王火平 梁光輝 杜應(yīng)軍 成二輝

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司）(海洋石油工程股份有限公司）

化工管道

近岸段天然氣海底管線維修方法綜述

王火平*梁光輝 杜應(yīng)軍 成二輝

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司）(海洋石油工程股份有限公司）

某近岸段天然氣海底管線出現(xiàn)泄漏，一方面導(dǎo)致了管線停產(chǎn)，給企業(yè)造成了巨大損失，另一方面也造成了一定的海洋污染，產(chǎn)生了不良的社會(huì)影響。為了規(guī)避或減少近岸段海底管道泄漏帶來的企業(yè)損失和社會(huì)影響，選擇快速、有效的修復(fù)方法對管線進(jìn)行修復(fù)顯得尤為重要。介紹了幾種常見的近岸段海底管線維修方法，供相近工況下海底管道泄漏需要修復(fù)時(shí)參考。

天然氣管道 近岸段 海底管線 泄漏 修復(fù) 局部腐蝕

0 概述

番禺30-1海底天然氣管線近岸段長26.0 km。該區(qū)域水深變化極不規(guī)則，在-0.5～18.5 m（海圖水深）之間不均勻變化。2011年12月19日，該管線在近岸段淺灘位置發(fā)生泄漏并引起燃燒，導(dǎo)致管線停產(chǎn)（見圖1）。近岸段天然氣海底管線出現(xiàn)泄漏，一方面導(dǎo)致了管線停產(chǎn)，給企業(yè)造成了巨大損失，另一方面也造成了一定的海洋污染，產(chǎn)生了不良的社會(huì)影響。為了規(guī)避或減少近岸段海底管道泄漏帶來的企業(yè)損失和社會(huì)影響，選擇快速、有效的修復(fù)方法對管線進(jìn)行修復(fù)顯得尤為重要。

圖1 管線泄漏事故現(xiàn)場

本次管線泄漏的修復(fù)方法分為臨時(shí)修復(fù)和永久修復(fù)兩個(gè)階段。臨時(shí)修復(fù)采用機(jī)械管卡修復(fù)法（見圖2）；永久修復(fù)是先采用圍堰的方式形成干式環(huán)境，然后在機(jī)械管卡位置焊接隔離套筒進(jìn)行修復(fù)（見圖3）。

圖2 機(jī)械管卡臨時(shí)修復(fù)

圖3 隔離套筒永久修復(fù)

本文根據(jù)番禺30-1近岸段海管泄漏事故的特點(diǎn)及維修的難點(diǎn)，介紹了幾種常見的近岸段海底管線事故類型和有效的維修方法，供相近工況下海底管道發(fā)生泄漏事故需要修復(fù)時(shí)參考。

修復(fù)方法主要分為三大類（見圖4）：（1）平管起吊修復(fù)；（2）干式修復(fù)，包括常壓干式艙環(huán)境下干式修復(fù)和圍堰環(huán)境下干式修復(fù)；（3）濕式修復(fù)，包括卡具修復(fù)、帶壓開孔封堵修復(fù)和機(jī)械連接器修復(fù)等。

圖4 近岸段海管維修方法

1 番禺30-1海管近岸段事故類型及維修對策

番禺30-1海管近岸段泄漏大體上可以分為三種損傷形式[1]。

（1）管道小泄漏

管道小泄漏即泄漏點(diǎn)尺寸比較小。這種泄漏一般是由局部腐蝕或焊接缺陷等原因產(chǎn)生的小破損引起的，例如產(chǎn)生的小孔、小坑或小裂紋等。

管道小泄漏又分泄漏點(diǎn)有無凹陷兩種情況。若泄漏點(diǎn)處無凹陷或凹陷較小，采用管卡修復(fù)后可以進(jìn)行正常生產(chǎn)和通球作業(yè)。若泄漏點(diǎn)處有較大凹陷，采用管卡修復(fù)后管線的正常生產(chǎn)和通球都將受到影響，因此需要在修復(fù)前將凹陷部分切除。對于凹陷面不能切除的情況，管卡修復(fù)后可選擇適當(dāng)施工時(shí)機(jī)進(jìn)行永久修復(fù)。

（2）管道局部破損

管道局部破損一般是由于大面積腐蝕或者外力作用造成的，其泄漏點(diǎn)軸向尺寸或者環(huán)向尺寸較大，泄漏點(diǎn)附近海管圓度發(fā)生較大變化，不能滿足小尺寸管卡安裝的要求。

對于軸向尺寸較大的泄漏點(diǎn)，在詳細(xì)測量海管泄漏點(diǎn)尺寸和管道圓度后，可根據(jù)測量尺寸特制機(jī)械管卡進(jìn)行修復(fù)，也可考慮切除破損點(diǎn)，更換短節(jié)修復(fù)。

管道局部破損也分漏點(diǎn)有無凹陷兩種情況，對于有凹陷的情況，處理方法與管道小泄漏相同。

（3）管道大范圍的破損

管道大范圍的破損一般是由于外力作用（如錨刮傷、挖泥船損傷等）或者惡劣自然環(huán)境（如海床變遷、地震、海嘯等）所致。這種情況一般不能通過管卡修復(fù)，只可考慮更換短節(jié)修復(fù)。

2 近岸段海底管線維修方法

2.1 平管起吊修復(fù)

平管起吊修復(fù)方法適用于水深較淺的海域及管道發(fā)生極大范圍破損的情況。管道發(fā)生大范圍破損時(shí)，通常需要停產(chǎn)進(jìn)行更換管段修復(fù)。平管起吊修復(fù)方法屬于永久修復(fù)，修復(fù)完成后需對法蘭進(jìn)行保護(hù)，后期無需進(jìn)行日常監(jiān)測或維護(hù)。

具體修復(fù)施工步驟為：在停產(chǎn)情況下切除破損管線；使用平管起吊船舶將兩個(gè)切割點(diǎn)分別起吊至施工船舶甲板；對切割點(diǎn)部位進(jìn)行打磨并焊接法蘭，將海管下放至海床上；測量并預(yù)制需要跟換的短節(jié)；水下安裝短節(jié)，完成修復(fù)[3]。

平管起吊修復(fù)的過程如圖5所示。

圖5 平管起吊修復(fù)過程

2.2 濕式修復(fù)[3]

（1）封堵管卡修復(fù)

對于淺灘區(qū)域和極淺水區(qū)域的管道維修，主要有以下幾個(gè)難點(diǎn)：

①由于水深很淺，船舶難以進(jìn)入作業(yè)地點(diǎn)。

②不便大型挖溝機(jī)就位，吹泥挖溝暴露管線緩慢困難。

③混濁水域水下能見度低，潛水作業(yè)困難。

根據(jù)上述難點(diǎn)，在選擇施工設(shè)備時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①作業(yè)船舶選擇：淺水作業(yè)駁船（吃水小于1.5 m，船上布置履帶吊），淺水拖輪，拋錨艇。

②挖溝機(jī)選擇：長臂挖掘機(jī)，射流噴沖式挖溝機(jī)，吸泥泵。

具體修復(fù)施工步驟為：船舶就位后，首先使用挖溝機(jī)在漏點(diǎn)位置開挖作業(yè)坑；然后清理漏點(diǎn)位置表面涂層，并測量漏點(diǎn)位置海管的圓度誤差，檢查圓度誤差是否滿足管卡的安裝要求（管道的圓度誤差不得超過管道外徑的1%）；最后在漏點(diǎn)位置安裝封堵管卡，穿上管卡螺栓，對管卡螺栓對稱均勻加力，直至達(dá)到安裝要求為止。封堵管卡及其安裝如圖6和圖7所示。

圖6 封堵管卡下水

圖7 封堵管卡安裝

（2）水下機(jī)械連接器修復(fù)

簡單而言，機(jī)械連接器修復(fù)法就是將破損管段切割掉，用短節(jié)替換，而替換的短節(jié)用連接器與原管道連接。機(jī)械連接器修復(fù)法就是采用夾套式機(jī)械連接器進(jìn)行修復(fù)[2]。

具體修復(fù)施工步驟為：先將破損管段切除；如果是混凝土配重管道，使用液壓風(fēng)鎬或其它清除設(shè)備去除混凝土；如果是雙層管道，利用環(huán)向切割機(jī)切割，剝離管端外管，同時(shí)將海管兩端清理打磨干凈，使之達(dá)到安裝水下機(jī)械連接器的要求。上述工作完成后，在兩端安裝機(jī)械連接器。最后測量、預(yù)制并安裝短節(jié)，回填作業(yè)坑，結(jié)束修復(fù)作業(yè)。

水下機(jī)械連接器修復(fù)如圖8所示。

圖8 水下機(jī)械連接器修復(fù)

（3）帶壓開孔封堵修復(fù)[2]

帶壓開孔修復(fù)方法應(yīng)用于管道發(fā)生變形損傷的修復(fù)。這時(shí)候雖然并沒有發(fā)生海管泄漏，但海管變形會(huì)降低海管使用壽命，且較大變形使得正常清管作業(yè)無法進(jìn)行。根據(jù)海管清管及安全的考慮，需要對變形的海管實(shí)施維修作業(yè)。為避免中斷管道的正常運(yùn)行，可以采用不停輸開孔封堵、更換變形段海管的方法實(shí)現(xiàn)維修作業(yè)。

帶壓開孔封堵修復(fù)過程如圖9～圖12所示。

具體修復(fù)方法為：如果是混凝土配重管，使用液壓風(fēng)鎬或其它清除設(shè)備去除混凝土；如果是雙層管，使用環(huán)向爬管機(jī)和軸向切割機(jī)進(jìn)行外管剝離，清除保溫層和防腐層，并進(jìn)行打磨，直至表面平滑。然后，在已清理的海管表面進(jìn)行海管直度和圓度測量，并在開孔部位按照時(shí)鐘位置，利用UT進(jìn)行海管壁厚檢測。在檢測結(jié)果滿足要求的條件下，在海管的兩端安裝水下機(jī)械三通和開孔機(jī)，在不停產(chǎn)的情況下開孔。開孔完成后拆除兩端開孔機(jī)，安裝封堵機(jī)和旁通管線。對兩封堵機(jī)之間的損壞管段進(jìn)行泄壓、切割和更換（更換方法可采用機(jī)械連接器修復(fù)法）。最后拆除封堵機(jī)，完成修復(fù)作業(yè)。

圖9 兩端帶壓開孔

圖10 兩端帶壓封堵并連接旁通

圖11 破損管段切割

圖12 破損管段更換

2.3 干式修復(fù)

（1）常壓干式艙環(huán)境干式修復(fù)

在數(shù)次海管修復(fù)工程中，常壓干式艙起到了重要的作用，比較有代表性的例子有2001年渤西天然氣管道不停產(chǎn)開孔封堵修復(fù)工程和2007年東方1-1登陸管線維搶修工程。常壓干式艙適用于15 m以淺的水域。在以下情況下可考慮使用常壓干式艙：(a)不滿足起管焊接修復(fù)的條件，而且缺少濕式修復(fù)的機(jī)械連接器備件；(b)不停產(chǎn)帶壓開孔封堵修復(fù)采用焊接三通，非采用機(jī)械三通的情況。

具體修復(fù)方法為：潛水員水下調(diào)查管道損傷情況，確定管道切割位置；使用挖溝設(shè)備對海管切割位置開挖作業(yè)面，滿足干式艙就位要求；清除管道表面涂層，滿足切割要求和干式艙密封要求。干式艙就位，打固定樁并安放沉板壓沙袋，增加其穩(wěn)定性。測量并制作兩側(cè)密封門，水下安裝密封。利用排水泵將干式艙內(nèi)水排凈，形成干式環(huán)境。對管道表面進(jìn)行清理后開始冷切割及端部開坡口作業(yè)，進(jìn)行法蘭焊接。最后，干式艙拆除，短節(jié)安裝，完成修復(fù)作業(yè)。有關(guān)干式艙結(jié)構(gòu)、干式艙就位和短節(jié)安裝如圖13～圖15所示。

圖13 干式艙結(jié)構(gòu)

圖14 干式艙就位

（2）圍堰環(huán)境干式修復(fù)

圍堰的目的是形成干式環(huán)境。圍堰方法有構(gòu)筑人工島（見圖16）、插打鋼板樁等多種形式。通過構(gòu)筑臨時(shí)人工島和插打鋼板樁圍堰的形式可解決施工船舶無法進(jìn)入海管維修地點(diǎn)的困難。形成干式環(huán)境后，可采用干式維修方法對海管進(jìn)行永久修復(fù)。

圖15 短節(jié)安裝

圖16 人工島形成干式環(huán)境全貌

具體修復(fù)方法：在海管修復(fù)位置拋砂構(gòu)建人工島；人工島形成后依次施打人工島外圍的防護(hù)鋼板樁、施打防浪鋼板樁、下放防護(hù)鋼筋籠組、施打作業(yè)基坑鋼板樁；工作基坑鋼板樁施打完成后，用挖掘機(jī)進(jìn)行基坑開挖，開挖接近海管時(shí)，用抽砂設(shè)備及人工輔助進(jìn)行開挖，避免損傷海管；根據(jù)修管要求對基坑進(jìn)行抽水、設(shè)安全護(hù)欄、基坑加深、基底架空鋪板、增設(shè)安全通道和應(yīng)急注水設(shè)備、安裝起重設(shè)備和發(fā)電照明設(shè)備等工作，以形成一個(gè)安全可靠的干式施工環(huán)境；在干式環(huán)境下對破損管線進(jìn)行修復(fù)；最后，人工島拆除，原貌恢復(fù)，完成修復(fù)作業(yè)。

3 結(jié)束語

番禺30-1海管近岸段施工環(huán)境復(fù)雜，且水深較淺，因此需要合適的船舶資源，以滿足泄漏海管維修的要求。為防患于未然，管線正常運(yùn)行期間，應(yīng)積極開展適應(yīng)性施工船舶信息的收集和調(diào)研工作，做好各種損壞情況的維修預(yù)案。此外，對于一些采辦周期較長的維修材料，如機(jī)械連接器、球法蘭等，應(yīng)做好備件儲(chǔ)備工作，以確保管道泄漏時(shí)的應(yīng)急維修需要。

[1]劉春厚，潘東民，吳誼山.海底管道維修方法綜述[J].中國海上油氣，2004，16(1)：59-62.

[2]侯濤，安國亭．海底管道損傷處的修復(fù)方法[J]．海洋工程，2003，21（4）：40-43．

[3]楊泳，弓志輝，劉振宇．淺談常見的海底管道維修方法[J]．中國科技投資，2013(11)：115-150.

Review of Maintenance Methods of Offshore Natural Gas Pipeline

Wang HuopingLiang GuanghuiDu YingjunCheng Erhui

Recently,an offshore natural gas pipeline leakage has happened which no only leads to the production halts and the loss of the company,but also the marine pollution and the negative social effects.Thus,to avoid the negative effects from the above-mentioned incidents,the selection of a fast and effective repairing method of the pipeline is of great importance.A few common repairing methods of the offshore subsea pipeline are introduced for the reference of the similar cases.

Natural gas pipeline;Offshore;Subsea pipeline;Leakage;Repair;Local corrosion

TQ 050.7

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2016.08.016

2015-10-17)

*王火平，男，1980年生，工程師。深圳市，518067。