河流穿越管道腐蚀检测与修复
2021-02-01 05:24:07
hualin
在某陆上油田作业区生产区域内，两条定向钻管道穿越一条宽度约90米的河流，该河流下游与渤海湾入海口相连，穿越处距离入海口仅5.2公里，管道投产时间均已超过12年，属于典型的“双高”管道。如果管道发生泄漏且处理不及时，不仅会给油田带来巨大的经济损失，而且会导致严重的环境污染。
为了提高管道内防腐蚀能力，延长管道的使用寿命，确保管道长期安全稳定运行，避免因腐蚀泄漏造成严重环境污染事件，急需对该管道进行风险评价和隐患治理工作。
01 穿越管道基本情况
穿越管道为L27平台外输管道和L28注供水管道，L27平台外输管道是油气水混输管道，规格为Φ219mm×7mm，穿河长度580m，设计压力1.6MPa，最高运行温度40℃，建设时间为2006年；L28注供水管道输送的是处理合格的回注水，规格为Φ219mm×7mm，穿河长度560m，设计压力2.5MPa，最高运行温度35℃，建设时间为2007年。
管道无收发球筒，腐蚀挂片监测数据显示L28注供水管道的平均腐蚀速率最高达到0.2038mm/a，根据GB/T 23258-2009《钢质管道内腐蚀控制规范》，其腐蚀级别属于较严重，且其下游生产平台计量间外输和掺水管段已累计发生15次内腐蚀失效，管道失效风险高。
02 管道检测评价
由于基础资料缺失，穿越管段的高程变化、定向钻出入土点均不清楚，管道自投产以来未开展过检测评价，管道本体腐蚀状况也不清楚，难于科学合理地制定管道隐患治理方案。根据管道特点、治理费用和现场敷设情况，采取组合式电磁-声波法、非接触磁应力检测和直接开挖相结合的检测方案，以确定管道的走向、埋深、定向钻出入土点和腐蚀状况。
管道走向和埋深
通过组合式电磁-声波法确定了管道的走向和埋深，结果分别如图1和图2所示。图1中红色为L27外输管道，绿色为L28注供水管道，管道上方有河流、养殖池、民房、工厂，敷设环境敏感。
图1 管道走向平面图
图2 L27平台外输管道的埋深
穿越管段出入土点
由于管道投产时间较久，管道地面标识缺失，通过管道埋深检测和非接触磁应力检测组合方法比较精准地确定了两条管道定向钻出入土点。L27平台外输管道以柳27站为起点，出入土点分别在里程303m和794m处；L28注供水管道以柳28站为起点，出入土点分别在里程114m和662m处。
管道腐蚀状况
由于穿越段管道超量程无法采集磁数据，只能对穿越段两侧管道进行非接触磁应力检测。检测结果表明，L27平台外输管道有Ⅱ级磁异常点（段）11处，Ⅲ级磁异常点（段）7处，L28注供水管道有Ⅱ级磁异常点（段）12处，Ⅲ级磁异常点（段）6处，具体情况见下表：
表：穿越段两侧管道磁异常统计表
开挖验证
为确认管道检测结果，对两条穿越管道进行了开挖验证，确认了两条管道定向钻穿越出入土点定位准确。对Ⅱ级磁异常点（段）进行了超声波直接测厚，其中L28注供水管道最小壁厚为5.31mm，壁厚减薄24.1%，根据SY/T 0087.2-2012《钢质管道及储罐腐蚀评价标准埋地钢质管道内腐蚀直接评价》，管道金属腐蚀程度均为“中”；L27外输管道最小壁厚为6.23mm，壁厚减薄11%，管道金属腐蚀程度为“轻”，管道具有修复价值。
03 穿越管道治理方案制定
对下游管道失效情况进行分析可知，15次管道失效均是由内腐蚀导致，所以本次腐蚀隐患治理方案主要从内腐蚀防治角度考虑。从检测结果来看，穿越管道壁厚符合要求，原管道采用定向钻穿越方法施工，穿越段无90°弯头，可以进行在线修复治理。初步确定三种治理方案：
1 采用等径压缩HDPE（高密度聚乙烯）管内衬修复技术进行在线修复；
2 将定向钻穿越管道更换为内涂层钢质管道；
3 采用在线内涂层技术对原有管道进行内防腐。
从治理费用角度考虑，在线内涂层技术费用最低，定向钻穿越管道更换内涂层钢质管道的成本最高；从耐腐蚀性能角度考虑，等径压缩HDPE管内衬修复技术对管道内防腐蚀效果最好，在线内涂层技术相对差些。通过技术可行性和经济性对比，最终确定采用等径压缩HDPE管内衬修复技术对管道进行腐蚀隐患治理。
04 治理方案实施
内衬修复工艺
等径压缩HDPE管内衬修复技术使用一种外径比原管道内径稍大的改性HDPE管，经多级等径压缩，暂时减小改性HDPE管的外径，通过牵引机将HDPE管拉入清洗除瘤合格的主管道内，经过一段时间后，改性HDPE管慢慢恢复并与原管道内壁紧紧地结合在一起，形成“管中管”的复合结构，达到防腐蚀和提高原管道承压能力、延长使用寿命的目的。该技术具有修复速度快、费用低、内防腐性能好、原位修复等特点。
关键施工工序及要求
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弹的清洗材料）物理清洗和刚性清管器清理，可有效清洗管道内焊瘤、污垢、氧化皮、泥沙及其他异物。清洗结束后，用内窥电视进行检查，要求管道内壁基本没有成块的腐蚀物以及污垢，尤其是不能有尖锐硬垢的存在，以防止对内衬管造成损伤。
2 HDPE管尺寸 管道断开后，确保管口没有尖锐硬物损伤PE管，采用管道内部尺寸检测仪器测量管道的椭圆度和内径尺寸，根据检测结果确定本次穿越管道HDPE管规格为Φ204mm×6mm。
3 HDPE管热熔焊接 采用先进的HDPE管热熔焊接技术，将HDPE管逐根焊接，保证焊缝的强度高于HDPE管体。焊缝处无气泡、裂纹、脱皮和明显的痕纹、凹陷，且色泽一致为表观检查合格。焊接完成后进行气密性试压，试验压力为0.1MPa，稳压1小时无泄漏为合格。
4 HDPE管试穿插 为保证全线穿插工作的顺利进行，先用一段HDPE管进行试穿插，以确定摩擦阻力大小，检查试样内衬管的表面损伤情况，了解待修主管清垢、除瘤、除垢效果。划痕少且深度不超过管道壁厚的15%，则试穿成功，若试穿插结果达不到要求，则需重新进行清管、除馏等措施，直至试穿插合格方可进行整体穿插。
5 管道内穿插作业 多级滚轮径向均匀压缩，每级缩径不大于3%，最终缩径10%左右，保证缩径过程中HDPE管没有急剧变形和应力集中，保持原有的记忆特性和物理、化学性能，并在穿越管道两端安装排气孔，将内衬层和钢管间的环形空间与大气层连通，使环形空间气体全部排出，为HDPE管和主管道内壁紧密贴合提供了技术保障。
HDPE管用动力绞盘和缆索直接从插入点拉入终点，牵引过程中应对牵引力进行连续监测。根据SY/T 4110-2007《采用聚乙烯内衬修复管道施工技术规范》，牵引力应小于内衬管屈服强度的50%与管壁横截面积的乘积，如下式：
Fmax =σS A/2 （1）
式中：Fmax为最大牵引力即安全牵引力，kN；σS为内衬管的屈服强度，kPa；A为内衬管截面面积，m2。
需要注意的是聚乙烯内衬层材料的弹性模量与安全牵引力与时间有关，聚乙烯内衬管耐短期载荷能力强，而耐长期载荷能力相对较弱，在安装过程中应考虑管道内衬对牵引力的耐久性，SY/T4110-2007标准给出了高密度聚乙烯的弹性模量和安全牵引力随时间变化的典型值，见下表：
表：高密度聚乙烯的弹性模量和安全牵引力随时间变化的典型值
6 压力试验 HDPE管内穿插结束24小时后，通过内窥电视检验确认内衬管复原表观质量无问题，方可进行压力试验。压力试验以清水为介质，压力为设计压力的1.5倍，稳压不小于24小时，压降小于或等于试验压力的1%为合格。
7 HDPE管连头 试压合格后可进行穿河修复管道的连头作业。连头采用高压钢塑复合法兰连接，该复合法兰由钢法兰和HDPE法兰组成，钢法兰与HDPE法兰之间使用金属垫片密封，两片钢法兰之间采用螺栓进行紧固，整体试压合格后投运。
结 论
由于两条管道穿越段距离渤海湾入海口较近，管道为20号无缝钢管，内防腐蚀性能差，一旦发生泄漏，后果非常严重。针对定向钻穿越管段，提出了组合式电磁-声波法、非接触磁应力和开挖直接检测相结合的综合检测方法，解决了两条深埋管道的腐蚀评价难题。根据检测评价结果，最终成功应用了等径压缩HDPE管内衬修复技术。两条穿越管段采用HDPE管内衬修复至今，各项参数运行正常，该技术不但有效解决了穿河管道的内腐蚀泄漏问题，还大大降低了治理费用，给油田创造了经济效益，特别在高后果区、穿越管段及工农关系复杂地段优势更加明显，提高管道的内防腐性能，延长管道的使用寿命。