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1、1偏远地区管道现场补口技术的挑战Field Joint Challenges in Remote Construction加拿大 Canusa-CPS 公司 Wayne Hodgins 等 王向农 译在 2005 年阿布扎比国际管道技术会议第 5 届年会上的报告摘要：全球管道技术与管道防腐层的发展趋势在很大程度上受油气藏所在地理位置的影响。这些油气藏变得越来越难勘探和开采。石油工程师要到比以前更偏远的地区勘探，找到的油气藏也往往比以前埋藏得更深。与此同时，地下开采出的油气温度和压力更高。所以，人们可能需要在更加偏僻的地方，在更加严酷的环境中建设油气管道。本文回顾了这些发展趋势，列举了几个偏远恶
2、劣环境中施工的高温管道现场补口项目事例。一、引言人们已经开发出高性能管道防腐层以满足管道工程日益增长的需求。虽然有各种各样的管道防腐层可以选用，但是，根据管道工程具体所在的地理位置选择管道防腐层是非常必要的。在北美地区，熔结环氧粉末（FBE）和两层聚乙烯（ 2LPE）已经成为主导管道防腐材料，尽管值得注意的是采纳多层管道防腐层的事例正在增多。在欧洲、亚洲、中东和南美，往往优先选择多层聚烯烃防腐层，如三层聚乙烯（3LPE）和三层聚丙烯（3LPP）。并且，新的技术也值得关注，如高性能复合防腐层（HPCC ）和多层防腐保温系统。下表列出普遍采用的各种管道防腐层，以及它们典型的最高操作温度。2表1 耐
3、高温管道防腐层防腐层类型 最高操作温度*熔结环氧粉末（FBE） 85 - 90两层聚乙烯（2LPE） 60三层聚乙烯（3LPE） 85 - 90三层聚丙烯（3LPP） 110 - 140复合型防腐层（ HPCC） 85*）数据抄自防腐材料制造商的说明书。特殊等级原料可适用更高温度。一般要根据管道业主或工程设计公司的决策选择防腐层，但是，必须考虑管道施工与操作条件。防腐管道通常是在千里之外的管道防腐厂预制的，经过长途运输后运抵偏远的施工现场。例如，新近在里海地区和在非洲的几个大型管道项目，管道都是在远东的管道防腐厂预制好，然后，通过远洋货船和卡车千里迢迢运到偏远的工地的。在长距离运输和装卸过程中
4、，防腐层的损伤是个需要特别关注的问题。与熔结环氧粉末（FBE ）相比，三层聚乙烯（3LPE）和三层聚丙烯（3LPP）防腐层更坚韧耐用，所以，运输装卸过程中的损伤比较小。作者最近造访了某个管道施工现场，看到在亚洲管道防腐厂预制的熔结环氧粉末（FBE ）防腐管道运到东欧的施工工地后，防腐层损伤严重。一旦防腐管道运到管线施工现场沿线，开始焊接的同时，就要着手开始现场焊缝防腐层的补口作业。虽然有多种补口技术可以采用，但每种补口技术都要面对现场施工条件和长期防腐性能的挑战。在特别恶劣的地理环境条件下，现场补口作业面临更大的挑战。3众所周知，工厂预制管道防腐层是在严格控制的良好条件下涂敷的，而现场焊缝防腐
5、层的补口作业要在无法预见的现场条件下实施，因为管道可能穿越的或是冻土地带，或是砂石乱飞的沙漠，或是山区，还可能是热带雨林。而不管现场条件如何恶劣，现场焊缝防腐层的补口质量和防腐性能必须达到与工厂预制管道防腐层相同的质量和性能要求。本文列举了三个各不相同的地理区域的管道现场施工条件。每个区域的管道技术规程和操作条件也是不尽相同的。但是，所有地理区域和环境条件下，现场焊缝防腐层补口的几项技术指标是一样的。二、现场施工的挑战现场补口施工可能遇到不一样的温度环境。当环境温度降到零下40时，施工非常困难。在很低的温度下，人员和设备必须停下来，等环境温度上升到适宜温度时才可继续作业。相反，当环境温度超过+
6、45时，高温烈日下施工需要额外采取防晒防中暑措施。施工条件下，昼夜环境温度变化大也是常见的事。白天气温较高，阳光充分照在防腐管道上，使管道温度明显升高。在炎热的季节里，这样的现象尤其明显。而在寒冷的季节里，许多类型的管道防腐层不朝阳的那一侧表面就会吸收土壤辐射能量。夜晚气温下降，使钢管温度明显下降，这样的温度变化造成钢管热胀冷缩，对脆性防腐层产生不利的影响。不同类型的现场焊缝防腐层补口材料需要不同的施工设备。通常，喷砂除锈表面清理设备是必须的，还需要补口部位预热设备，有的防腐层补口涂敷后还要采用加热后固化设备。例如，为使双组分液体补口涂料4充分固化，防腐层补口涂敷后还要再加热。电感应加热是最可
7、靠和最有效的现场加热方法。管道施工现场通常采用高频发生器和感应加热线圈，因为投资较少，可以按月租借设备，也可自行购置，可大大提高劳动生产率。在极端环境条件下施工时，根据防腐层类型和项目的技术规程选择感应加热设备是很重要的。双组分液体环氧涂料一般在低温下停止固化了。而且，拖延固化时间会降低防腐层的性能。当环境温度较高时，反应固化的涂料会过快固化，或者活化寿命太短而不切实际。湿度对环氧涂料的影响很有限，但是，湿度变化时，聚氨酯涂料的固化速率和物理特性可能会有很大变化。当水分与异氰酸酯之间的反应成为涂料的固化机理时，就会发生这样的情况。在管道施工沿线，熔结环氧粉末原料必须恰当储藏保管，防潮，防止极端
8、温度的影响，否则粉末涂敷时的反应能力会受到影响。像热缩套和现场缠绕的胶粘带这样的片状塑料与胶粘剂复合材料，也需要按照制造商推荐意见选择和使用。为此要正确选择产品并确保这些补口材料在管道沿线的正确储存。选择补口技术和环境条件时，需要考虑到工地上的储存条件。有些补口材料可能在使用前需要适当调整（冷却或加温）。三、典型的案例研究本文选择了三种不同的地区类型，着重探讨了这些地区极端的环境条件和现场补口作业在所处地理区域面对的挑战。这些极端区域的工作经5验几乎适用于世界任何地方的管道项目补口作业。3.1 沙漠地区这个案例研究的是中东的管道项目，涉及许多从井口到处理站的高温出油管线以及将天然气和凝析油输送
9、到517 km以外的港口的大直径长输管道。这些出油管线的设计操作温度110，采用三层聚丙烯（3LPP）防腐层，选用聚丙烯背材的热缩套作为现场焊缝补口材料。长输管道采用三层聚乙烯（3LPE）防腐层，选用三层聚乙烯热缩套作为现场焊缝补口材料。施工期间，管道施工现场阳光充足，天气炎热多砂尘，相对湿度比较低，环境温度处于35至45的范围。中午时分，管子表面温度超过65。管道由国际承包商承担施工，但他们的管道施工经验很有限，所以，为工人创造了许多培训机会。需要的施工设备包括喷砂除锈设备、采用柴油机发电机的感应发生器和加热线圈、标准的热缩套安装工具，还有防护用的帐篷。业主、设计单位、总承包商与分承包商分别
10、来自五个国家，分别承担管理、施工、检验和其他工作。所以，在原有技术规程的解释、施工进程中的沟通协调以及各项指令的贯彻实施等方面是个很大的挑战。为此，要求各方沟通时要清楚明白，记录要保存完整，所有各方应在书面细节说明上签字认可，各方应保存一份会议纪要副本，这些都是很重要的。为了确保物资顺畅运送到管道沿线的工地，需要强大的远程物流服务队伍和远离管道现场的物流办公室的后勤支持。6在环境温度较高的地方以及日夜温差变化较大的地方，由于热膨胀而会使管道从支撑块上拱起。在此情况下，用砂袋而不是用木块支撑管道，对管道防腐层的损伤较小。施工期间发生的沙尘暴会弄脏补口防腐材料，或者一夜之间就将未完工的管道埋在沙堆
11、下。沙子中含的氯化物会侵蚀管端焊接预留部位。正确实施表面处理，在喷砂除锈前擦干净待补口部位，使用不含氯化物的喷砂磨料，这些都是很重要的。沙漠地区防腐作业现场图片管道沿线的沙尘暴 部分埋在沙堆里的焊接部位高温环境中管道的移位 现场补口作业防护帐篷7管道受热移位造成防腐层破损 现场完成的聚丙烯热缩套与许多偏远地区的管道施工项目一样，管道补口施工也雇佣了当地那些没有经验的低价劳动力。为此对工人进行了强化培训，并实施严格的质量控制计划，包括漏涂点检测和现场剥离试验，确保始终正确地进行现场焊缝补口防腐作业。现场焊缝补口系统是完整配套提供的。这样供应商需要提前把许多不同的材料集中在一起，方便管道承包商现场
12、施工。由于施工期一般比较长，如果从千里之外调遣分包商的专业人员到现场作业，这样需要的劳动力成本会相当高。为应答承包商的任何疑问，规划、坚持与通信（卫星电话和英特网）都发挥了重要的作用。来自不同国家的现场服务人员都要经过初步培训，并且，管道防腐工程实施过程中，他们还要继续接受培训和检查。3.2 热带雨林本项目位于赤道亚马逊雨林的热带环境，这是一条从主力油田到该石油公司生产基地的高温输油干线。管道设计操作温度90，按照北美设计公司的技术规程，管道干线采用熔结环氧粉末（FBE ）防腐层。这有点特别，因为在南美洲通常选用三8层聚乙烯（3LPE）防腐层。根据本项目早期阶段的施工经验，选用耐高温的聚乙烯背
13、衬的热缩套作为现场焊缝补口材料。当地气候特点是又热又潮湿，气温在35至47的范围，而且白天下阵雨是很正常的事。地形平坦长满密密的草木，环境保护的严格要求对管道现场施工构成很困难的工作条件。该承包商在类似的环境中有丰富的施工经验。因此，该承包商在劳动力和设备的组织和调动方面做了充分的准备。除了标准热缩套安装工具外，表面除锈和防腐作业不需要其他专门设备。由于管道所处环境的特殊性，在施工前很难获得环境保护部门办法的施工许可证，因此规定在环境敏感地区采用定向钻孔穿越技术。许多小河流和沼泽地区也需要采用混凝土加重管防止管道漂浮。热带雨林防腐作业现场图片穿越热带雨林的管道 补口作业防护帐篷9表面除锈清理
14、缠包热缩片火焰烘烤收缩热缩套 现场抽样附着力试验管道沿线长满致密的草木，还有许多野生动物，承包商要求工人格外小心保护环境，也要求工人了解他们所处的环境特点。万一野生动物来袭，现场会有医务人员救助，并会适时组织人员紧急撤离。在这些地区几乎每天傍晚都会下雨而使工期推迟，因此，在投标时要考虑这个影响。然而，使用热缩套补口的好处在于施工不受热带雨林高湿度的影响。在每段管道上，或者招募了成批新工人后，热缩套供应商技术人员都会对工人进行现场培训。施工过程的质量控制包括每一百个补口要随机抽取一个补口进行附着力试验，管道全线要进行漏涂点检测。3.3 高寒地区10加拿大和俄罗斯的北部地区都是富产石油天然气的地区
15、，那里的气候条件也是十分典型的高寒地区。选择的典型事例一个在加拿大北部地区采用高性能复合涂层（HPCC ）的管道，另一个在俄罗斯萨哈林岛采用三层聚乙烯（3LPE）防腐层的管道。防腐材料的选择是综合考虑了设计工程师的意见、尝试采用不同防腐技术的意愿以及环境的要求而做出的决定。加拿大项目还是评价X100和X120钢管在高寒地区施工可行性研究的一部分。典型的施工条件是处于零下35至零下45的高寒环境中。管道沿线是冻土地带或者地面常年被积雪覆盖。在俄罗斯的项目上，每年有段较温暖的时间，此时冻土融化，使管道沿线处于极端泥泞的条件下。参与这两个项目的承包商都有极端低温条件下施工的丰富经验。所用设备包括喷砂
16、除锈设备、催化燃气红外加热器、电感应发生器和线圈、加热取暖的工棚车与标准热缩套安装工具。极端寒冷的天气甚至影响最耐用设备的正常使用。如果温度太低，柴油发动机很难启动，所以，有时候需要保持它连续运转几天时间。设备需要有低温启动功能，并且要配备适应低温操作的低温合成油、散热器防冻液等，控制仪表盘也要有防冻保护措施。高寒地区防腐作业现场图片11现场工人培训 涂料现场储存和配制间晴好的天气 短暂的白天补口部位感应加热 烘烤收缩热缩套卡车、厢式货车和工棚车都要配备辅助加热设备，使工人有个较暖和的场所开会，使有些材料有个较暖和的地方储存，使三层热缩套系统安装前，双组分液体环氧涂料有个较暖和的地方混合配制。寒冷的气候明显增大了液体涂料和环氧底漆的粘度。热缩套系统安装前，
