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        硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管技術(shù)

        2018-04-26 03:39:02呂喜軍高象杰相政樂
        石油工程建設(shè) 2018年2期
        關(guān)鍵詞:保溫管夾克硬質(zhì)

        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(diào),產(chǎn)品規(guī)格化強,便于生產(chǎn)組織。由于產(chǎn)品受應(yīng)用領(lǐng)域、使用環(huán)境、輸送介質(zhì)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(yīng)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(yīng)用范圍。

        1 硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管新產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝及結(jié)構(gòu)形式

        硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管生產(chǎn)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(jié)構(gòu)形式如圖2、圖3所示。

        圖1 聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管生產(chǎn)工藝過程示意

        2 硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管試制

        2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)

        圖2 產(chǎn)品端頭結(jié)構(gòu)示意

        圖3 PUF保溫半瓦+聚氨酯彈性體補口結(jié)構(gòu)

        研究試制工作依托蓬萊19-3油田1/3/8/9項目進行,從設(shè)計、制造和安裝全方位進行研究與試驗,并進行了模擬鋪設(shè)[3],具體結(jié)構(gòu)參數(shù)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(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)制保溫配重管結(jié)構(gòu)參數(shù)

        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(jié)果

        試驗管噴涂聚氨酯保溫層、HDPE防護層、配重層的試驗結(jié)果見表2、3、4。

        為模擬真實環(huán)境下保溫配重管鋪設(shè)及水下密封性能,對硬質(zhì)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(jīng)彎曲后,整管管段和補口管段在內(nèi)壓0.4 MPa、管內(nèi)流體79℃±5℃條件下進行7天靜水壓試驗,結(jié)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(jié)果

        表3 HDPE防護層性能試驗結(jié)果

        表4 配重層性能試驗結(jié)果

        試驗結(jié)果表明,硬質(zhì)聚氨酯噴涂預(yù)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(yīng)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(jié)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(dǎo)熱系數(shù)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(zhì)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(jié)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(zhì)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(jīng)不能滿足我國海洋石油開采的深水戰(zhàn)略?!坝操|(zhì)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(chǎn)技術(shù),在保溫管制造技術(shù)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(zhì)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(zhì)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(yīng)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(yù)制成型工藝技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].石油工程建設(shè),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(yīng)用研究[J].石油工程建設(shè),2010,36(6)15-19.

        [3]張曉靈.單層鋼管保溫配重新產(chǎn)品在海洋油田中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè),2009,35(3):22-26.

        [4]ASTM D1622-03,Standard Test Method for Apparent Density of Rigid Cellular Plastics[S].

        [5]ASTM D1621-10,Standard Test Method for Compressive Properties of Rigid Cellular Plastics[S].

        [6]ASTM C518-02,Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus[S].

        [7]ASTM D6226-98,Standard Test Method for Open Cell Content of Rigid Cellular Plastics[S].

        [8]GB/T50538-2010,埋地鋼質(zhì)管道防腐保溫層技術(shù)標準[S].

        [9]ASTM D792-07,Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density)of Plastics by Displacement[S].

        [10]ASTM D1238-04,Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer[S].

        [11]ASTM D1693-08,Standard Test Method for Environment Stress-Cracking of Ethylene Plastics[S].

        [12]ASTM D638-10,Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics[S].

        [13]ASTM D1525-07,Standard Test Method for Vicat Softening Temperature of Plastics[S].

        [14]ASTM D3895-07,Standard Test Method for Oxidativeinduction Time ofPolyolefins by DifferentialScanning Calorimetry[S].

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

        [16]BS 1881-120-1983,Method for Determination of the Compressive Strength of Concrete Cores[S].

        [17]BS 1881-122-1983,Method for Determination of Water Absorption[S].

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

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