高壓玻璃鋼管道在油田應(yīng)用中的問題分析

摘 要：高壓玻璃鋼管道因具有耐腐蝕、強(qiáng)度高，質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在油田中被廣泛的應(yīng)用。在帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也有諸多問題凸顯出來。諸如管道質(zhì)量不合格，管道使用場(chǎng)合不正確，對(duì)于復(fù)雜地形缺乏施工經(jīng)驗(yàn)等。筆者結(jié)合案例以及多年的玻璃鋼管道生產(chǎn)和施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)上述問題進(jìn)行相關(guān)研究。

關(guān)鍵詞：API會(huì)標(biāo)設(shè)計(jì)；應(yīng)力腐蝕；附加載荷；驗(yàn)證試驗(yàn)

1 前言

高壓玻璃鋼管道產(chǎn)品進(jìn)入國內(nèi)油田市場(chǎng)已經(jīng)近十八年，在油田注水，集油，原油長(zhǎng)輸，污水回注管道系統(tǒng)以及井下油管等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而且用量仍在逐年增加。高壓玻璃鋼管道的推廣應(yīng)用在防腐蝕、降能耗等方面確實(shí)為油田用戶帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。但是在應(yīng)用過程中各種各樣的問題日益顯現(xiàn)出來，這些問題為用戶帶來諸多的麻煩，甚至影響到玻璃管道在油田的應(yīng)用。筆者希望通過對(duì)高壓玻璃鋼管道應(yīng)用過程中的常見問題逐一進(jìn)行剖析，為高壓玻璃鋼管道的終端用戶提供選材時(shí)的參考依據(jù)，對(duì)產(chǎn)品的規(guī)范化生產(chǎn)，規(guī)范化工程設(shè)計(jì)施工起到促進(jìn)作用。

2 高壓玻璃管道生產(chǎn)環(huán)節(jié)的相關(guān)問題

根據(jù)國家復(fù)合材料協(xié)會(huì)2012年底的統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)從事高壓玻璃鋼管道生產(chǎn)的企業(yè)已有20余家，生產(chǎn)線總數(shù)120多條。在行業(yè)內(nèi)部雖然各生產(chǎn)廠家都在依據(jù)SY/T 6267規(guī)范或API 15-HR規(guī)范進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)和質(zhì)量控制，但進(jìn)入市場(chǎng)的高壓玻璃鋼管道產(chǎn)品質(zhì)量卻是良莠不齊。究其原因主要可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）企業(yè)缺乏產(chǎn)品設(shè)計(jì)和性能評(píng)價(jià)的能力

目前國內(nèi)高壓玻璃鋼管道生產(chǎn)企業(yè)中，通過API15-HR 會(huì)標(biāo)設(shè)計(jì)認(rèn)證的企業(yè)為數(shù)不多。這說明多數(shù)企業(yè)不具備獨(dú)立進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和對(duì)產(chǎn)品長(zhǎng)期性能進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)的能力。因此在對(duì)外頒布產(chǎn)品數(shù)據(jù)和耐化學(xué)腐蝕性能數(shù)據(jù)時(shí)只能走效仿他人的途徑。與機(jī)械加工行業(yè)不同，復(fù)合材料制品生產(chǎn)過程中，任何工藝參數(shù)的變化，原材料質(zhì)量的細(xì)微差異都會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品性能的不同。

（2）市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致個(gè)別企業(yè)采用低端原材料

隨著高壓玻璃鋼管道生產(chǎn)企業(yè)的逐年增多，市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。個(gè)別生產(chǎn)企業(yè)便做起低端廉價(jià)原材料的文章。例如國產(chǎn)E-玻璃纖維最低可賣到6000元一噸（甚至更低），只有進(jìn)口纖維價(jià)格一半。采用低端廉價(jià)纖維制造的高壓玻璃鋼管道雖然具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際上是把產(chǎn)品質(zhì)量的隱患留給了用戶。

（3）采購環(huán)節(jié)缺乏有力的質(zhì)量監(jiān)管

目前在國內(nèi)油田用戶中只有少數(shù)用戶或少數(shù)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目在高壓玻璃鋼管道采購階段采用權(quán)威第三方檢測(cè)和監(jiān)造方式。多數(shù)油田的管道工程項(xiàng)目是由計(jì)院負(fù)責(zé)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，物管中心負(fù)責(zé)招標(biāo)采購。因此不能有效地將問題產(chǎn)品屏蔽于建設(shè)項(xiàng)目之外。

綜上所訴，油田或其他終端用戶在采購高壓玻璃鋼管道前應(yīng)按國際慣例首先依據(jù)行業(yè)或國際規(guī)范對(duì)中標(biāo)企業(yè)進(jìn)行工廠審核，對(duì)中標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行隨機(jī)抽樣送權(quán)威第三方進(jìn)行檢驗(yàn)，并實(shí)行生產(chǎn)過程中的全程監(jiān)造，杜絕不合格產(chǎn)品的出廠。

3 高壓玻璃鋼管道使用過程中的問題

和任何材料一樣，高壓玻璃鋼管道作為一種結(jié)構(gòu)材料有其使用的局限性。在選擇高壓玻璃鋼管道時(shí)除了考慮溫度和壓力條件外，更重要的一點(diǎn)是要慎重考慮其耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕/侵蝕性能，而后者往往被制造廠家和用戶所忽略。國內(nèi)各高壓玻璃鋼管道制造商所頒布的管道耐化學(xué)腐蝕數(shù)據(jù)多數(shù)來自環(huán)氧樹脂供應(yīng)商。而樹脂供應(yīng)商所提供的數(shù)據(jù)一般是依據(jù)ASTM C581和ASTM C868在試樣無內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)獲得的，沒有將溫度，壓力/應(yīng)力，介質(zhì)濃度與試樣的耐腐蝕性相互關(guān)聯(lián)。因此試樣（樹脂澆注體或玻璃鋼層板試樣）在化學(xué)介質(zhì)中的狀態(tài)與高壓玻璃鋼管道在內(nèi)壓作用下同時(shí)經(jīng)受相同化學(xué)介質(zhì)的作用狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)。因?yàn)樵趦?nèi)壓作用下高壓玻璃鋼管道受酸性或堿性化學(xué)介質(zhì)作用后往往會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕。在此以國內(nèi)《三次采油》項(xiàng)目為例進(jìn)行說明。

《三次采油》技術(shù)即指注《三元液》驅(qū)油技術(shù)。三元液是聚丙烯酰胺，表面活性劑和氫氧化鈉按比例混合的水溶液。其中氫氧化鈉的含量控制在4%-5%范圍內(nèi)。 依據(jù)國外某公司頒布的高壓玻璃鋼管道耐化學(xué)腐蝕數(shù)據(jù)，芳香胺固化的環(huán)氧玻璃鋼管道在38℃以下可以耐受濃度小于50%氫氧化鈉溶液的作用。但實(shí)際應(yīng)用中DN50 PN16 MPa 芳香胺固化環(huán)氧玻璃鋼管道在投入運(yùn)行幾個(gè)月后便出現(xiàn)滲漏乃至局部穿孔等問題。而且管道上的破壞點(diǎn)多數(shù)出現(xiàn)在彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力復(fù)合作用的區(qū)域。為驗(yàn)證芳香胺固化環(huán)氧玻璃鋼管道在《三次采油》項(xiàng)目上應(yīng)用的可行性，國內(nèi)某高壓玻璃鋼管道制造商依據(jù)ISO14692規(guī)范要求，以《三元液》為介質(zhì)進(jìn)行1000小時(shí)的驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明只有當(dāng)工作壓力不大于6MPa，工作溫度不高于93℃時(shí)，芳香胺固化環(huán)氧玻璃鋼管道才能滿足5%氫氧化鈉溶液的長(zhǎng)期工作要求。

上述案例提醒用戶在選擇高壓玻璃鋼管道來輸送強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)時(shí)，最穩(wěn)妥的辦法是由供應(yīng)商依據(jù)ISO14692-2010或JC/T 2096-2011規(guī)范要求首先完成1000小時(shí)驗(yàn)證試驗(yàn)確認(rèn)無誤后再進(jìn)行選材。

4 高壓玻璃鋼管道施工過程中的問題

我國北方地區(qū)油田多處于平原地區(qū)，地質(zhì)條件較好，而四川，陜西，貴州等地的油氣田多處于山區(qū)或丘陵地帶，地勢(shì)復(fù)雜地質(zhì)條件較差。因此在這些地區(qū)進(jìn)行高壓玻璃鋼管道工程建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)部門首先應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和地下/地上管道系統(tǒng)應(yīng)力分析的結(jié)果確定好止推座，錨坐，支架，穿越套管等設(shè)施的尺寸，數(shù)量和間距，保證管道安裝后除內(nèi)壓，土壤載荷外不受其他附加載荷的作用。

CAESAR II 和 AUTOPIPE等管道應(yīng)力分析和設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用不僅給高壓玻璃鋼管道工程設(shè)計(jì)帶來便利條件，同時(shí)也極大地提高了工程設(shè)計(jì)的可靠性。

國內(nèi)油田許多工程案例證明，高壓玻璃鋼管道施工質(zhì)量直接關(guān)系到管道系統(tǒng)投產(chǎn)后能否正常運(yùn)行。以吉林油田某采油廠DN150 PN 12MPa 高壓玻璃鋼管道注水干線為例，該管線總長(zhǎng)10公里，其中有約5公里管線埋設(shè)在高含水的泥灘區(qū)域內(nèi)。由于土壤對(duì)管線的束縛力低，施工過程沒有采取穩(wěn)定管道的措施，結(jié)果導(dǎo)致管線投產(chǎn)后頻繁出現(xiàn)螺紋接頭斷裂問題。后經(jīng)管道生產(chǎn)廠家和施工單位對(duì)該地段的管線采取諸點(diǎn)加固的措施，才使問題得到徹底解決。另外一個(gè)典型案例發(fā)生在遼河油田錦州采油廠。工程項(xiàng)目為1.6公里DN200PN3.5MPa地上架空污水管線，介質(zhì)工作溫度75℃-80℃。該管線走向上有兩處90度上返，三處U字形膨脹彎（有90°玻璃鋼彎頭和玻璃鋼短接組裝而成）。管線安裝結(jié)束后，施工人員在沒有固定每個(gè)支架處U型螺栓的情況下用高溫污水進(jìn)行水壓試驗(yàn)，結(jié)果管線因熱膨脹發(fā)生過大軸向位移，瞬間將U型膨脹彎處的90°玻璃鋼彎頭全部破壞。由此可見高壓玻璃鋼管道規(guī)范化施工的重要性。

5 結(jié)束語

只有從產(chǎn)品生產(chǎn)，選材，和工程設(shè)計(jì)施工三個(gè)環(huán)節(jié)層層把好質(zhì)量關(guān)，才能解決高壓玻璃鋼管道生產(chǎn)、使用過程中的諸多問題，才能使高壓玻璃鋼管道產(chǎn)品真正發(fā)揮其耐腐蝕低能耗的優(yōu)越性，維護(hù)好該產(chǎn)品的市場(chǎng)秩序，給油田以及其他終端用戶帶來顯著的收益。