鄧廣武

（海隆管道工程技術(shù)服務(wù)有限公司，上海200949）

海洋油氣的開采和輸送是未來能源發(fā)展的一個重要方向，在海洋油氣輸送管線中，混凝土配重涂層鋼管使用非常廣泛。海洋油氣輸送管道的鋪設(shè)與陸地作業(yè)相比較為困難，相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或質(zhì)量要求較為嚴(yán)格。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，需建立完整的質(zhì)量管理體系，制定從顧客確認(rèn)、原材料采購、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)、監(jiān)視和測量、持續(xù)改進(jìn)等過程的相應(yīng)程序文件。保證具體合同項(xiàng)目質(zhì)量可被策劃、控制和改進(jìn)，形成詳細(xì)描述生產(chǎn)工藝、檢驗(yàn)與試驗(yàn)、技術(shù)指標(biāo)、綜合測量方法等文件，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的符合性、穩(wěn)定性和可追溯性。

1 項(xiàng)目概況

2013 年-2014 年，由于混凝土配重涂層產(chǎn)品在國內(nèi)產(chǎn)線極少，且國內(nèi)項(xiàng)目的技術(shù)規(guī)格書大部分還是引用國外主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，某公司為適應(yīng)管道涂層類型發(fā)展趨勢，打破封鎖，填補(bǔ)國內(nèi)市場，實(shí)現(xiàn)從陸地管涂層向海底管涂層的進(jìn)軍，決定建立水泥配重涂層生產(chǎn)線，并建立相應(yīng)的質(zhì)量控制體系。筆者作為該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，圍繞混凝土涂層產(chǎn)品，組織建立水泥配重涂層質(zhì)量管理體系，識別各過程并形成程序文件。具體圍繞水泥配重涂層的質(zhì)量控制與檢試驗(yàn)制定4 個項(xiàng)目，分別是：a.CWC 水泥配重生產(chǎn)工藝研發(fā)；b.CWC 水泥配重涂層成套檢測技術(shù)；c.配重涂層管沖擊試驗(yàn)工藝及研發(fā)；d. 配重涂層管剪切及擠壓試驗(yàn)工藝及研發(fā)。

2 混凝土配重涂層生產(chǎn)工藝

混凝土配重涂層是在防腐鋼管的防腐層上再施涂一層混凝土，形成配重涂層，該涂層作用一是提供海底管線在鋪設(shè)和使用時穩(wěn)定的下沉力；二是提供對防腐涂層和鋼管的機(jī)械保護(hù)，防止在鋪設(shè)和使用過程中，因撞擊等產(chǎn)生的防腐層損傷或鋼管變形。

混凝土配重涂層生產(chǎn)工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 混凝土配重涂層生產(chǎn)工藝流程圖

上述流程應(yīng)根據(jù)合同項(xiàng)目技術(shù)要求，編制制造工藝規(guī)范（MPS），需詳細(xì)描述各流程及控制要求，并提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)。其中混凝土攪拌和混凝土配重涂敷為配重涂層加工的關(guān)鍵工序，其中許多參數(shù)，如原材料配比、攪拌時間、鼓輪轉(zhuǎn)帶、噴涂速度等，直接影響配重涂層的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，如密度、強(qiáng)度等。需對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行識別，根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)形成預(yù)生產(chǎn)參數(shù)工藝卡，在工藝評定過程中，對預(yù)定參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證和修定，最終形成生產(chǎn)參數(shù)工藝卡指導(dǎo)于配重涂層生產(chǎn)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。

3 CWC 涂層檢驗(yàn)與試驗(yàn)及技術(shù)指標(biāo)

3.1 CWC 涂層檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求

混凝土配重涂層檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求，根據(jù)質(zhì)量管理體系和合同項(xiàng)目技術(shù)要求，形成檢驗(yàn)與試驗(yàn)計劃（ITP)，并提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)，保證其符合性、一致性和可追溯性。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，部分檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目需要實(shí)際執(zhí)行過程中，需按如表1 方式進(jìn)行。

3.2 CWC 涂層技術(shù)指標(biāo)

CWC 涂層技術(shù)指標(biāo)主要分為兩部分，一部分為由項(xiàng)目設(shè)計給定的技術(shù)指標(biāo)，項(xiàng)目不同，這些指標(biāo)有變化，如混凝土涂層的厚度、密度等；一部分為由項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)格書給定的技術(shù)指標(biāo)，如引用標(biāo)準(zhǔn)相同，這些指標(biāo)是相同，如加強(qiáng)筋的配筋率、水下重量偏差等。以下是根據(jù)SY/T 7398-2017《海底管道混凝土配重涂層技術(shù)規(guī)定》和舟山項(xiàng)目設(shè)計要求整理技術(shù)指標(biāo)對比如表2。

根據(jù)上述對比可以發(fā)現(xiàn)，CWC 涂層技術(shù)指標(biāo)在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有提及，但大部分未給定具體數(shù)值，只是對工藝要求、檢驗(yàn)試驗(yàn)頻次或方法進(jìn)行規(guī)定要求，所以針對具體項(xiàng)目，在與顧客簽訂合同前，應(yīng)確認(rèn)技術(shù)指標(biāo)的具體數(shù)值，以保證質(zhì)量的符合性。

表1 CWC 涂層檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求

表2 CWC 涂層技術(shù)指標(biāo)

表3 水下重量測定指標(biāo)

4 綜合技術(shù)檢測與試驗(yàn)

4.1 水下重量測定

水下重量是一項(xiàng)CWC 涂層鋼管的重要質(zhì)量指標(biāo)，其偏差越小，說明生產(chǎn)工藝越穩(wěn)定，后續(xù)管線鋪設(shè)施工也越穩(wěn)定。水下重量由單位長度配重涂層管的重量減去單位長度配重涂層管在水中的浮力，單位為kg/m，水下重量可分為理論水下重量和實(shí)際水下重量，各部分取值如表3 所示。

管端預(yù)留部分在后續(xù)管線施工過程中會填充聚氨酯或其它材料，其密度與混凝土涂層密度不同，在計算水下重量時，可采?。阂皇枪芏祟A(yù)留部分不計入，僅以配重層部分計算水下重量；二是按施工過程中使用密度材料，理論計算后，計入整管重量中，然后平均到單位長度中。計算方式需要形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后執(zhí)行。

現(xiàn)場稱重一般在混凝土涂敷完成后立即進(jìn)行，此時因混凝土中拌合水未完成反應(yīng)，略重于養(yǎng)護(hù)完成后風(fēng)干狀態(tài)下的混凝土涂層，可在養(yǎng)護(hù)完成后，抽取部分配重管進(jìn)行稱重，可對混凝土涂敷后立即稱重重量進(jìn)行修定。如項(xiàng)目要求重量為飽和水下重量，還應(yīng)根據(jù)吸水率試驗(yàn)結(jié)果，對重量進(jìn)行修定。重量形式和修定算法需要形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后執(zhí)行。

4.2 吸水率試驗(yàn)

吸水率試驗(yàn)是評價混凝土涂層性能的一項(xiàng)重要試驗(yàn)，應(yīng)在28 天養(yǎng)護(hù)期后進(jìn)行，可在混凝土配重整管上進(jìn)行，也可以在混凝土試樣上進(jìn)行。計算公式如下所示：

SY/T 7398-2017《海底管道混凝土配重涂層技術(shù)規(guī)定》中，給出判定吸水飽和的方法是：將養(yǎng)護(hù)好的試樣浸泡在水溫為21℃±3℃的海水槽中至少24 h，直到連續(xù)3 次稱重（最小間隔3h）的平均重量誤差在1%以內(nèi)。為保證連續(xù)稱重平均重量誤差在1%以內(nèi)，可摸索首次稱重的浸泡時間，如此可減少后續(xù)稱重的次數(shù)，方便操作。吸水前涂層重量可分為風(fēng)干狀態(tài)和烘干狀態(tài)，試驗(yàn)前應(yīng)形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后進(jìn)行。

在混凝土配重整管上進(jìn)行吸水率實(shí)驗(yàn)時，可在車間適當(dāng)且吊裝鋼管方便的位置，建造一水池，該水池可按可能進(jìn)行的最大管徑和最長管長建造，以固定實(shí)驗(yàn)位置，方便每個項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，整管試驗(yàn)應(yīng)在工藝評定時進(jìn)行。正常生產(chǎn)時如有要求，可在芯核等混凝土試樣上進(jìn)行，方便操作，但應(yīng)與顧客提前確認(rèn)。

4.3 抗滑脫性試驗(yàn)

抗滑脫性試驗(yàn)是評價混凝土涂層與防腐涂層之間剪切力性能的一項(xiàng)重要試驗(yàn)，在28 天養(yǎng)護(hù)期后進(jìn)行，在混凝土配重整管上進(jìn)行，也可在試樣管段上進(jìn)行。混凝土涂層長度不小于1.5米，其上實(shí)施軸向載荷，在規(guī)定的荷載作用下，測得防腐層與混凝土涂層間的抗剪切強(qiáng)度，以判斷抗滑脫性能是否符合要求。根據(jù)項(xiàng)目要求不同，計算公式有以下兩種：

當(dāng)管徑較小時，可切除試樣管段在實(shí)驗(yàn)室抗壓設(shè)備上進(jìn)行；如管徑較大時，可直接在混凝土配重鋼管上進(jìn)行，將鋼管水平放置，待試驗(yàn)的混凝土涂層位置懸空，將荷載加載設(shè)備固定鋼管管端，然后由平均分布的千斤頂對混凝土涂層施加荷載，測取力值計算抗剪切強(qiáng)度。試樣段上的配重層截面可在養(yǎng)護(hù)期后切除，也可在涂敷完成后立即去除，此時混凝土未完全固化，方便去除。

如顧客要求模擬鋪管船上配重涂層管通過張緊器所承受壓力而不被破壞的要求，可增加混凝土涂層先承受壓力后進(jìn)行抗滑脫試驗(yàn)，此試驗(yàn)可接近混凝土涂層鋼管在鋪管船上受力真實(shí)情況。該試驗(yàn)應(yīng)在抗滑脫試驗(yàn)前，先在混凝土涂層垂直方向施加規(guī)定的載荷，然后應(yīng)荷載卸除后，進(jìn)行抗滑脫試驗(yàn)；也可在施加垂直載荷的同時，進(jìn)行抗滑脫試驗(yàn)。試驗(yàn)前，應(yīng)形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后執(zhí)行。

4.4 抗沖擊試驗(yàn)

抗沖擊試驗(yàn)是評價混凝土涂層的一項(xiàng)重量試驗(yàn)。沖擊試驗(yàn)是在養(yǎng)護(hù)期28 天后進(jìn)行，待試驗(yàn)的混凝土涂層鋼管固定后，一定重量的沖擊錘前方設(shè)置一固定形狀的沖擊頭，在一定高度快速釋放后，沖擊頭以一定速度撞擊混凝土涂層，完成規(guī)定次數(shù)或角度的沖擊后，檢驗(yàn)混凝土涂層的剝落尺寸、防腐層有無損傷、加強(qiáng)鋼筋有無外露或鋼管有無變形等，以判定混凝土涂層的抗沖擊性能。

項(xiàng)目設(shè)計或技術(shù)規(guī)格書要求不同，沖擊試驗(yàn)的沖擊錘重量和沖擊頭尺寸不盡相同，在設(shè)設(shè)計沖擊設(shè)備時，可將沖擊錘和沖擊頭分開設(shè)計，兩者之間可采用螺柱等可拆卸的牢固連接，以方便不同沖擊錘重量下快速更換不同尺寸的沖擊頭。沖擊方向可選用豎直方向沖擊，沖擊錘在混凝土涂層正上方釋放，此方式需要使用導(dǎo)管或?qū)к夁M(jìn)行導(dǎo)向和防護(hù)，適于同一涂層尺寸類型的試樣管端；也可選用鐘擺式，將等試驗(yàn)涂層放置于沖擊錘運(yùn)行的最低點(diǎn)，此方式可在有行車車間內(nèi)進(jìn)行?；炷镣繉邮軟_擊后，評價方式各標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)格書要求不盡相同，大部分與涂層、加強(qiáng)鋼筋或鋼管有關(guān)。試驗(yàn)前，應(yīng)形成文件，提交顧客批準(zhǔn)確認(rèn)后執(zhí)行。

5 結(jié)論

在不斷實(shí)踐過程中，通過與業(yè)主或第三方的討論試驗(yàn)方法及與標(biāo)準(zhǔn)符合程序，與實(shí)驗(yàn)參與者溝通改進(jìn)的方向及細(xì)節(jié)，不斷完善上述試驗(yàn)的設(shè)備硬件和文件軟件，最終形成符合ISO、SHELL 和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)試驗(yàn)計劃（ITP），形成質(zhì)檢作業(yè)操作規(guī)程和計量器具臺帳。順利完成CWC 水泥配重涂層成套檢測技術(shù)項(xiàng)目。

目前國內(nèi)混凝土涂層鋼管的加工工藝趨于成熟，現(xiàn)有較多的國外項(xiàng)目在國內(nèi)混凝土涂層加工廠完成，在完成每一個項(xiàng)目之后，應(yīng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)改進(jìn)加工和檢驗(yàn)手段，以期可提高更高效更高質(zhì)的混凝土涂層產(chǎn)品。