內防腐鋼質油氣輸送管道現場連接安全性對比

熊 偉，陳英杰，周 瑞

（南京巨龍鋼管有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

當前我國從油氣田提取的大多數石油和天然氣通常都包含一種或多種腐蝕性介質，例如H2S、CO2、Cl-等，因此對輸送環境提出了更嚴格的技術要求。建議在碳鋼管內部添加防腐涂層或使用諸如316L、2205 和鎳基825 等不銹鋼管，以防止腐蝕引起輸送管路故障，并避免發生嚴重的質量和安全事故，例如泄漏和管道破裂。為降低油氣開發和建設成本，通常選擇在碳鋼管內添加一層防腐涂層，前提是該涂層滿足防腐性能。連接碳鋼管，形成長途運輸管道。選擇高效安全的連接方法，同時保持碳鋼管內部防腐涂層的完整性和連續性，以防止在管道建成投產后因腐蝕而使管壁變薄、穿孔，一直是管道建設和施工方研究和討論的主題。

本文重點介紹石油和天然氣行業的管道建設，尤其是具有內部防腐涂層的碳鋼管道。基于公司長期的生產和建設經驗，根據現有的焊接和現場接頭連接方法提出改進或創新建議。比較并分析該連接方法的適用性、施工過程、試車后管道工程的安全性以及施工成本。

1 內防腐鋼質管道現場連接方法安全管理信息化的意義

石油和天然氣管道運輸公司與其他行業不同，它們連接產油油田和化工煉油廠，是石化工業生產中的關鍵環節。石油和天然氣管道運輸屬于高風險行業，必須符合一般行業的一般安全規則，并具有高風險行業的特征。原油運輸中的安全事故將導致巨大的直接財產損失以及巨大的間接經濟損失和社會影響。如果原油管道發生安全事故，無法運輸上游油田或進口原油，嚴重的甚至會造成原油損失、運輸成本增加。下游石化煉油廠無法提煉石油、精煉汽油，柴油或化學產品無法保證市場供應。因此，確保油氣管道安全生產至關重要。但是，由于設備陳舊，對人為風險的意識不足，工程建設的不合規操作以及違反操作程序而引起的事故并不少見。隨時了解生產動態，實現生產過程的全過程監控和施工現場的無死角監控，過去需要大量人力和物力，信息技術的進步可以解決這些問題，并在實際生產中獲得良好的效果。

2 內防腐鋼質管道現場連接方法與安全性比較

2.1 常規焊接連接

一般來說，內防腐鋼管的施工現場有兩個地點，鋼管的制作和鋼管表面涂層處理屬于預制范疇，屬于工廠施工階段，而鋼管的具體應用過程和連接等屬于現場施工階段，為了避免鋼管在使用過程中出現生銹的現象，鋼管一般都需要進行除銹操作，具體方法是先進行除銹，再進行防銹漆的噴涂以及內部的固化，通常在其兩端儲備約70 mm 的碳鋼管，避免防銹涂層熔化。

現有焊接連接實際上涉及現場焊接和現場修補。整個連接過程是：①兩根鋼管對齊；②焊接并連接，并且兩根連接的管完好無損；③為確保管道防腐保護的連續性和完整性，智能機器人或人員將根據管道的尺寸進入管道并重新噴涂140 mm的未涂覆區域。這種連接方法在工廠的預生產中很簡單，并且鋼管可以被涂覆和交付。現場需要使用噴槍焊接，但焊接后需要內部貼片，和手動修補一樣，存在很高的安全風險。智能機器人的操作方法與人工相比，缺點是無法控制涂層的施工質量，同時施工效率低。兩種方法的缺點都是施工周期較長，施工成本較高。

2.2 改善性焊接連接

為了降低施工安全隱患、提高產品質量，提出一種基于傳統焊接和管接頭的改進連接方法，以解決現場焊接后管接頭的技術難題。為此，在分析現有焊接技術的基礎上，提出改進的焊接技術，為鋼管連接提供便利。

2.2.1 不銹鋼管環的連接方式

鋼管預制時，在鋼管兩頭焊接套環，為了使鋼管平穩過渡，使用V 形加工槽，加工過程中完成除銹、噴涂等一系列操作，可以減少操作步驟，避免二次加工。最終加工的碳鋼管交付現場后直接焊接兩個不銹鋼管環，不銹鋼管環本身具有優良的耐腐蝕性，連接后不再需要維修管道上的端口。

由于不銹鋼和碳鋼的材料差異，屈服強度不匹配，當管道進料壓力高時很難找到適合該材料的不銹鋼管環，并且將不銹鋼添加到碳鋼管的兩端，管道還增加了焊接接頭的數量。對于同一油氣管道，焊接接頭越多后續管道生產和運營的安全風險就越高。

2.2.2 管端擴口和襯套的切換連接方式

使用這種連接方法，必須在工廠的預制階段分別制造襯套，并且必須將碳鋼管的端部擴口。具體步驟如下：首先，根據碳鋼管的直徑制作合適的襯套。套管由基礎材料、防腐層、絕緣層、密封O 形圈、定位卡和管道組成，使用一種特殊的密封膠。然后擴大碳鋼管末端直徑，并根據插入襯套的長度（通常為80～100 mm）確定碳鋼管末端擴大直徑的長度。

施工步驟：①檢查鋼管和套管的清潔度，避免套管和鋼管在使用前就出現生銹現象；②使用專用密封劑對鋼管和套管連接處進行密封處理；③將套管插入鋼管至合理位置進行固定，將兩個鋼管通過套管連接。

一般來說，焊接區域的防腐是靠套管得以實現，套管使用的材料與鋼管內防腐的涂料是相同的，而且在油氣輸送過程中，與輸送介質直接接觸的只有套管，由于套管的自身特點，因此套管不需要進行現場安裝，但套管所需的操作技術難度較高，需要高技術的操作人員進行套管的安裝，其中要求最高的是密封操作，并且襯套生產的初始階段更加復雜，必須由專業制造商生產。

2.3 創新性焊接連接

采用上述幾種連接方法，現場連接后并不需要填充管道，但是每種方法都有一定的局限性。考慮安全性、質量和成本，參考復合鋼管表面處理技術進行管端面焊接和現場焊接。這種連接方法不需要轉換不銹鋼管環或過渡襯套，只需將約1.5 mm 厚的耐腐蝕合金層焊接到鋼管內表面，可以獲得與內部防腐涂料相同的防腐性能，并且在現場連接后無需維修內部管道。

整個連接過程簡單可控，分為兩個階段：工廠預制和現場施工。工廠的預制在現有涂層管生產的基礎上增加表面焊接工藝，建議使用氬弧焊機用于表面焊接，焊前/焊后加工設備是數控機床，焊接材料可以是309Mo、鎳基625 等。由于表層和基礎鋼管屬于冶金組合，因此可以直接對管端進行加工，加工后的鋼管（形成現場焊接所需的V 形槽）輸送到現場后，操作人員無需特殊處理即可直接焊接。管道連接的施工效率與普通碳鋼管相同，但是由于使用了不銹鋼焊絲，因此與傳統的碳鋼管相比，增加了焊接成本。

2.4 連接方法對比

除了傳統的焊接連接之外，其他連接方法不需要現場進行復雜的管道填充工作，但具有許多優點和缺點，例如成本變化、適用范圍有限、以及后續管道工作的安全風險等。以上對幾種焊接方法進行簡單分析和闡述，以便選擇適合各種工況的施工計劃。

3 建立安全管理信息系統

首先，在構建管理平臺之前，要了解什么是安全信息管理平臺。安全管理平臺是一種計算機網絡安全管理平臺，使用現代計算機網絡技術，將生產站點的所有元素和過程集中在網絡信息上，并將其與標準化管理系統相結合。借助該平臺，可以為員工提供一系列功能，如安全培訓、系統學習規范和規定、操作前通知、錯誤提示、活動警報等。功能配置可以與企業自身的要求結合使用，以提高生產和安全管理系統的效率。

石油和天然氣管道的安全管理是一個復雜問題，分為站點的安全管理和地理位置中外部管道的安全管理。

SCADA 系統即數據采集和監控系統，在油氣管道安全管理的應用主要是通過計算機技術實現油氣管道的自動控制，以確保設備的正常運行。并通過閾值設置來防止過壓、過分集中、泄漏等，完成實時報警。油氣的安全運輸可確保車站的油氣濃度達到標準。

SCADA 系統具有多種控制功能，包括管道中數據的收集以及設備參數等數據的調整和控制。石油和天然氣管道的生產和運營具有幾個分支和長線的特點，傳統的控制系統無法有效控制所有設備，而SCADA 系統可以有效監視所有設備并將監視數據轉換為直觀的圖形顯示。通過比較油氣濃度、硫化氫濃度等，同時與設定的閾值相比較，實現連鎖控制，實現對危險區域的快速判斷和快速關閉，觸發報警、提供最佳的應對方案，有效改善油氣管理和控制運輸管道站和場的安全性的能力。

對于油氣輸送站中的某些應用，通常可以使用雙機熱備份系統平穩地切換主機和備用機。站場可以配置為操作站（服務器）或觸摸屏人機界面，以完成過程監視和安全保護聯鎖，并通過區域中心和控制中心實現無人值守站點。使用TCP/IP 協議工業網絡設備實現與區域中心和通用控制中心的實時數據傳輸。通信介質主要是光纖、衛星、公共傳輸網絡、微波等。傳輸通道可以隨時處于待機狀態，以提高穩定性。

油氣運輸以外管道的安全管理，包括政治、經濟、文化教育和人類行為，以及自然環境、人員分布、社會資源、地理條件、設施組成和管道管理水平等因素。在對管道進行安全管理時，通常必須考慮特征信息，例如管道的位置及其周圍環境。該信息包括：待評估管道段的位置信息和系統風險；可能發生事故的空間發展，即爆炸波的范圍，有毒氣體云擴散區域的分布，膨脹蒸氣云的發展和分布等；在周圍環境的限制下，可以根據事故風險范圍模擬事故現場，并建立一個顯示影響范圍的模型。

傳統的管理方法沒有足夠重視此類信息的重要性，并且對其進行了簡化，通常會導致事件評估結果不準確。信息技術的綜合利用將管道周界的綜合處理和各種地理信息與大數據結合起來，圍繞管道建立模型，完成系統分析，并提供客觀的評價結果。

4 總結

綜上所述，石油和天然氣管道現場連接方式，需要根據工況進行合適的選擇，同時建立安全信息管理系統，便于進行預警和監督。