油田集輸用大口徑(≥DN250) 玻璃鋼管道現(xiàn)場安裝工藝

張偉福，魏軍，嚴(yán)長亮，劉波，柴建民，魏亞秋，馬丁

(中國石油集團(tuán)工程材料研究院有限公司，陜西 西安 710077)

0 引言

隨著我國油氣資源的劣質(zhì)化、勘探開發(fā)的復(fù)雜化、油氣田深井的增多，以及腐蝕等工況環(huán)境更加苛刻，管道腐蝕日益嚴(yán)重。對比不同腐蝕防護(hù)技術(shù)，非金屬管材具有優(yōu)良的耐蝕性，摩阻系數(shù)低、輸送能耗低、延緩結(jié)蠟結(jié)垢，無需內(nèi)外防腐和陰極保護(hù)，運(yùn)行維護(hù)成本低，綜合投資少等優(yōu)勢，且非金屬管材可設(shè)計性強(qiáng)、產(chǎn)品多樣，能夠滿足油田不同介質(zhì)工況條件下的服役要求。因此，從技術(shù)角度而言，非金屬管材可有效解決油田地面管道問題，提升油田地面系統(tǒng)管道完整性，推廣使用非金屬管已成為大勢所趨，且其應(yīng)用潛力巨大。

國內(nèi)油田目前非金屬管中用量比較多的為玻璃鋼管，玻璃鋼管是由玻璃纖維浸潤環(huán)氧樹脂后并按設(shè)計好的鋪層一次纏繞成型的管道。玻璃鋼管具有耐腐蝕性能優(yōu)良、耐疲勞性能好、使用壽命長、承壓能力高、比重輕、管壁不易結(jié)垢結(jié)蠟、流動阻力小、導(dǎo)熱系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。玻璃鋼管徹底改變了金屬管道耐壓不耐腐的弊病，對解決地面腐蝕問題起到了重要作用，但其應(yīng)用主要集中在規(guī)格DN250以下。隨著集輸支干線腐蝕治理需求的日益增多，大口徑(DN250以上，下文大口經(jīng)均指≥DN250以上)高壓玻璃鋼管應(yīng)用需求量將急速增大，目前高壓玻璃鋼管的現(xiàn)場施工主要由制造廠進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，本文對大口徑高壓玻璃鋼管現(xiàn)場安裝工藝進(jìn)行分析，為大口徑高壓玻璃鋼管的應(yīng)用提供一定的技術(shù)支持。

1 現(xiàn)場存儲

大口徑高壓玻璃鋼管不宜直接堆放在地面上[1]，現(xiàn)場應(yīng)將高壓玻璃鋼管放置于管架上，管架可用4條50 mm(厚)×100 mm(寬)的木板制成。為降低管子接頭受力導(dǎo)致的磨損，高壓玻璃鋼管擺放時層間應(yīng)交錯排列，每層管的下方垂直于管道軸向至少應(yīng)均勻擺放4條木板作為支撐條。現(xiàn)場管道儲存時，應(yīng)安裝好螺紋保護(hù)套以免螺紋受到機(jī)械損傷，同時罩上苫布，避免紫外線降解。打包成捆的管道不宜擺放過高，應(yīng)限制在2個包裝的高度，以保證安全和現(xiàn)場檢查。

2 現(xiàn)場安裝及維修設(shè)備

目前大口徑高壓玻璃鋼管采用螺紋連接形式，在安裝、維修時需要專用設(shè)備。

2.1 帶扳手

如圖1所示，帶扳手主要用于管道安裝、螺紋上緊。使用帶扳手連接大口徑高壓玻璃鋼管時，均勻施加扭矩，避免過載時破壞螺紋及管壁，對于薄壁厚管道應(yīng)特別注意。

圖1 帶扳手

2.2 鏈鉗

鏈條式管鉗，俗稱鏈鉗，如圖2所示。其包含鉗柄和一端與鉗柄鉸接的鏈條，鉗柄的前段設(shè)有與鏈條嚙合的牙。鏈鉗用于大口徑高壓玻璃鋼管安裝，作用是固定玻璃鋼管上扣、卸扣。

圖2 鏈鉗

2.3 毛刷

大口徑高壓玻璃鋼管連接涂抹潤滑劑前，如圖3所示，用毛刷對螺紋進(jìn)行清理，除去螺紋內(nèi)的砂土和污物。

圖3 毛刷

2.4 吊環(huán)

如圖4所示，吊環(huán)主要用于連接管子時，降低吊起的管子旋轉(zhuǎn)時的阻力。

圖4 吊環(huán)

2.5 龍門架

如圖5所示，龍門架主要用于管道安裝時通過吊葫蘆和吊環(huán)，吊起管道，減少安裝時人力和安裝成本，提高安裝效率。

圖5 龍門架

2.6 錐度磨削機(jī)及相應(yīng)的脹塞

如圖6所示，在對管道進(jìn)行維修時，要先用錐度磨削機(jī)和脹塞把管道磨削出適當(dāng)?shù)腻F度，以便安裝現(xiàn)場螺紋。

圖6 錐度磨削機(jī)和脹塞

2.7 現(xiàn)場螺紋

如圖7所示，現(xiàn)場螺紋是一個外表面為陽螺紋、內(nèi)表面為錐面的管件，螺紋長度比管道陽螺紋略長。當(dāng)玻璃鋼管道的陽螺紋損壞或者管道一部分被切除，為使管道能夠正常連接，需要在管端上粘接現(xiàn)場螺紋。

圖7 現(xiàn)場螺紋

2.8 鋼制轉(zhuǎn)換接頭

如圖8所示，鋼制轉(zhuǎn)換接頭由一個鋼制管箍和一個鋼制短節(jié)組成，其螺紋同管道螺紋，即把玻璃鋼管道的陽螺紋與鋼短節(jié)的陽螺紋用鋼制管箍連接在一起，鋼短節(jié)與鋼管進(jìn)行焊接。如遇玻璃鋼管道陰螺紋與鋼制轉(zhuǎn)換接頭連接時，應(yīng)在玻璃鋼陰螺紋處加玻璃鋼短接。

圖8 鋼制轉(zhuǎn)換接頭

2.9 現(xiàn)場螺紋膠粘劑

如圖9所示，現(xiàn)場螺紋粘接劑主要用于現(xiàn)場螺紋與玻璃鋼管道之間的粘接。

圖9 現(xiàn)場螺紋膠粘劑

3 現(xiàn)場安裝

大口徑高壓玻璃鋼管的現(xiàn)場安裝質(zhì)量，關(guān)系到管線首次試壓是否成功，是后期管線正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素，安裝質(zhì)量的好壞直接影響到管道的運(yùn)行壽命。所以，大口徑高壓玻璃鋼管的現(xiàn)場安裝，必須按照設(shè)計要求，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，保證安裝質(zhì)量。

3.1 管道的開溝

管溝在大口徑高壓玻璃鋼管的實(shí)際安裝過程中，起到相當(dāng)關(guān)鍵的作用。管溝深度一定要滿足要求，否則玻璃鋼管容易因外力作用而損壞，在低溫地帶，管道容易凍堵。如果安裝時管溝底部不平整，特別是有尖角石塊，管溝回填以后，玻璃鋼管管壁與石塊接觸部位會因長時間的受力，產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致管道泄漏失效。所以管溝的施工，必須嚴(yán)格遵循設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和安裝手冊的要求。

3.2 布管及管的排列方向

大口徑高壓玻璃鋼管現(xiàn)場布管時，搬運(yùn)人員一定要輕拿輕放，嚴(yán)禁拋摔，防止石頭碰傷或管體間相互碰傷；管道應(yīng)順著溝底擺放，盡量避免過多的搬動，連接前不得提前拆除保護(hù)套；布管時，應(yīng)注意管子安裝方向，管子的陰螺紋端頭朝向進(jìn)油或進(jìn)水方向，布管時相鄰兩個管頭搭接長度為150 mm。為便于管道排列和連接，管道應(yīng)盡量放在管溝拐彎的外側(cè)，因此，管溝的土方堆放要事先考慮好。

3.3 管道連接

大口徑高壓玻璃鋼管因連接形式不同，安裝連接步驟也不同，本文以螺紋+O型密封圈連接形式舉例，安裝連接步驟如下。(1)將第一根管子的陰螺紋頭用墊木塊墊起；(2)將第二根管子的陽螺紋頭也用墊木墊起；(3)取下兩根管子管端的護(hù)堵護(hù)帽；(4)點(diǎn)燃烤槍，輕烤管端連接處螺紋及溝槽，直到管端連接處無冰渣和水氣，使用烤槍時，應(yīng)保持好間距，火焰不得直接灼燒管子端面(冬季施工時)；(5)待表面干燥后，使用塑料板刷清理陰、陽螺紋及溝槽底部；(6)用陰螺紋接頭檢驗(yàn)陽螺紋端，確定安裝擰緊的位置，用記號筆畫線；(7)從保溫箱內(nèi)拿取一個O型密封圈，將其裝入到陽螺紋溝槽內(nèi)；(8)使用毛刷浸漬潤滑油，均勻涂抹在陰陽螺紋上；(9)使用龍門架、吊葫蘆、吊環(huán)把第二根管子吊起來；(10)用鏈鉗把第一根管子陰螺紋端固定好；(11)把第二根陽螺紋抬起放到陰螺紋里；(12)調(diào)整吊葫蘆使陰陽螺紋對正對直；(13)用2把帶扳手緊固陽螺紋端，旋轉(zhuǎn)緊固到畫線位置后，安裝合格；(14)安裝好的管線，管子下方必須用土墊實(shí)，不能有懸空的地方；(15)所有管線安裝完成后，管線兩端需安裝兩個玻璃鋼法蘭或兩個鋼制轉(zhuǎn)換接頭作為轉(zhuǎn)換。

4 現(xiàn)場管道試壓

大口徑高壓玻璃鋼管現(xiàn)場安裝后，必須進(jìn)行試壓，以檢驗(yàn)管體、連接接頭的強(qiáng)度和密封性。試壓分分段試壓和整體試壓。試壓操作步驟如下：

(1)試壓之前，每根管道中部要先用回填土或者沙袋壓住，以免試壓時管道彎曲變形，導(dǎo)致接頭脫落。

(2)試壓介質(zhì)為水(低溫地帶用防凍水)。試壓時從管道低洼處注水，將空氣從管道中排出。向管道中緩慢注水，待管道內(nèi)空氣排盡后，進(jìn)行升壓。試壓壓力應(yīng)為管道最大設(shè)計壓力的1.25倍[2]。當(dāng)達(dá)到試壓壓力時，應(yīng)停止升壓，穩(wěn)壓4 h，并對管道及接頭處進(jìn)行外觀檢查，不滲漏的為合格。

(3)在積水地帶試壓時應(yīng)將管溝內(nèi)積水排凈，以便于檢查管道及接頭有無滲漏。

(4)對于輸送液體介質(zhì)的玻璃鋼管道，不允許使用氣體進(jìn)行試壓。

(5)對于大口徑高壓玻璃鋼管安裝工程，應(yīng)在最初的300 m連接完畢后立即進(jìn)行試壓，以確定安裝方法是否正確。

5 特殊情況安裝

5.1 冬季零度以下安裝

(1)玻璃鋼管雖然低溫下強(qiáng)度變化不大，但冬季零度以下施工時由于環(huán)境惡劣，大口徑高壓玻璃鋼管自重大，搬運(yùn)、下溝及安裝時難免磕碰，會直接造成管子損傷且不易發(fā)現(xiàn)。

(2)冬季白天和晚上溫差大，晚上易出現(xiàn)冷凝霜，導(dǎo)致接頭螺紋表面積水，螺紋底端會結(jié)冰。螺紋上的結(jié)冰用毛刷難清理，如果有雜物也凝結(jié)到冰里，用毛刷無法清理。

(3)對于用螺紋+ O型密封圈連接的大口徑玻璃鋼管線，接頭靠O型圈密封。溫度的高低對O型圈影響很大，夏季O型圈柔軟，安裝時容易安裝到位，冬季O型圈變硬、變脆，不容易安裝到位，因O型圈太硬，如果強(qiáng)行安裝會導(dǎo)致O型圈受擠壓斷裂。鑒于上述原因，為保證玻璃鋼管線質(zhì)量，建議冬季低溫下不要施工。

5.2 沙漠地形安裝

(1)由于沙漠地質(zhì)條件復(fù)雜，無法開溝，大口徑高壓玻璃鋼管只能在溝上安裝，需對管道敷設(shè)地面和管溝進(jìn)行簡單平整，避免出現(xiàn)較大的凸起沙包或凹陷，使管道處于同一水平面，不允許管道特別是管端連接處出現(xiàn)較大的懸空現(xiàn)象。

(2)大口徑高壓玻璃鋼管在溝上安裝時，建議以每200 m為一個長度單位進(jìn)行下放管溝，避免因管道過長、重量太重導(dǎo)致管道在下放過程中發(fā)生管道陰陽螺紋接口處受重力作用變形而使螺紋牙扣或O型密封圈損傷。

6 結(jié)語

小口徑高壓玻璃鋼管已得到大量應(yīng)用，其現(xiàn)場安裝技術(shù)日趨成熟，但近幾年大口徑(DN250以上)高壓玻璃鋼管的需求量逐漸增多，現(xiàn)場安裝技術(shù)還不規(guī)范，目前無法通過無損檢測技術(shù)檢驗(yàn)安裝質(zhì)量。本文通過對大口徑高壓玻璃鋼管現(xiàn)場安裝技術(shù)進(jìn)行探討，為后續(xù)相關(guān)技術(shù)提供一定的指導(dǎo)。