王詩鵬 劉 蒙 李希明 梁國慶 賈宏偉 呂旭鵬

1.中海油（天津）管道工程技術(shù)有限公司 （天津 300452）

2.中海石油（中國）有限公司 麗水36-1氣田開發(fā)工程項(xiàng)目組 （上海 200030）

1 概 述

海底管道是海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，已經(jīng)成為廣泛應(yīng)用于海洋石油工業(yè)的一種有效運(yùn)輸手段[1]。

目前開發(fā)的麗水36-1氣田是由中國海洋石油總公司和超準(zhǔn)石油公司合作，中海油擔(dān)任作業(yè)者的項(xiàng)目。根據(jù)ODP，將建成1座4腿導(dǎo)管架綜合平臺CEP、1條約127km從CEP到溫州霓嶼島南陸上終端304.8mm(12″)油氣混輸海底管線、一座油氣處理及 CO2分離回收終端以及 1條 304.8mm(12″)約31km從陸上終端至溫州龍灣交氣門站天然氣外輸管線。

2 質(zhì)量控制的內(nèi)容

2.1 鋪管船主要工機(jī)具檢查

2.1.1 張緊器及A/R絞車

張緊器及A/R絞車是海管鋪設(shè)中最重要的設(shè)備，在鋪管過程中張緊器的張力要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)設(shè)定，如果張力大于設(shè)計(jì)值會(huì)造成絞船困難并且會(huì)使上彎段彎曲的應(yīng)力增加；張力小于設(shè)計(jì)值則會(huì)出現(xiàn)下彎段彎曲的應(yīng)力增加。而A/R絞車的拉力過大或過小都會(huì)對啟管/棄管造成影響，無論以上哪種情況都會(huì)對海底管道的鋪設(shè)帶來不利，因此在管道鋪設(shè)之前必須對張緊器的張力、A/R絞車的拉力等進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)定，以確保鋪管作業(yè)的正常進(jìn)行，必要時(shí)需要在第三方的見證下進(jìn)行測試。

2.1.2 屈曲探測器

屈曲探測器是檢測管道著泥前是否發(fā)生彎曲的設(shè)備，它在管子內(nèi)部由一根鋼絲繩與之相連（圖1）。屈曲探測器由機(jī)體、測量板和沿著管內(nèi)壁行走的三向支撐滾輪組成。

在管道鋪設(shè)過程中，管道焊接變長，鋪管船不斷前移，屈曲探測器就被不斷牽拉前進(jìn)，但它始終位于管道著泥點(diǎn)之后。若屈曲探測器被卡住，則說明管道已經(jīng)變形，則用力拉出探測器，檢查測量板的變形情況就可以知道管道的變形情況。屈曲探測器選擇不當(dāng)、測量板直徑選擇不合適及牽引拉力控制不準(zhǔn)等都會(huì)對管子屈曲的分析和修復(fù)帶來困難。

2.1.3 鋪管船其他輔助設(shè)備情況

在海管鋪設(shè)過程前,還要對作業(yè)線上許多輔助設(shè)備進(jìn)行檢查，如半自動(dòng)焊機(jī)，NDT檢驗(yàn)設(shè)備、發(fā)泡保溫等設(shè)備和托管架。另外，正式鋪管前要對鋪管船進(jìn)行鑒定，如鋪管船的吃水、縱傾角、各錨機(jī)的性能等。作業(yè)線上的各種滾輪、導(dǎo)航定位設(shè)備也要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和標(biāo)定，使各種設(shè)備都處于良好的工作狀態(tài)。

2.2 人員資質(zhì)及程序文件確認(rèn)

2.2.1 焊工資質(zhì)及檢驗(yàn)人員資質(zhì)確認(rèn)

海管鋪設(shè)中焊接質(zhì)量的好壞，在很大程度上取決于焊工的技術(shù)水平，因此必須要求焊工有豐富的海管焊接經(jīng)歷[2]。麗水36-1項(xiàng)目中首先要求焊工在檢驗(yàn)人員、第三方和業(yè)主代表的監(jiān)督下進(jìn)行現(xiàn)場考試，焊工焊接的每一道焊口、每一填充層所使用的電流及焊接速度都要嚴(yán)格控制。焊接完畢后，檢驗(yàn)人員進(jìn)行外觀檢查，之后按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行檢驗(yàn)，考試合格后，每名合格焊工分配一個(gè)焊工號，焊工及對應(yīng)的焊工號交予業(yè)主審批，作為可以在鋪管船上的操作的憑證。

從事NDT以及對檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋的人員應(yīng)具有有效的檢驗(yàn)證書，并有處理設(shè)備故障的經(jīng)驗(yàn)、具備標(biāo)定設(shè)備的操作能力及在現(xiàn)場條件下進(jìn)行操作檢驗(yàn)和估算缺陷尺寸和位置的能力。檢驗(yàn)人員證書要上報(bào)業(yè)主審批，中間如有人員輪換，要重新上報(bào)人員資質(zhì)證書。

2.2.2 焊接程序及檢驗(yàn)程序的確認(rèn)

在海管鋪設(shè)前，需要施工方提供焊接工藝評定報(bào)告（PQR)。焊接工藝評定必須依據(jù)海管材料的物理特性、級別，選擇與之相容的焊接材料，并在將母材焊接后，應(yīng)有同等的物理機(jī)械性能。在焊接程序中要明確規(guī)定焊接所采用的方法和工序，并將根據(jù)焊接程序所做的焊接試件在試驗(yàn)室做焊接規(guī)范所要求的各種理化試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后要將試驗(yàn)報(bào)告和焊接程序一同送往有權(quán)威的焊接機(jī)關(guān)或船級社進(jìn)行驗(yàn)證、確認(rèn)，這樣文件才能成為本工程中所遵守的焊接程序。

對于檢驗(yàn)程序文件，要在正式開工前，施工方將最新版本的檢驗(yàn)程序文件，包括組對外觀檢驗(yàn)、超聲波檢驗(yàn)、針孔檢驗(yàn)等程序文件交予業(yè)主審批，業(yè)主審批后，才可以在海底管道鋪設(shè)時(shí)按照程序文件的要求進(jìn)行檢驗(yàn)。

2.3 管材的檢驗(yàn)

麗水36-1氣田開發(fā)項(xiàng)目海底管道結(jié)構(gòu)均為3L-PE及混凝土配重管，鋼管規(guī)格為Φ323.9mm×14.3mm和Φ323.9mm×12.7mm兩種，外部混凝土厚度為40mm和60mm兩種，海管結(jié)構(gòu)如圖2。

為保證所用管材符合規(guī)格書要求，在使用前要對其進(jìn)行詳細(xì)的檢查。管材運(yùn)達(dá)施工現(xiàn)場，往鋪管船上吊裝時(shí)要對管子的編號、管口橢圓度、母材是否損傷、防腐配重層是否破壞、坡口是否磕碰等情況進(jìn)行詳細(xì)檢查。若發(fā)現(xiàn)個(gè)別管子有質(zhì)量問題或在裝運(yùn)過程中發(fā)生了損壞，則不允許壞管進(jìn)入生產(chǎn)線。當(dāng)管子吊裝到鋪管作業(yè)線時(shí)，在進(jìn)管區(qū)第一站組對之前，應(yīng)用高壓空氣對管子內(nèi)部的浮銹和管中的雜物進(jìn)行吹掃，確保管內(nèi)清潔，以消除日后清管試壓時(shí)不必要的隱患。

2.4 海管的組對及焊接

為了保證組對、焊縫坡口和焊縫質(zhì)量，對用于焊接相關(guān)工作的所有焊接設(shè)備、對中器、切割火炬和其他設(shè)備、工具及電源都必須保持良好的機(jī)械狀態(tài)。

2.4.1 管端坡口的質(zhì)量控制

鋪管船上管子的所有焊縫的坡口加工必須用旋轉(zhuǎn)鋼刷打磨清理，坡口周圍至少100mm寬的區(qū)域必須進(jìn)行清理，以保證坡口面和臨近的母材進(jìn)行外觀檢驗(yàn)時(shí)沒有毛刺、分層、氧化皮、鐵銹、油漆、油脂或者其他雜質(zhì)，不影響焊接質(zhì)量（圖3）。

對焊縫坡口中不能修補(bǔ)的大表面缺陷，可以將坡口切除再重新加工坡口，但新的焊縫坡口必須進(jìn)行機(jī)械打磨并且加工到焊接程序所要求的尺寸、平整度和規(guī)則度。坡口角度過大會(huì)使焊道成形不好，坡口角度過小會(huì)使焊槍難以接近，氣體保護(hù)不到位而產(chǎn)生氣孔等缺陷；鈍邊過大常導(dǎo)致未焊透，鈍邊過小容易產(chǎn)生燒穿，影響根焊質(zhì)量[3]。

2.4.2 管子焊接組對要求

管端徹底檢驗(yàn)完之后，管子必須按照焊接程序的位置要求放置好，使管子的兩條縱縫都在管子的上半周部分，并錯(cuò)開45°，但錯(cuò)開距離不能小于10倍的壁厚。對接焊縫的最大允許錯(cuò)邊量，不允許超過2.0mm，以防止焊接后發(fā)生焊接變形，產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。錯(cuò)邊量可以使用對中器或銅頭錘子來矯正，矯正后任何管子節(jié)點(diǎn)都不允許有斜接焊縫。

2.4.3 焊材的儲(chǔ)存要求

海底管道的焊接材料中包括焊絲和低氫型焊條，為防止焊材受潮，在焊接時(shí)形成氣孔等缺陷，使用前焊絲必須儲(chǔ)存在密封、防潮的容器中，該容器放置在高于20℃干燥的地方。

低氫型焊條在使用前需要在溫度為370～430℃下烘干1～2h，烘干次數(shù)不能超過3次。烘干后，焊條運(yùn)至保溫存儲(chǔ)柜里并保持在120～150℃的溫度下以備后續(xù)使用。低氫型焊條發(fā)放4h后，所有沒有使用完的低氫焊條必須收集起來按照要求重新烘干后再發(fā)放使用。

2.4.4 海管焊接的要求

當(dāng)焊縫質(zhì)量可能受當(dāng)時(shí)氣候條件的不利影響時(shí)，則不允許進(jìn)行焊接。

由于BH109鋪管船采用半自動(dòng)焊，在焊接前要采用烤把將管端預(yù)熱到規(guī)格書要求的溫度（圖4）。

為減少焊接變形，在焊接時(shí)前兩道的焊接必須至少有2名焊工在管子兩邊同時(shí)進(jìn)行，后續(xù)的焊道可以根據(jù)實(shí)際需要由多個(gè)焊工焊接，以維持鋪管速度。所有的焊道要求交錯(cuò)有序焊接，并且保證起焊與終焊焊點(diǎn)沿焊縫長度分布，不重疊在同一部位。焊接時(shí)必須按照規(guī)格書的要求，嚴(yán)格控制焊接電流和焊接電壓等參數(shù)。為方便追蹤焊縫所有信息，在每個(gè)輪班開始前，需記錄焊工號和焊接站編號。當(dāng)焊縫不合格時(shí)，記錄中必須描述管號、焊縫編號、焊接程序編號、焊接站編號、焊工名字、缺陷類型和缺陷在焊縫中的位置。

2.5 海管環(huán)焊縫的檢驗(yàn)

在海管的鋪設(shè)中，焊道的外觀檢驗(yàn)是檢驗(yàn)工作的首要一環(huán)。對于焊接速度過快所產(chǎn)生的焊道缺肉，電流過大所產(chǎn)生的咬邊、飛濺、焊瘤等外觀缺陷都要嚴(yán)格按照程序要求進(jìn)行修理。對于缺肉、咬邊等外觀缺欠嚴(yán)禁用砂輪機(jī)打磨母材的方法掩蓋缺陷，應(yīng)補(bǔ)焊后再打磨。外觀檢驗(yàn)完畢之后，要在有缺陷的焊道旁做出醒目的標(biāo)記，需要修理的缺陷要及時(shí)修理，嚴(yán)禁拖到下道工序上進(jìn)行。

2.5.1 全自動(dòng)超聲波檢驗(yàn)的要求

目前無損檢驗(yàn)是檢驗(yàn)海底管道焊縫質(zhì)量的唯一途徑，在NDT所有的檢測方式中，全自動(dòng)超聲波檢測技術(shù)與射線檢測等其它檢測技術(shù)相比具有安全、環(huán)保、高效、準(zhǔn)確、缺陷檢出率高、檢測成本低等優(yōu)點(diǎn)，已成為石油天然氣鋼質(zhì)管道焊縫的重要檢測方法[4]。利用自動(dòng)超聲波檢測時(shí)，對檢測設(shè)備、試塊制作、檢測系統(tǒng)設(shè)置等都有明確要求[5]?，F(xiàn)場檢測時(shí)，由于海上環(huán)境的不穩(wěn)定性等因素，要求在鋪設(shè)海管時(shí)，每檢測一道環(huán)焊縫之前，必須在標(biāo)準(zhǔn)試塊上校準(zhǔn)設(shè)備的靈敏度（圖5）。

當(dāng)環(huán)焊縫溫度冷卻至160℃以下才允許澆水冷卻，以防止焊縫急冷發(fā)生開裂等問題。為預(yù)防檢測不穩(wěn)定，當(dāng)焊縫冷卻至70℃以下，才允許安裝檢測機(jī)頭開始檢測。探頭移動(dòng)區(qū)的寬度應(yīng)按檢測設(shè)備、焊縫坡口形式等確定，探頭移動(dòng)區(qū)內(nèi)不得有飛濺、銹蝕、油垢及其它雜質(zhì)。超聲波檢測的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要完全按照規(guī)格書的要求執(zhí)行，在LS36-1項(xiàng)目中規(guī)格書中要求按照DNV-OS-F101的檢測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。如果在超聲波檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)要求的缺陷，需立即通知焊接人員進(jìn)行返修，以免影響走船時(shí)間耽誤工期。

2.5.2 焊道返修的要求

焊道的返修是海管鋪設(shè)過程中經(jīng)常遇到的問題，返修時(shí)需要通過切割、打磨、氣刨等方式去除缺陷。LS36-1項(xiàng)目中是采用氣刨的方式去除缺陷，為了保持根部的幾何尺寸，最后的焊縫根部3mm需通過機(jī)械的方法去除，并且打磨整個(gè)氣刨區(qū)域以去除滲碳層。氣刨完畢，需要檢驗(yàn)人員采用磁粉檢測的方式確認(rèn)缺陷是否完全去除。

在返修焊縫時(shí)，預(yù)熱溫度要比規(guī)定的最低生產(chǎn)焊接預(yù)熱溫度高出至少50℃，而且同一部位只允許2次返修，并且第2次返修需得到業(yè)主的認(rèn)可。在任何焊縫的圓周上，不允許有超過3個(gè)獨(dú)立的返修區(qū)域。如果圓周長度中有第4個(gè)返修區(qū)域或總返修長度超過接頭圓周長度的30%時(shí)，必須進(jìn)行切管且重新焊接接頭，切除的這部分管段以焊縫為中心最少150mm寬。

2.6 節(jié)點(diǎn)的防腐及保溫

當(dāng)焊道檢驗(yàn)合格后，要對焊道兩側(cè)的裸露管頭部分進(jìn)行防腐處理，一般采用聚乙烯熱收縮帶＋高密度聚氨酯泡沫（開孔）填充。根據(jù)鋪管船作業(yè)要求，海上節(jié)點(diǎn)涂敷應(yīng)配置2個(gè)工作站進(jìn)行:①表面處理和熱收縮帶安裝站；②聚氨酯填充站。

2.6.1 節(jié)點(diǎn)的表面處理及防腐的要求

在表面處理和熱收縮帶安裝站，主要是采用手工動(dòng)力除銹對節(jié)點(diǎn)表面清理。除銹前，用火焰噴槍預(yù)熱表面至50～65℃，保證表面溫度高于露點(diǎn)溫度3℃以上，以除去表面潮氣。除銹后進(jìn)行100%質(zhì)量檢驗(yàn)，表面除銹等級為St3級。搭接處防腐層表面應(yīng)用砂紙或者其他工具小心清理，達(dá)到表面清潔、羽化，預(yù)處理的尺寸至少100mm，但不能超過450mm。

纏繞熱縮帶時(shí)，嚴(yán)格按照材料廠家操作規(guī)范用丙烷燃?xì)鈽尠惭b。熱收縮帶與管體涂層的搭接長度為50～75mm。安裝完成后，當(dāng)表面溫度降低到49℃以下時(shí)采用電壓為15kV的高壓電火花檢漏儀進(jìn)行100%漏點(diǎn)檢測，同時(shí)進(jìn)行100%外觀檢驗(yàn)。外觀表面應(yīng)平整、無皺折、無氣泡、無炭燒焦化，熱熔膠從兩端明顯溢出（圖6）。

根據(jù)規(guī)格書要求，需要每周進(jìn)行1次或按照現(xiàn)場業(yè)主指定的頻次進(jìn)行剝離試驗(yàn)。

2.6.2 節(jié)點(diǎn)保溫的要求

節(jié)點(diǎn)防腐之后，采用為厚度為0.8～1.0mm厚的接口模具鐵皮，用打包帶將其纏繞在混凝土涂層的外層，形成環(huán)形空間，徑向搭接大于50mm。點(diǎn)焊加固后，在與混凝土材料接觸處有軟質(zhì)密封膠條用于保證注料時(shí)的密封性。

調(diào)節(jié)原料溫度、時(shí)間等參數(shù)，開啟聚氨酯高壓發(fā)泡機(jī)，注射原料，形成符合要求的填充涂層。如果發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)及時(shí)用修補(bǔ)料進(jìn)行修補(bǔ)。

3 結(jié)語

為了提高海管的施工質(zhì)量應(yīng)做好如下幾點(diǎn):

（1）嚴(yán)格執(zhí)行國際上公認(rèn)的鋪管規(guī)范，做到鋪管有標(biāo)準(zhǔn)，檢查有依據(jù)。

（2）認(rèn)真把好焊工考試關(guān)，考試合格者方可頒發(fā)上崗證書。

（3）嚴(yán)格審定焊接程序，并認(rèn)真做好記錄，使缺陷率降低到最低限度。

（4）NDT人員應(yīng)有權(quán)威檢驗(yàn)機(jī)關(guān)頒發(fā)的資格證書，持證上崗，定期檢查考試認(rèn)證。

（5）對于AUT檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，應(yīng)立即返修，對那些比較難判斷的缺陷，NDT檢驗(yàn)人員要共同協(xié)商，統(tǒng)一意見做出決策。對于需切管的缺陷或?qū)κ欠褚泄艿娜毕菖卸ㄓ袪幾h時(shí)，要報(bào)告質(zhì)量總監(jiān),并請業(yè)主和檢驗(yàn)第三方共同判定。

[1]馬良.海底管道建設(shè)中的幾點(diǎn)設(shè)想[J].中國海洋平臺,2000,15(4):37-40.

[2]杜強(qiáng).平湖海底管道鋪設(shè)的質(zhì)量控制[J].中國海洋平臺,1998,13(5):3-6.

[3]楊旭，段先猛.西氣東輸二線9A標(biāo)段焊接質(zhì)量控制[J].電焊機(jī)，2009,39（5）:175-177.

[4]蔡桂喜，張恩勇.海底管道無損檢測技術(shù)及最新進(jìn)展[J].無損探傷,2009,33(6）:1-5.

[5]丁小軍，何小東,蘇明德,等.海底管線環(huán)焊縫的自動(dòng)超聲檢測[J].無損檢測，2010,32（10）:795-798.