楊 陽，呂喜軍，趙 利，高象杰，楊 彪，相政樂

中海油能源發(fā)展股份有限公司管道工程分公司，天津 300452

“穿夾克管+聚氨酯澆注”工藝最早在上世紀60年代的歐洲問世，被稱之為pipe-in-pipe工藝，我國譯為“管中管”工藝[1]。該工藝工序獨立性強，便于專業(yè)操作和分工協(xié)調，產品規(guī)格化強，便于生產組織。由于產品受應用領域、使用環(huán)境、輸送介質溫度差異等變化因素的影響，通常保溫層密度≤100 kg/m3，抗壓強度≤0.8 MPa，因此使用水深范圍不超過60 m[2]，難以滿足目前中國海洋油氣深水開發(fā)戰(zhàn)略的要求。因此，針對傳統(tǒng)單層保溫管應用限制，開發(fā)了新型“聚氨酯噴涂+擠出聚烯烴纏繞+配重涂敷”工藝，以提高整管性能，拓寬應用范圍。

1 硬質聚氨酯噴涂預制保溫配重管新產品的生產工藝及結構形式

硬質聚氨酯噴涂預制保溫配重管生產工藝大致可概括為3個部分，分別是聚氨酯噴涂、聚乙烯纏繞和混凝土噴涂。具體工藝過程示意如圖1所示，其保溫結構形式如圖2、圖3所示。

圖1 聚氨酯噴涂預制保溫配重管生產工藝過程示意

2 硬質聚氨酯噴涂預制保溫配重管試制

2.1 產品結構參數

圖2 產品端頭結構示意

圖3 PUF保溫半瓦+聚氨酯彈性體補口結構

研究試制工作依托蓬萊19-3油田1/3/8/9項目進行，從設計、制造和安裝全方位進行研究與試驗，并進行了模擬鋪設[3]，具體結構參數見表1。

2.2 試驗管制作

（1）聚氨酯保溫層密度約89 kg/m3，聚乙烯層厚度約8 mm，試驗鋼管5根，用于抗剪切性能試驗、彎曲性能試驗和靜水壓密封性能試驗（見圖4）。

（2）保溫管管端安裝有特殊管端密封膠。

（3）保溫層表面纏繞有特殊界面膠，增加聚氨酯保溫層與HDPE防護層之間剪切強度。

表1 硬質聚氨酯噴涂預制保溫配重管結構參數

圖4 靜水壓密封性試驗

（4）HDPE防護層外撒防滑顆粒，增加防護層與配重層之間剪切強度。

2.3 試驗結果

試驗管噴涂聚氨酯保溫層、HDPE防護層、配重層的試驗結果見表2、3、4。

為模擬真實環(huán)境下保溫配重管鋪設及水下密封性能，對硬質聚氨酯噴涂保溫配重管進行了抗剪切試驗、彎曲試驗和靜水壓密封性能檢測。整管的剪切強度＞0.15 MPa，滿足項目要求。經彎曲后，整管管段和補口管段在內壓0.4 MPa、管內流體79℃±5℃條件下進行7天靜水壓試驗，結果表明涂層密封性良好，無水進入，見圖5。

表2 保溫層性能試驗結果

表3 HDPE防護層性能試驗結果

表4 配重層性能試驗結果

試驗結果表明，硬質聚氨酯噴涂預制保溫配重管具有優(yōu)良的抗剪切性能和防水密封性能，完全滿足實際工程項目應用。

3 聚氨酯泡沫噴涂工藝和澆注工藝對比

單層保溫管聚氨酯泡沫的噴涂工藝與澆注工藝分析對比，結果見表5。

由表5可以得出，噴涂法成型的保溫管泡孔均勻，密度均一，導熱系數低，抗壓強度高，保溫管整體具有優(yōu)異的保溫性能和機械性能。對硬質聚氨酯噴涂+擠出聚乙烯纏繞保溫管直接進行混凝土配重涂敷工藝，代替現(xiàn)有“管中管”工藝，不僅可以節(jié)約2/3的鋼材，而且不存在外套管的腐蝕和防腐問題，并減少了鋪管焊接工作量，從而可以提高鋪管效率，降低管道系統(tǒng)造價[18]。

4 結束語

圖5 防水密封性評價

近年來海上油氣開發(fā)不斷向南海深水邁進，初步統(tǒng)計，整個南海的石油地質儲量約230～300，約占中國總資源量的1/3。南海分布著白云、荔灣、寶島、陵水、樂東、流花、陸豐等眾多油氣田，勘探開發(fā)潛力巨大。傳統(tǒng)“穿夾克管+聚氨酯澆注”工藝已經不能滿足我國海洋石油開采的深水戰(zhàn)略?！坝操|聚氨酯噴涂+擠出聚乙烯纏繞+配重涂敷”工藝，改變了傳統(tǒng)“穿夾克管+聚氨酯澆注”工藝的生產技術，在保溫管制造技術方面獲得了重大突破。新工藝不僅可以提高泡沫層綜合性能、節(jié)省保溫及防護層原材料用量，而且可以免除安裝防水帽的操作，提高施工效率，而且有效保證了管端密封的質量，避免吊裝過程中防水帽立面的磕碰損壞。新工藝不使用夾克管，避免了夾克管自身存在的功能問題；直接對保溫管進行配重涂敷，代替現(xiàn)有鋼套鋼工藝，不僅可以節(jié)約2/3的鋼材，而且不存在外套管的腐蝕和防腐問題，并減少了鋪管焊接工作量，從而可以提高鋪管效率，降低管道系統(tǒng)造價。綜上所述，“硬質聚氨酯噴涂+擠出聚乙烯纏繞+配重涂敷”工藝優(yōu)勢明顯，具有很高的推廣價值和市場應用前景。

表5 單層保溫管聚氨酯泡沫的噴涂工藝和澆注工藝對比

[1]唐燕青.保溫管道預制成型工藝技術的發(fā)展和應用[J].石油工程建設，2004，30（6）：10-12.

[2]呂喜軍，相政樂，劉海超，等.3LPP防腐層在海底管道的應用研究[J].石油工程建設，2010，36（6）15-19.

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[15]BS 1881-114-1983，Methods for Determination of Density of Hardened Concrete[S].

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[18]張紅磊，韓文禮.國外海洋管道防腐保溫技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].石油工程建設，2009，35（1）：26-29.