收缩挤压应力、加热膨胀热应力造成开胶;低温液化气或丙烷气不   燃烧产生结碳,烘烤热量损失,加热不均匀;低温状态对补口材料的影响很大,环氧底漆在低温状态下处于高劲稠状态,难搅拌、固化慢,热缩带低温坚硬、冷脆,火焰烘烤不均匀受热,易出现翘边、起褶。

2.2解决方案

管道低温补口在   尚无成熟经验借鉴,常规的操作规程和方法并不适用。采用低温粘弹体带和防腐膏新材料防水密封,预制保温瓦块、聚丙烯外护带补强新结构,研究中频感应加热取消明火新工艺,解决了补口难题。

2。3低温管道补口结构

爱波网根据标准关于同材质、同结构的补口要求,常规的防腐保温管补口结构一般为:钢管一环氧底漆一热缩套一聚氨酷泡沫一电热熔套袖。针对材料粘接力受低温影响,覆土后接口处热胀冷缩可能产生接缝裂纹渗水等问题,提出了以下新的补口结构:固体环氧涂料(打底)一粘弹体防腐胶带(加强)一聚氨酷保温瓦块(保温)一电热熔补口套袖(热熔粘接)一粘弹体防腐膏(密封防水)一聚丙烯外护带(加强防护)。

特点是防腐层粘接力强,保温瓦结构完整,外护层同材质,接缝处过渡补强,低温补口,密封完整无渗漏。保温补口结构。

2.4优选低温补口材料及粘接技术

按照分层补口原则,接口处补口包括底层3PE补口和保温层补口。   常温的补口材料包括:环氧底漆、热缩套(带)、现场灌注发泡、电热熔套。经过反复调研并试验,采用了以下新材料、新技术。

爱波网(1)双组份固体环氧涂料代替原环氧底漆涂料,可低温涂刷,低温固化速度快,与钢管底层遮盖率100%;

(2)粘弹体防腐胶带代替了原热缩套(带)防腐,低温无烘烤粘接,检测粘接强度大于50N/cm满足需要;

(3)聚氨酷泡沫瓦块代替现场扣模发泡,工厂预制的定型聚氨酷保温瓦在现场扣接,缩短现场施工时间;

(4)聚丙烯带取代聚乙烯带,采用聚丙烯带粘接在聚乙烯外护管和热熔套的外表面,实现接缝强度保护。

2.5低温管道补口操作工艺技术

2.5.1补口工艺流程

接口中频感应器预热一喷砂除锈一远红外预热一聚乙烯打毛一粘弹体带补口一聚氨酷壳粘接一外护管局部机械打毛一套袖熔合焊一环缝牺牲套补强一中频加热。

2。5。2主要技术要点

新的补口结构,较大限度地满足了低温环境的操作需求。为达到施工现场全天候操作的工艺保障条件,在常规操作基础上,实施以下技术措施:

(1)管口清理、喷砂除锈:高寒地区冬季管口防腐前先用中频加热器对管口进行加热、除霜干燥,然后迅速进行喷砂、除锈、管口清洁及再加热,加热温度控制在115℃以下。

(2)保温补口处理区域密封、表面处理:用塑料膜和胶带将喷砂除锈处理后的补口区域密封,注入气体处理剂15min以后,用尾气处理装置抽出密封区内的气体,除去密封膜和胶带。

(3)粘弹体带补口:自管体上部向下缠绕,张力适度,边缠绕边用橡胶辊揩压胶带,保持平整,使其与管体密封良好。缠绕部位管体温度应高于一30℃,以保证粘接力满足要求。

(4)安装聚氨酷发泡保温瓦块:现场拼装预制的聚氨酷发泡保温瓦块,根据补口部位的形状及尺寸修整瓦块,用捆绑带紧固,再用包装带捆绑。

爱波网(5)安装热熔补口套:清理热熔补口套安装部位,将其推置到补口部位,焊口位置位于补口套正中,用捆绑带固定热熔补口套,搭接部位使用钢板进行校正压实,确保热熔部位无空隙,通电进行电热熔,热熔后试压,检测其严密性,试验时间为30s,不泄压、严密为合格。

每道补口6道工序,16个施工步骤,补口后进行气密性检验,低温粘接强度、低温拉伸强度测试均合格,补口质量合格率100%o漠大线运行实践表明,该补口结构及工艺技术满足永冻土地区特殊地理条件和地质环境要求。

高纬度高寒地区复合防腐保温管道分层补口和环缝补强结构符合保温管道补口结构与管体同材质的基本要求。粘弹体防腐带、粘弹体防腐膏、聚氨酷保温瓦块以及聚丙烯补强带新材料应用,解决了复合管低温补口施工技术难题。无明火中频感应预热和加热、预处理表面局部密闭,符合大兴安岭地区施工环保基本要求,提高了粘接质量和工艺水平。该工艺技术的研究成功,推动了国内管道施工技术发展,对今后类似管道工程建设具有借鉴作用。


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