廖青云

摘? 要：文章主要以碳鋼管內(nèi)部帶防腐涂層的油氣輸送管道現(xiàn)場(chǎng)連接方法為研究對(duì)象，在常規(guī)連接方式即現(xiàn)場(chǎng)焊接加現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口的基礎(chǔ)上，結(jié)合長(zhǎng)期生產(chǎn)和施工經(jīng)驗(yàn)，提出了改善性或創(chuàng)新型的連接方式，如不銹鋼管環(huán)過(guò)渡連接、管端擴(kuò)口加襯套過(guò)渡連接、管端堆焊加現(xiàn)場(chǎng)焊接等連接形式，有效地解決了現(xiàn)場(chǎng)焊接后需要補(bǔ)口的技術(shù)難題，并從適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面對(duì)不同連接方式進(jìn)行了簡(jiǎn)要對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：內(nèi)防腐涂層;油氣管道;不銹鋼管環(huán)過(guò)渡;襯套過(guò)渡連接;管端堆焊

中圖分類號(hào)：TE985.8? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）14-0115-03

Abstract： This paper mainly takes the on-site connection method of oil and gas transmission pipeline with anticorrosive coating inside carbon steel pipe as the research object. On the basis of conventional connection mode， that is， on-site welding and on-site repair， this paper takes into consideration the author's long-term production and construction experience， puts forward improved or innovative connection modes， such as stainless steel pipe ring transition connection， pipe end expansion plus bushing transition connection， pipe end surfacing welding plus field welding， and so on. The technical problem of patching after on-site welding is effectively solved， and different connection modes are briefly compared and analyzed from the aspects of applicability， safety， economy and so on.

Keywords： internal anticorrosive coating; oil and gas pipeline; stainless steel pipe ring transition; bushing transition connection; pipe end surfacing welding

引言

目前，我國(guó)大部分油氣田開(kāi)采出來(lái)的油氣普遍含有H2S、CO2、Cl-等一種或多種腐蝕性介質(zhì)，造成油氣田開(kāi)發(fā)技術(shù)要求和油氣輸送管道的服役環(huán)境愈加苛刻;為了避免發(fā)生腐蝕致使輸送鋼管失效，引起泄漏、爆管等嚴(yán)重的質(zhì)量和安全事故，普遍在碳鋼管內(nèi)部增加一層防腐涂層，或者使用316L、2205、鎳基825等不銹鋼管。

為了降低油氣開(kāi)發(fā)建設(shè)成本，在滿足防腐蝕性能的前提下，常常選擇在碳鋼管內(nèi)部增加一層防腐涂層，碳鋼管在工廠預(yù)制合格運(yùn)抵油田后，需要在現(xiàn)場(chǎng)將單根12米或18米碳鋼管連接起來(lái)形成長(zhǎng)距離輸送管道;如何選擇高效、安全地連接方法，同時(shí)又可以保持碳鋼管內(nèi)部防腐涂層的完好性和連續(xù)性，防止管道建成投產(chǎn)后因腐蝕造成管道壁厚減薄、穿孔等失效情況發(fā)生，從而引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，一直是管道建設(shè)和施工方研究和討論的課題。

本文將重點(diǎn)圍繞油氣行業(yè)管道建設(shè)，特別是針對(duì)帶有內(nèi)防腐涂層的碳鋼管道，在常規(guī)焊接加現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)口連接方式的基礎(chǔ)上，依據(jù)公司長(zhǎng)期生產(chǎn)和施工經(jīng)驗(yàn)，提出改善性或創(chuàng)新型的連接方式，從連接方法的適用性、施工過(guò)程以及投產(chǎn)后管道運(yùn)營(yíng)的安全性、施工成本等方面對(duì)不同連接方式進(jìn)行對(duì)比分析。

1 連接方式概述

鋼管的連接主要分為焊接、非焊接、以及組合連接等連接方法。其中非焊接連接方式較多，如溝槽卡箍連接、絲接、承插口連接等;焊接主要是以熔焊的方式將兩根鋼管連接在一起;而組合連接代表形式則是法蘭連接，實(shí)質(zhì)也是一種焊接連接形式。

因非焊接連接方式能夠承受的壓力有限，故主要應(yīng)用于民用行業(yè)，而熔焊形成的焊縫可以提供不低于母材的強(qiáng)度和韌性，適用于高溫高壓輸送管道連接，油氣輸送管道連接常選擇焊接形式。

2 常規(guī)焊接連接

油氣管道施工地點(diǎn)主要分為工廠預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)兩部分，碳鋼管制造及涂層加工屬于工廠預(yù)制階段，而碳鋼管對(duì)中、焊接、管內(nèi)補(bǔ)口屬于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)階段。

碳鋼管經(jīng)過(guò)除銹、噴涂、固化等工序后，內(nèi)表面將形成厚度為500-800um的防腐涂層，為了防止焊接過(guò)程產(chǎn)生的熱量破壞涂層，通常會(huì)在碳鋼管兩端預(yù)留70mm左右的非涂區(qū)，如圖1所示，待現(xiàn)場(chǎng)焊接后再進(jìn)行管內(nèi)補(bǔ)涂作業(yè)，也稱為內(nèi)補(bǔ)口。

本文所述的常規(guī)焊接連接實(shí)際包括現(xiàn)場(chǎng)焊接加現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)補(bǔ)口作業(yè)，整個(gè)連接作業(yè)流程包含：（1）兩根鋼管對(duì)中;（2）施焊連接一起，兩根連接好的管道將會(huì)留下約140mm的非涂區(qū);（3）根據(jù)管徑大小，為了保證管道防腐蝕的連續(xù)性和完整性，安排智能機(jī)器人或人員進(jìn)入管道內(nèi)部對(duì)140mm的非涂區(qū)補(bǔ)涂施工，即執(zhí)行除銹、噴涂等工序。

該種連接方式工廠預(yù)制簡(jiǎn)單，鋼管完成涂敷即可發(fā)貨，現(xiàn)場(chǎng)共需施焊1次，但焊接后需要進(jìn)行內(nèi)補(bǔ)口;如人工補(bǔ)口，安全風(fēng)險(xiǎn)高;如機(jī)器人補(bǔ)口，則涂層質(zhì)量不可控;且補(bǔ)口作業(yè)效率遠(yuǎn)低于現(xiàn)場(chǎng)焊接效率，不管采用何種方式，都會(huì)增加施工成本以及施工周期。

3 改善性焊接連接

為了降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)提高產(chǎn)品質(zhì)量，需要在常規(guī)焊接加管內(nèi)補(bǔ)口的基礎(chǔ)上，提出改善性的連接方式，以解決現(xiàn)場(chǎng)管道焊接后需要進(jìn)行管內(nèi)補(bǔ)口作業(yè)的技術(shù)難題。為了達(dá)到目的，結(jié)合現(xiàn)有制造和施工技術(shù)的發(fā)展，提出了兩種過(guò)渡連接方式，即管端不銹鋼管環(huán)過(guò)渡連接、管端擴(kuò)口加襯套過(guò)渡連接，具體實(shí)施方式如下。

3.1 不銹鋼管環(huán)過(guò)渡連接方式

工廠預(yù)制階段，首先將碳鋼管兩端分別與兩個(gè)不銹鋼管環(huán)（長(zhǎng)度約70mm，管徑、壁厚、抗壓強(qiáng)度要求與碳鋼管保持一致）進(jìn)行焊接，焊接完畢后打磨處理內(nèi)焊縫余高，以保持管環(huán)與碳鋼管內(nèi)外表面平滑過(guò)渡，并按現(xiàn)場(chǎng)施工要求管端車床加工成V形坡口;最后對(duì)整根鋼管內(nèi)表面進(jìn)行噴砂除銹和內(nèi)噴涂作業(yè)，但需要注意碳鋼管內(nèi)表面的防腐涂層搭接到不銹鋼管環(huán)即可，如圖2所示。

經(jīng)過(guò)管端處理的碳鋼管運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，現(xiàn)場(chǎng)工人直接將兩根不銹鋼管環(huán)焊接連接在一起，因焊接發(fā)生在不銹鋼管環(huán)之間，而不銹鋼管環(huán)自身具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，故管道連接后不再需要進(jìn)行管內(nèi)補(bǔ)口作業(yè)。

但不銹鋼與碳鋼在材質(zhì)方面的不同，致使不銹鋼的屈服強(qiáng)度與碳鋼不能相匹配，當(dāng)管道的輸送壓力較大時(shí)，很難找到相適應(yīng)材質(zhì)的不銹鋼管環(huán);且碳鋼管兩端增加不銹鋼管環(huán)的同時(shí)也增加了管道的焊口數(shù)量，同樣長(zhǎng)度的油氣管道，焊口數(shù)量越多，后期管道投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的安全風(fēng)險(xiǎn)越高。

3.2 管端擴(kuò)口加襯套過(guò)渡連接方式

此連接方式需要在工廠預(yù)制階段單獨(dú)制造襯套，并對(duì)碳鋼管管端擴(kuò)口。具體步驟如下：首先，根據(jù)碳鋼管的管徑大小，制作相適應(yīng)的襯套，如圖3所示;襯套由母材、防腐層、絕熱層、密封“O”形圈、定位卡、管道密封專用膠等組成。然后，對(duì)碳鋼管管端擴(kuò)徑，管端擴(kuò)徑長(zhǎng)度根據(jù)襯套插入長(zhǎng)度決定，一般為80-100mm，如圖4所示。

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)階段，經(jīng)過(guò)管端擴(kuò)口的帶有內(nèi)涂層的碳鋼管、以及配套的襯套，按照以下操作規(guī)程施工：（1）檢查、清理碳鋼管及襯套;（2）在碳鋼管管端涂抹一定要求的密封膠;（3）將襯套插入碳鋼管，直到定位卡;（4）兩根碳鋼管對(duì)中并焊接連接在一起。

焊接區(qū)域的防腐通過(guò)襯套實(shí)現(xiàn)，輸送介質(zhì)只能接觸襯套，而襯套內(nèi)表面采用和碳鋼管內(nèi)表面一樣的防腐材料，故現(xiàn)場(chǎng)也不需要再進(jìn)行管內(nèi)補(bǔ)口作業(yè)。雖然不再需要補(bǔ)口作業(yè)，但襯套的安裝過(guò)程對(duì)工人要求較高，特別是密封膠的處理，并且前期襯套制作過(guò)程比較復(fù)雜，需要專業(yè)廠家生產(chǎn)。

4 創(chuàng)新性焊接連接

前述的幾種連接方式，現(xiàn)場(chǎng)連接后確實(shí)不需要進(jìn)行管內(nèi)補(bǔ)口，但分別存在一定的局限性;為了兼顧安全、質(zhì)量與成本，借鑒復(fù)合鋼管堆焊技術(shù)，形成管端堆焊加現(xiàn)場(chǎng)焊接的連接方法。該連接方法既不需要不銹鋼管環(huán)過(guò)渡，也不需要過(guò)渡的襯套，只需要在鋼管內(nèi)表面即原來(lái)的管端非涂區(qū)，敷焊一層1.5mm左右的耐蝕合金層，長(zhǎng)度約70mm，即可以達(dá)到和內(nèi)防腐涂層一樣的抗蝕性能，現(xiàn)場(chǎng)連接后不用再進(jìn)行管內(nèi)補(bǔ)口作業(yè)，如圖5所示。

整個(gè)連接過(guò)程簡(jiǎn)單可控，同樣分為工廠預(yù)制和現(xiàn)場(chǎng)施工兩個(gè)階段。工廠預(yù)制在常規(guī)涂層管生產(chǎn)基礎(chǔ)上，增加一個(gè)堆焊工序。堆焊設(shè)備推薦使用鎢極氬弧焊機(jī)，焊前和焊后加工設(shè)備為數(shù)控機(jī)床，焊接材料可選擇309Mo、鎳基625等;因?yàn)槎押笇优c基層鋼管屬于冶金結(jié)合，管端可直接加工成現(xiàn)場(chǎng)焊接所需的V型坡口;加工好的鋼管運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，工人直接對(duì)口焊接即可，不用做任何特殊處理，管道連接施工效率與普通碳鋼管一致;但因?yàn)橐褂貌讳P鋼合金焊絲，現(xiàn)場(chǎng)焊接成本相比常規(guī)碳鋼管會(huì)增加。

5 連接方法對(duì)比

除常規(guī)焊接連接外，其它連接方式雖然現(xiàn)場(chǎng)都不需要再進(jìn)行復(fù)雜的管內(nèi)補(bǔ)口作業(yè)，但成本有變動(dòng)、適用性限制、后期管道運(yùn)營(yíng)存在安全風(fēng)險(xiǎn)等諸多優(yōu)劣點(diǎn)，在前文中已部分闡述，為了便于針對(duì)不同的工況，選擇合適的施工方案，本文將從適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面做進(jìn)一步分析，具體分析情況見(jiàn)表1、表2、表3。

6 結(jié)論

（1）傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)焊接加管內(nèi)補(bǔ)口方式，考慮到補(bǔ)口區(qū)域涂層質(zhì)量的不可控，不推薦用于輸送腐蝕性介質(zhì)的油氣管道現(xiàn)場(chǎng)連接。

（2）結(jié)合施工質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)安全的前提下，對(duì)于工廠管端堆焊的連接方式，推薦用于輸送腐蝕性介質(zhì)的油氣管道現(xiàn)場(chǎng)連接。

（3）對(duì)于管徑小于100mm的輸送腐蝕性介質(zhì)的油氣

管道，根據(jù)輸送壓力不同，可分別選擇不銹鋼管環(huán)過(guò)渡、管端擴(kuò)口加襯套過(guò)渡等連接方式。

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