管道建設及運行期機械損傷預防措施

孫典昊 蔣玉卓 竇志信 李 磊 胡炎興 楊小璇

（1.中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101；2.中國石油青海油田分公司管道處，青海 格爾木 816000；3.國家管網(wǎng)集團北方管道有限責任公司廊坊輸油氣分公司，河北 廊坊 065000；4.國家管網(wǎng)集團北方管道有限責任公司濟南輸油氣分公司，山東 濟南 250000；5.中國石油吐哈油田分公司工程技術研究院地面工程設計所，新疆 哈密 839009）

0 引言

長輸管道在制造、運輸、施工、運行維護中可能受到外界物體碰撞，造成劃痕、凹陷等管體缺陷，稱為機械損傷（Mechanical Demage）。機械損傷影響管道承壓能力，降低管道使用壽命，是造成管道泄漏、彎曲、斷裂失效事故的重要原因。美國管道和危險品安全管理局（PHMSA）統(tǒng)計1991～2010年1371次挖掘損傷管道事故，約占所有重大事件的24.3%[1]。應制定針對機械損傷的維護維修策略，已成為管道完整性管理的重要內容。管道機械損傷有制造和裝卸過程失誤、機械設備與管道碰撞、管道下溝與巖石接觸等。預防機械損傷應針對損傷原因采取對策。從管材制造、管道建設施工和運行維護等階段，闡述了國外管道行業(yè)在預防機械損傷方面的先進經(jīng)驗和技術，旨在避免形成機械損傷隱患，保障管道安全運行。

1 管道制造抗損傷防護層

管道涂層具有隔絕水汽、減少施工和環(huán)境因素造成機械損傷的功能。文獻[2]在埋地管道上進行了雙厚度高性能復合涂層（HPCC）、雙粉末（DPS）及熔結環(huán)氧樹脂（FBE）涂層的抗巖石破壞測試。為防止管溝回填時巖石損傷管道，國外開發(fā)了多種包裹式、土工織物型防護產(chǎn)品，Powercrete是一種無溶劑環(huán)氧樹脂聚合物混凝土涂層，在管道上形成光滑表面，具有較強耐磨性和耐沖擊性，適用于含礫石或巖石土壤環(huán)境中敷設或穿越管道。RockJacket是一種在工廠預制的管道外防腐機械保護涂層，可用于預防沖擊和穿透性機械損傷。其它措施又在管道周圍預制柔性襯墊，施工過程中管道表面噴涂防損傷涂料等。

2 管道建設期機械損傷預防措施

管道建設期階段機械損傷原因是吊管機操作不當導致管道機械碰撞，以及管溝回填時巖石擠壓。應保證管溝回填工藝和墊層材料符合要求，嚴格按照施工技術標準進行作業(yè)。

2.1 國外新型鋪管機械

俄羅斯Petrofac公司為防止損傷管道，編制管道鋪設施工作業(yè)文件，規(guī)定管道敷設間距、起重臂在不同階段的傾角以及所需最少設備數(shù)量，使用軟橫梁、防護板和支座，避免管道鋪設時損傷管道。管溝底部填酥松土壤或細砂，形成10～20c墊層，避免管道鋪設損傷管道。

俄羅斯管道鋪設機制造商有Caterpillar、Komatsu、Hitachi、Chetro等。俄羅斯Gazprom公司技術中心研制超大功率重型管道鋪設機，可鋪設管徑1420mm的干線管道。該設備鋪設管道中不會造成機械損傷及缺陷，典型做法是吊管時使用包裹橡膠的滾輪用于滾動移動管道，吊管機起重臂使用橡膠蓋板保護，防止管道撞擊吊管機起重臂時隔離管道。管溝回填要求厚度為10cm土壤或者砂子，避免管道損傷和絕緣涂層受損。

2.2 管溝施工及回填技術

管溝回填過程主要是碎石對管道的損傷，國內標準規(guī)定了回填顆粒允許的最大尺寸，例如GB 50369-2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定

（1）下溝前，應復查管溝深度，清除溝內塌方、石塊、積水、冰雪等異物。石方或戈壁段管溝，應預先在溝底墊300mm厚細土，細土的最大粒徑不得大于20mm；

（2）管道應使用吊管機等起重設備進行下溝，不得使用推土機或撬杠等非起重機具。吊具應使用尼龍吊帶或橡膠輥輪吊籃，不得直接使用鋼絲繩。當采用吊籃下溝時，應使用吊管機下溝，起吊高度以1m為宜，吊管機使用數(shù)量不宜少于3臺；

（3）管道下溝時，應由專人統(tǒng)一指揮作業(yè)，應采取切實有效的措施防止管道滾鉤；

（4）管道下溝過程中，應使用電火花檢漏儀檢查管道防腐層，檢測電壓應符合設計及現(xiàn)行有關標準的規(guī)定，如有破損或針孔應及時修補；

（5）管道下溝時，應注意避免與溝壁掛碰，以防止擦傷防腐層。管道應放置到管溝中心位置，距溝中心線的偏差應小于150mm。管道壁和管溝壁之間的間隙不應小于150mm。管道應與溝底充分結合，局部懸空應用細土填塞密實。

圖1是OZZIES公司研發(fā)的管溝回填篩選和填充設備，使用流動填料作為管溝回填材料，成分是粉煤灰、水泥、沙子和水組成的混合物，具有自動澆注、校平、填實和不沉降等優(yōu)點。該填料耐穿透性好，能夠對管道提供一定程度的保護。

圖2是英國Shetland管道公司使用型號Cat P87-97Te Capacity吊管機鋪設大口徑管道，為了防止管道敷設時發(fā)生損傷，使用軋車向管溝回填細軟砂礫用于保護管道。

英國BP公司將規(guī)范吊管機操作作為防止大口徑管道下溝損傷的根本措施，其他措施為了防止管道損傷，還需要采取以下措施：避免管道在地面拖行，使用防護布包裹管道，清除管溝內的巖石和碎屑，在管溝內放置沙袋，將管道置于沙袋上。

國家標準GB 50369規(guī)定了管道下溝時的防護措施，其中在管道底部墊細土層做法與國外基本一致。國外管道公司成功應用大型吊管機敷設大口徑管道，并采取嚴格預防措施，包括限定起重臂傾角、應用軟橫梁、防護板和支座、使用防護布包裹管道、橡膠滾輪移動管道、吊管機起重臂橡膠防撞蓋板。此外國外研發(fā)專用的管溝回填篩選和填充設備，使用流動填料作為管溝回填材料，用于保護管道。這些做法科學合理，細致周全，建議國家標準GB 50369和施工部門參考借鑒。

3 管道運行中機械損傷預防措施

開展公眾教育和警示，有助于公眾了解管道危險特性以及管道控制處置事故能力，增加公眾信心和防護意識，建立溝通渠道，預防管道事故。美國石油協(xié)會制定了自愿性標準API RP 1162-2010《管道運營商公眾警示程序》，規(guī)定了管道運行商開展公眾教育和承包商安全開挖的內容。目前，美國管道企業(yè)設立公眾警示管理職位，在信息內容、傳遞方式、傳遞頻率等方面開展研究工作。美國聯(lián)邦委員會建立811挖掘施工咨詢電話，要求挖掘者在施工前了解附近管道信息，通告施工基本情況，從強制性法規(guī)和國家層面，建立了管道運行商和第三方預防管道機械損傷的管理機制。

4 結語

國外管道行業(yè)從管道全生命周期各階段制定了預防機械損傷的對策措施，包括管材預制抗損傷機械防護層，制定大型吊管機敷設大口徑管道施工操作文件，研發(fā)專用的管溝回填篩選填充設備，使用流動填料作為管溝回填材料，實施管道公眾警示程序，設立挖掘作者咨詢電話等。管道管理者可根據(jù)實際情選擇措施，對于國家管道安全監(jiān)管機構也具有借鑒作用。