自試壓法蘭在海底管道損傷修復中的應用

杜應軍，賈璐瑾，雷 林，張紅強，田瑞南

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

海底管道一旦出現損傷，傳統的修復方法是將損傷管段在水下切除，然后安裝新管段替代原損傷管段，新舊管道之間通過水下法蘭連接，最后對整條管道進行試壓，以驗證法蘭的密封有效性。這種試壓方案需要較長時間，且很難判斷壓降是否由維修段滲漏導致。由于自試壓法蘭可驗證法蘭自身安裝密封的有效性，從而避免了管道整體試壓，可大幅縮短管道密封測試的施工工期，因而具有良好的推廣應用價值。為此，本文以渤海某D14 in（1 in=25.4 mm）天然氣管道損傷點修復為例，介紹自試壓法蘭在海底管道損傷修復中的應用。

1 自試壓法蘭與傳統法蘭的對比

海底管道采用的傳統對接法蘭由旋轉法蘭（或球法蘭）、焊頸法蘭、傳統法蘭墊圈和螺栓、螺母組成。傳統法蘭的安裝結構示意如圖1所示。

圖1 傳統法蘭的安裝結構示意

與傳統法蘭相比，自試壓法蘭的自試壓功能通過自試壓墊圈來實現。試壓組件由試壓墊圈本體上的T型試壓孔、試壓管（通常焊接在試壓墊圈上，與T型試壓孔相連）以及試壓管上的快速接頭組成[1-2]，自試壓法蘭安裝的局部結構如圖2所示。由于自試壓墊圈上設置有T型試壓孔，試壓孔位置局部強度降低。為提高試壓墊圈的整體強度以滿足承壓強度要求，試壓墊圈厚度比普通墊圈厚2～3 mm。

圖2 自試壓法蘭安裝的局部結構示意

法蘭和自試壓墊圈安裝完成后，水上連接試壓泵，潛水員下水將試壓軟管安裝到試壓墊圈的快速接頭上。水上操作試壓泵，注水打壓，試壓介質沿著自試壓墊圈上的T型孔分別進入試壓墊圈與旋轉法蘭墊圈槽以及試壓墊圈與焊頸法蘭墊圈槽所形成的環形空間內，若無壓降，說明環形空間密封良好，無泄漏，法蘭安裝成功。

2 自試壓法蘭的應用實例

渤海灣的一條長91 km的D14 in海底天然氣管道因外力作用發生損傷，導致平臺停產，管道停輸。項目部采用水下切除損傷管段、安裝法蘭短節替代損傷管段的方式，實現了對損傷管段的修復。損傷管道修復方式如圖3所示。

圖3 管道修復方式

由于管道較長，整條管道試壓需要1 d以上的時間，且很難分析出穩壓期間產生的壓降是否為修復段法蘭滲漏所致。因此本項目采用了自試壓法蘭，當每個短節安裝完成后，對法蘭進行自試壓，以驗證法蘭處密封的有效性。管道全線連接后，從平臺端向管道內注入直板排水泡沫球，并使用天然氣介質推動泡沫球排水。排水完成后，管道直接升壓復產。自試壓法蘭的使用大幅降低了管道修復的停產時間，提高了修復效率，具有良好的推廣價值。

3 應用自試壓法蘭修復損傷管段的具體做法

3.1 平管起吊及法蘭焊接

先將破損管段切除回收，然后將海底管道的兩端管頭起吊出水面，焊接焊頸法蘭，再放回海底。平管起吊采用3個舷吊和2個浮袋配合完成。起吊前，先對浮袋充氣，然后將卷揚機鋼絲繩掛扣到海底管道上，根據計算報告對3個舷吊依次提升，直至將管頭提升出水面。平管起吊作業如圖4所示。

圖4 平管起吊示意

管頭出水后，向管內注入泡沫球以隔離管內殘余天然氣，然后進行法蘭焊接，焊接完成后進行射線檢測和焊口防腐，最后將管道放回海底。平管下放到海床后的狀態如圖5所示。

圖5 平管下放到海底后的狀態

3.2 法蘭短節安裝

海底管道下放至海床后，經初步測量兩個焊頸法蘭的海底間距為108 m。為了保證吊裝安全和安裝質量，一般每段短節的制作長度不超過36 m。考慮到施工區域海床地形地貌復雜，為方便短節安裝，本方案設計制作了4段短節，每段短節的長度和布置如圖3所示。

短節制作完成后，依次將法蘭短節1到法蘭短節4吊裝下水并進行法蘭組對，向法蘭墊圈槽內放入試壓墊圈，穿上全部法蘭螺栓，使用棘輪扳手對螺栓進行對稱均勻預緊，然后使用液壓拉伸器對螺栓進行100%拉伸。本次施工所用法蘭規格為D14 in、600 lb（1 lb=0.453 6 kg），螺栓拉伸值12 000 psi（1 psi=6.895 kPa），液壓拉伸器達到拉伸值后，將全部螺母擰緊，完成法蘭安裝工作[3-5]。法蘭短節吊裝配扣如圖6所示。

圖6 法蘭短節吊裝下水

3.3 法蘭試壓

每對法蘭安裝完成后，單獨進行法蘭試壓，試壓介質為淡水。先用備用墊圈在船舶甲板上進行試驗，以驗證試壓泵的功能正常和試壓軟管無泄漏，如圖7所示。

圖7 法蘭試壓甲板試驗

水下法蘭試壓步驟：甲板上人員將試壓軟管連接到試壓泵上，同時潛水員下水將試壓軟管的另一端安裝到法蘭試壓墊圈的快速接頭上。甲板上人員通過試壓泵給法蘭注水升壓，試壓壓力為管道設計壓力的1.15倍，即8.8 MPa，穩壓時間30 min，試壓泵上的壓力表無壓降則說明試壓合格。水下法蘭試壓位置如圖8所示。

圖8 法蘭自試壓位置

自試壓合格后，在平臺側向管道內放入直板排水球，并注入天然氣升壓，將海底管道內的海水和原注入的泡沫球一起排出管外。排水工作完成后，將天然氣升壓至正常工作壓力，潛水員觀測確認法蘭無泄漏后，管道可以恢復生產。

3.4 海底管道的后保護

管道復產后，對法蘭及海底管道進行保護，包括在法蘭位置安裝保護器、利用沙袋回填作業坑，墊實支撐海底管道以避免管道懸空，最后使用壓塊覆蓋在管道上方防止落物損傷管道。修復管段的后保護如圖9所示。

圖9 修復管段的后保護

4 結束語

在海底管道維搶修作業中，法蘭是最為常用的施工部件之一。對長輸管道使用的傳統法蘭實施損傷點修復，采用整體試壓法驗證法蘭密封的有效性往往需要較長時間才能完成，且穩壓過程中容易因溫度、環境等各種復雜因素變化而產生壓降。使用自試壓法蘭可有效規避這些因素的影響，可直接驗證法蘭連接處的密封有效性，且驗證效果好，因此具有很好的推廣應用價值。