陳自振，陳海林

中石化河南油建工程有限公司，河南南陽(yáng)473132

在油氣長(zhǎng)輸管道工程施工中，水平定向鉆穿越段施工質(zhì)量的控制是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。穿越管道回拖時(shí)，可能會(huì)遇到支護(hù)不當(dāng)、蛇形洞、洞內(nèi)錯(cuò)臺(tái)、礫巖、巖屑、風(fēng)化片巖、軟硬不良等復(fù)雜地質(zhì)情況，將導(dǎo)致管道3PE 防腐層被嚴(yán)重劃傷，甚至傷及母材。管道3PE 防腐層一旦損傷，將無(wú)法修復(fù)[1-2]，從而給投產(chǎn)后的管道帶來(lái)潛在運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。為保護(hù)穿越管道3PE 防腐層，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道設(shè)計(jì)文件通常將定向鉆穿越段管道的防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為3PE+玻璃鋼防護(hù)層[3]。

長(zhǎng)輸管道3PE 防腐層通常采用工廠化預(yù)制完成，防腐管運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)行玻璃鋼防護(hù)層施工。工程實(shí)踐中，玻璃鋼防護(hù)層施工通常采用人工涂敷和人工纏繞的方式完成。底層打毛后先刷一層底料，然后每完成一遍玻璃纖維布的纏繞，隨之就進(jìn)行配套涂料涂刷，上一遍涂層表干后再進(jìn)行下一遍纏繞和涂刷，直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。傳統(tǒng)手工施工工藝施工周期長(zhǎng)，固化時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量不穩(wěn)定，很容易出現(xiàn)空鼓、流掛、空洞等缺陷，甚至出現(xiàn)防護(hù)層分層脫落的現(xiàn)象[4]。為縮短玻璃鋼防護(hù)層施工周期，提高防護(hù)層整體質(zhì)量，經(jīng)過(guò)多年技術(shù)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)積累，形成了定向鉆穿越管道玻璃鋼防護(hù)層施工一次成型技術(shù)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用，技術(shù)可行，質(zhì)量可靠，工效大大提高，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 技術(shù)簡(jiǎn)介

管道玻璃鋼防護(hù)層一次成型技術(shù)裝備主要包括基底打毛系統(tǒng)、電腦控制臺(tái)、可移動(dòng)纏繞系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、管道工作臺(tái)等。該技術(shù)是一種在控制張力和預(yù)定線型的條件下，對(duì)粗糙化處理后的3PE 防腐表面用經(jīng)過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂漆液浸泡的玻璃纖維進(jìn)行連續(xù)、均勻、有規(guī)律的纏繞，而后固化成型，一次性形成一定厚度玻璃鋼保護(hù)層的施工技術(shù)。其主要技術(shù)原理如圖1 所示，玻璃纖維經(jīng)涂料槽內(nèi)的樹(shù)脂漆液浸泡后，經(jīng)過(guò)輥軸纏繞至鋼管上，在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，小車(chē)以速度V 沿軌道往復(fù)移動(dòng)，同時(shí)，鋼管以角速度ω 繞鋼管中心線旋轉(zhuǎn)，于是在3PE防腐層表面形成了完整牢固的防護(hù)層。小車(chē)的行進(jìn)速度、往復(fù)次數(shù)、鋼管的旋轉(zhuǎn)角速度可根據(jù)設(shè)計(jì)的玻璃鋼防護(hù)層厚度確定，參數(shù)由計(jì)算機(jī)控制，在生產(chǎn)前完成錄入及設(shè)置。該工藝技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、設(shè)備便于移動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)、安裝簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

圖1 管道玻璃鋼防護(hù)層一次成型技術(shù)原理

2 施工技術(shù)要求

2.1 作業(yè)環(huán)境要求

當(dāng)存在下列情況之一且無(wú)有效防護(hù)措施時(shí)，不得進(jìn)行露天施工：雨天、雪天、風(fēng)沙天；風(fēng)力超過(guò)4 級(jí)（7.9 m/s）；環(huán)境相對(duì)濕度高于85%；待涂敷管道表面溫度低于露點(diǎn)溫度以上3℃，或者低于涂料生產(chǎn)家推薦的涂敷溫度。

2.2 材料選用要求

玻璃鋼防護(hù)層所用原料主要包括液體環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、玻璃纖維布或玻璃纖維紗等。

（1） 液體環(huán)氧樹(shù)脂在玻璃鋼防護(hù)層中的主要作用是黏接固化，其具有較高的黏接性能、優(yōu)良的韌性和物理機(jī)械性能、良好的耐蝕性與工藝性能，不揮發(fā)物含量、黏度、抗沖擊性能、固化時(shí)間等指標(biāo)符合SY/T7368 規(guī)范要求。一般采用E-44 非溶劑型液體環(huán)氧樹(shù)脂，固化劑由涂料生產(chǎn)廠家按比例配制。

（2） 玻璃纖維在玻璃鋼防護(hù)層中主要起增強(qiáng)作用，預(yù)制管道玻璃鋼防護(hù)層通常選用無(wú)堿玻璃纖維布或玻璃纖維紗[5]，無(wú)堿玻璃纖維比有堿玻璃纖維耐水性強(qiáng)，其性能指標(biāo)符合SY/T7368 規(guī)范要求。

2.3 施工工藝

（1） 施工準(zhǔn)備。正式作業(yè)前應(yīng)完成以下準(zhǔn)備工作：完成纏繞作業(yè)線調(diào)試，確保電機(jī)、小車(chē)、工作臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在控制計(jì)算機(jī)上完成纏繞方式、循環(huán)次數(shù)、管徑、管長(zhǎng)、纏繞厚度等參數(shù)的錄入和調(diào)試，將小車(chē)沿軌道移動(dòng)至待涂敷管道首端或者末端。

（2） 鋼管表面處理。正式纏繞前，應(yīng)對(duì)待纏繞管道進(jìn)行外觀檢查，清除管體表面的泥土灰塵，3PE 防腐層不得有脫層、褶皺、氣泡等[6]。對(duì)PE層表面的毛刺、棱角進(jìn)行處理，使其平整光滑。

為提高玻璃鋼防護(hù)層與管道3PE 防腐層之間的黏結(jié)強(qiáng)度，應(yīng)對(duì)3PE 防腐層表面進(jìn)行粗糙化處理。首先將3PE 防腐層表面加熱至60～90 ℃，同時(shí)用手動(dòng)鋼絲刷或機(jī)械鋼絲輪交叉打磨、拉毛處理，拉毛深度為0.3～0.4 mm。加熱過(guò)程應(yīng)采用接觸式測(cè)溫儀對(duì)加熱溫度全程監(jiān)測(cè)，防止加熱溫度過(guò)高導(dǎo)致PE 層碳化，影響管道整體防腐質(zhì)量。

PE 層表面粗糙化處理后應(yīng)使用抹布擦拭干凈，并清除管體表面和錨紋內(nèi)的灰塵、顆粒等。清理合格后，方可進(jìn)行下一步施工。

（3） 玻璃纖維浸涂與纏繞。進(jìn)行PE 拉毛處理的同時(shí)，應(yīng)按照生產(chǎn)廠商的要求提前配制環(huán)氧樹(shù)脂涂料。PE 層處理合格后，將配制好的樹(shù)脂涂料倒入涂料槽內(nèi)或通過(guò)比例泵注入涂料槽內(nèi)。正式纏繞前，應(yīng)對(duì)玻璃纖維進(jìn)行浸泡，并將玻璃纖維端頭系在管體上，如圖1 所示。一切就緒即可啟動(dòng)伺服電機(jī)，小車(chē)沿軌道往復(fù)行進(jìn)，鋼管繞軸線旋轉(zhuǎn)，玻璃纖維通過(guò)涂料槽浸潤(rùn)無(wú)溶劑環(huán)氧樹(shù)脂，然后螺旋纏繞在管道3PE 表面，形成玻璃鋼防護(hù)層，整個(gè)作業(yè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)完成。小車(chē)往復(fù)行進(jìn)次數(shù)視玻璃鋼保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度而定，小車(chē)每往復(fù)一次厚度增加0.6～0.7 mm。纏繞應(yīng)搭接均勻，無(wú)褶皺、流掛、氣泡、露白，管端留頭長(zhǎng)度不小于150 mm，留頭部位不得纏繞。纏繞過(guò)程應(yīng)安排專(zhuān)人將玻璃纖維纏繞時(shí)擠出的環(huán)氧樹(shù)脂及時(shí)刮除，并回收利用。

2.4 質(zhì)量檢查要求

玻璃鋼防護(hù)層涂敷施工完成后，防護(hù)層整體固化時(shí)間為常溫5～7 d。固化期間應(yīng)避免雨淋和泡水，如遇到雨天、風(fēng)沙天氣，應(yīng)覆蓋塑料薄膜進(jìn)行保護(hù)或放入通風(fēng)良好的室內(nèi)保護(hù)起來(lái)，待防護(hù)層完全固化后，對(duì)玻璃鋼防護(hù)層的外觀、厚度、硬度、黏結(jié)強(qiáng)度等質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行檢查。

（1） 外觀質(zhì)量檢查。逐根進(jìn)行目測(cè)檢查，玻璃鋼保護(hù)層表面應(yīng)平整光滑，無(wú)開(kāi)裂、褶皺、氣泡、空鼓、發(fā)白、流掛以及玻璃纖維外露[5]，搭接均勻且黏接密實(shí)，玻璃纖維絲空隙被環(huán)氧樹(shù)脂涂料所灌滿(mǎn)，表面色澤均勻。

（2） 厚度檢查。玻璃鋼防護(hù)層完全實(shí)干后，用涂層測(cè)厚儀對(duì)玻璃鋼厚度逐根進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量方式為隨機(jī)在玻璃鋼軸向抽取3 個(gè)位置，測(cè)量每個(gè)位置圓周方向均勻分布的任意4 個(gè)點(diǎn)的厚度[7]，以最小厚度達(dá)到設(shè)計(jì)選用的厚度為合格，厚度允許偏差為±50 μm。

（3） 硬度檢查。玻璃鋼固化后應(yīng)逐根進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)方式采用巴氏硬度計(jì)，沿管道軸向平均分布的3 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，以檢測(cè)結(jié)果不小于30 HBa 為合格[5]，檢查玻璃鋼防護(hù)層溫度，宜為（20±5） ℃。冬季施工，當(dāng)管體溫度不在試驗(yàn)范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)采用火焰加熱器對(duì)管體進(jìn)行局部預(yù)熱，預(yù)熱溫度達(dá)到試驗(yàn)范圍后方可進(jìn)行檢測(cè)。

（4） 黏結(jié)強(qiáng)度檢查。玻璃鋼完全固化后，按照SY/T 6854 規(guī)定的方法對(duì)玻璃鋼防護(hù)層與3PE 防腐層間的黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，宜在管體溫度不高于30 ℃時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，每連續(xù)涂敷100 根至少抽檢1根，不足100 根的按100 根計(jì)，也應(yīng)抽測(cè)一次。測(cè)試位置宜選在管體端部位置，以PE 層和玻璃鋼之間的黏結(jié)強(qiáng)度≥3.5 MPa 為合格。當(dāng)黏結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)不合格時(shí)，應(yīng)加倍抽檢，如仍不合格，則逐一進(jìn)行附著力檢測(cè)。黏結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)不合格，應(yīng)調(diào)整工藝，重新進(jìn)行涂敷纏繞，黏結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)合格后，應(yīng)對(duì)檢測(cè)所破壞的涂層進(jìn)行修補(bǔ)。

3 實(shí)施效果

筆者所在的公司在兩個(gè)天然氣管道工程的定向鉆穿越管段防護(hù)層施工中采用了玻璃鋼防護(hù)層一次成型技術(shù)，完成了DN200～DN1 000 共6 個(gè)規(guī)格的3PE 管道玻璃鋼防護(hù)層涂敷纏繞施工。實(shí)踐證明，玻璃鋼防護(hù)層的外觀、厚度、硬度、黏結(jié)強(qiáng)度等指標(biāo)均符合SY/T 7368 穿越管道防腐層技術(shù)規(guī)范要求，且施工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。同時(shí)，玻璃鋼防護(hù)層一次成型采用全自動(dòng)纏繞方式進(jìn)行預(yù)制，單管預(yù)制時(shí)間大大縮短。以D1 016 mm 規(guī)格鋼管、預(yù)制二布五油結(jié)構(gòu)、厚度不小于1 200μm 的玻璃防護(hù)層為例，一般單管預(yù)制時(shí)間約為30～45 min；若按傳統(tǒng)手工分層涂敷纏繞方式，進(jìn)行下一層涂敷纏繞前須等待上一層表干，每層玻璃鋼防護(hù)層表干周期為1～2 d，每根鋼管的玻璃鋼防護(hù)層預(yù)制時(shí)間要長(zhǎng)達(dá)5～7 d，防護(hù)層一次成型施工工效比傳統(tǒng)施工方式提高至少10 倍以上。由此可見(jiàn)，在預(yù)制周期、質(zhì)量穩(wěn)定性等方面，玻璃鋼防護(hù)層一次成型技術(shù)均有顯著的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1） 玻璃鋼防護(hù)層一次成型技術(shù)自動(dòng)化程度高，可一次性高效完成PE 管道防護(hù)層的預(yù)制，具有質(zhì)量穩(wěn)定、預(yù)制周期短的特點(diǎn)，與水平定向穿越施工周期短、任務(wù)緊的特點(diǎn)相匹配。

（2） 玻璃鋼防護(hù)層一次成型技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投入少，安裝移動(dòng)便捷，既可在工廠進(jìn)行預(yù)制，也可現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，可滿(mǎn)足水平定向鉆穿越施工流動(dòng)性強(qiáng)的要求。

（3） 隨著油氣長(zhǎng)輸管道投資的不斷加強(qiáng)，長(zhǎng)距離定向鉆穿越工程將不斷出現(xiàn)，玻璃鋼防護(hù)層在穿越管道3PE 防腐層的防護(hù)中將扮演更加重要的角色，玻璃鋼防護(hù)層一次成型技術(shù)將成為穿越管道3PE 防腐層防護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展方向[8-9]。