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        海底管道混凝土配重層常用養(yǎng)護方式對比

        2020-05-11 02:14:48張振東相政樂劉進東李會州
        水泥工程 2020年6期
        關(guān)鍵詞:涂敷堆垛環(huán)境溫度

        張振東,張 祥,賈 振,相政樂,劉進東,李會州

        (中海油能源發(fā)展股份有限公司管道工程涂敷分公司,天津 塘沽 300452)

        0 引言

        混凝土配重層為海底管道提供負浮力,以保證其在海底的穩(wěn)定性。同時,在鋼管運輸、吊裝、鋪設(shè)和服役期間,混凝土配重層起到對鋼管的機械保護作用,尤其是對于較淺海域,可減少漁船、大型貨船等船舶對海底管道的外力破壞,以及海底復(fù)雜環(huán)境的破壞[1]。混凝土配重層應(yīng)具有較高的密度、抗壓強度和耐久性、耐候性。養(yǎng)護是混凝土配重層涂敷的最后一道關(guān)鍵工序,養(yǎng)護的質(zhì)量將直接影響混凝土配重層的性能。養(yǎng)護過程主要是水泥水化過程,水泥水化是一個復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程[2],其中水是水泥水化過程不可缺少的物質(zhì),養(yǎng)護期間應(yīng)采取適當(dāng)養(yǎng)護方式保證一定的水分含量,尤其是在養(yǎng)護初期,應(yīng)保證一定的濕度。海底管道混凝土配重涂層常用的養(yǎng)護方式主要包括塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護、噴水養(yǎng)護、養(yǎng)護劑養(yǎng)護等[3-6]。本文對常用的幾種養(yǎng)護方式進行對比分析。

        1 常用養(yǎng)護方式

        1.1 塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護

        國際通用海底管道混凝土配重(Concrete coating)標準ISO 21809—5[4]中規(guī)定了塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護的要求。塑料養(yǎng)護膜的厚度一般在0.1mm左右,性能指標應(yīng)符合ASTM C171標準[5]的要求,其中關(guān)鍵性指標如表1所示。

        表1 塑料養(yǎng)護膜關(guān)鍵性指標要求

        從表1中可以看出,塑料養(yǎng)護的主要性能指標包括機械性能(拉伸強度和斷裂伸長率)、水蒸氣透過率、光反射率和抗沖擊性能。采用噴射法進行混凝土配重層涂敷時,通過側(cè)向纏繞的方式將養(yǎng)護膜包裹在混凝土配重層的外表面(見圖1)。纏繞過程中有一定的拉伸力,為避免養(yǎng)護膜斷裂,塑料養(yǎng)護膜應(yīng)具有一定的機械性能。為抑制養(yǎng)護過程中水分的散失,應(yīng)嚴格控制養(yǎng)護膜的水蒸氣透過率要求??箾_擊性能可保證養(yǎng)護膜在養(yǎng)護期間抵抗外力破壞的能力,降低外力碰撞下發(fā)生塑料養(yǎng)護膜破損的風(fēng)險。

        圖1 噴射法混凝土配重涂敷

        采用塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護方式,為保證養(yǎng)護效果,養(yǎng)護時的環(huán)境溫度不應(yīng)低于4℃。養(yǎng)護期間,混凝土配重管不能進行堆垛存放,應(yīng)單根碼放在養(yǎng)護場地(見圖2),因此,需要較大的養(yǎng)護場地。一般要求養(yǎng)護期28d,環(huán)境溫度較高時,可縮短養(yǎng)護期,但至少7d養(yǎng)護期。養(yǎng)護7d后或抗壓強度達到15MPa時可進行場地堆垛。

        圖2 配重管養(yǎng)護場地

        1.2 蒸汽養(yǎng)護

        蒸汽養(yǎng)護需要專門的養(yǎng)護車間和蒸汽發(fā)生設(shè)備(見圖3),作為配重生產(chǎn)車間的一部分。在混凝土配重涂敷完成3h之后才可進行蒸汽養(yǎng)護。蒸汽養(yǎng)護[6-7]應(yīng)從環(huán)境溫度開始,以10℃/h升溫速度,達到50~60℃為止,在該條件下保持至少6h,然后自然冷卻。蒸汽養(yǎng)護應(yīng)保證鋼管管壁溫度不超過60℃,以免影響混凝土配重涂層和防腐涂層的性能。

        圖3 蒸汽養(yǎng)護車間

        1.3 噴水養(yǎng)護

        采用噴水養(yǎng)護方式應(yīng)在混凝土配重涂敷完成后2~6h內(nèi)開始進行持續(xù)地噴水,每次噴水間隔應(yīng)不超過24h,噴水養(yǎng)護期至少7d[4]??箟簭姸冗_到15 MPa時,可進行場地堆垛存放。

        當(dāng)環(huán)境溫度低于4℃時,不適宜進行噴水養(yǎng)護,如需要進行養(yǎng)護,應(yīng)采取防護措施避免水結(jié)冰,防止因冰凍造成混凝土損壞。因此,在溫度較低4℃的冬季,不適宜進行混凝土配重涂敷生產(chǎn)。當(dāng)環(huán)境溫度足夠高時,可以使用噴霧養(yǎng)護,方法是在混凝土配重層上噴灑細水霧,同時用土工布苫蓋混凝土配重管,以保持混凝土表面水分含量。

        噴水養(yǎng)護所用水的pH值應(yīng)≥4,推薦使用飲用水,不得使用含油類、酸類、醇類、鹽類或其他有機材料等雜質(zhì)的水,水中硫酸鹽含量應(yīng)不超過1%(按SO42-離子計)[6-7]。氯離子會引起混凝土配重層中配筋鋼絲網(wǎng)的銹蝕,DNVG-ST-F101[8]標準規(guī)定混凝土混合物中氯化物含量(以游離CaCl2計算)不得超過水泥重量的0.4%,應(yīng)嚴格控制養(yǎng)護用水中氯離子含量,尤其是不得使用海水作為養(yǎng)護用水。

        1.4 養(yǎng)護劑養(yǎng)護

        混凝土養(yǎng)護劑是一種乳液或高分子溶液,通過噴灑或涂刷的方式在混凝土配重層表面形成一層連續(xù)的不透水的液體薄膜。選用的養(yǎng)護劑應(yīng)無毒、不燃、穩(wěn)定性好,與混凝土、鋼筋網(wǎng)、陽極、防腐涂層和鋼管無任何化學(xué)反應(yīng)[5],不會影響混凝土配重管的性能。

        ISO 21809—5標準和Total GS EP PLR 410標準要求,養(yǎng)護劑應(yīng)符合ASTM C309[9]的規(guī)定。SY/T 7398標準要求,養(yǎng)護劑應(yīng)符合JC 901[10]的規(guī)定。JC 901標準的制定參考了ASTM C309標準,因此,兩個標準對養(yǎng)護劑的要求基本一致。用于海底管道混凝土配重層養(yǎng)護劑的技術(shù)要求見表2。

        表2 混凝土養(yǎng)護劑技術(shù)要求

        養(yǎng)護劑的有效保水率是關(guān)鍵指標,成膜耐熱性可保證養(yǎng)護劑在高溫環(huán)境下的保水性能。

        養(yǎng)護劑應(yīng)在混凝土配重涂敷完成后6h內(nèi)涂敷在混凝土表面,至少養(yǎng)護7d。當(dāng)環(huán)境溫度低于4℃時,不適宜采用養(yǎng)護劑養(yǎng)護方式。

        國內(nèi)已開發(fā)研究出針對海底管道噴射式混凝土配重層養(yǎng)護用的高性能養(yǎng)護劑[11],該類養(yǎng)護劑以丙烯酸乳液為基礎(chǔ),通過丙烯酸樹脂等進行改性,利用無氣噴涂設(shè)備進行在線噴涂,可實現(xiàn)連續(xù)性、穩(wěn)定性、自動化生產(chǎn),養(yǎng)護后的混凝土配重層性能滿足設(shè)計要求,具有較好的市場推廣應(yīng)用前景。

        2 常用養(yǎng)護方式對比

        對海底管道混凝土配重層常用幾種養(yǎng)護方式進行對比,見表3所示。

        表3 常用養(yǎng)護方式對比表

        塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護、噴水養(yǎng)護、養(yǎng)護劑養(yǎng)護三種養(yǎng)護方式對環(huán)境溫度要求較高,不適宜在環(huán)境溫度低于4℃的地區(qū)進行配重層養(yǎng)護。同時,養(yǎng)護期間內(nèi)不允許堆垛,需要較大面積的養(yǎng)護場地進行配重管碼放和養(yǎng)護處理。三種養(yǎng)護方式的設(shè)備投入較小,不需要配套大型的設(shè)備。噴水(噴霧)養(yǎng)護更適合在溫度較高的地區(qū)。相比噴水養(yǎng)護和養(yǎng)護劑養(yǎng)護,養(yǎng)護膜養(yǎng)護的方式成本較低,但會產(chǎn)生大量廢舊塑料養(yǎng)護膜,對環(huán)境造成白色污染,需要妥善處理廢棄的塑料膜。

        蒸汽養(yǎng)護的優(yōu)點是不受環(huán)境溫度的影響,養(yǎng)護時間短,不需要大面積的養(yǎng)護場地。適合在溫度較低的環(huán)境下進行混凝土配重管的生產(chǎn)。缺點是車間和設(shè)備一次性投入較大,養(yǎng)護過程中蒸汽發(fā)生需消耗較多的水、電、燃氣等,能耗較高。

        在我國多采用塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護方式進行配重管養(yǎng)護。在我國北方,一般每年的11月中旬到第二年的3月中旬,不適宜進行海底管線的混凝土配重涂敷。我公司在天津市塘沽區(qū)和廣東省珠海市建有兩個配重管生產(chǎn)車間,養(yǎng)護方式均采用塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護,但受環(huán)境溫度影響,塘沽工廠每年的11月中旬到第二年的3月中旬無法進行配重管生產(chǎn),而珠海工廠可全年進行配重管生產(chǎn)。珠海地區(qū)溫度較高、濕度較大,可配套開發(fā)噴水(噴霧)養(yǎng)護方式。

        北溪天然氣管道1期(Nord Stream 1)項目是一條起始于俄羅斯途徑波羅的海向歐盟(德國)輸送天然氣的海底管道,2011年建成,目前輸氣量達到1.6億m3/天。該項目在芬蘭科特卡港建造了專門的防腐配重生產(chǎn)工廠進行海底管道混凝土配重涂敷。芬蘭冬季嚴寒漫長,因受冬季施工時環(huán)境溫度低的影響,不適宜采用塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護、噴水養(yǎng)護、養(yǎng)護劑養(yǎng)護三種養(yǎng)護方式,選擇采用蒸汽養(yǎng)護的方式進行混凝土配重管的養(yǎng)護,可全年進行混凝土配重涂敷,保證項目工期進度的要求。

        3 結(jié)論

        本文介紹了海底管道混凝土配重層常用的幾種養(yǎng)護方式,并從對養(yǎng)護環(huán)境的要求、配套設(shè)備情況、養(yǎng)護場地等方面進行對比。從經(jīng)濟性和實用性上,國內(nèi)外最常用的養(yǎng)護方式為纏繞塑料養(yǎng)護膜養(yǎng)護;而在冬季寒冷期較長的地區(qū),多采用蒸汽養(yǎng)護的方式。在海底管道混凝土配重層養(yǎng)護方式的選擇上應(yīng)根據(jù)工廠所在位置、環(huán)境及氣候條件、設(shè)備投入等方面進行綜合考慮,選擇適宜的養(yǎng)護方式。

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