劉月芳 王憲軍 吳陽 李雅男

中油管道防腐工程有限責任公司

 

摘要：針對國內油田小口徑集輸管線內補口施工困難、造成內腐蝕嚴重的問題，為解決小口徑管道內涂層連續性問題，開展機械連接新技術及新工藝研究。介紹了機械連接原理及連接件材質選擇，提出鋼管預制要求和機械連接施工要點。經在油田小口徑集輸管道試驗段實際應用并開挖驗證，確定技術及工藝可行，為相關管道建設工程應用打下了良好基礎。

關鍵詞：小口徑管道；管道內涂層；機械連接件；機械連接施工

 

應用金屬塑性變形原理，可將金屬連接件主體與管道表面高強度壓合，實現耐高壓、抗振動、永久性的純機械連接。連接過程中增加防腐工藝使連接后的管道內防腐層具有連續性，以增強內補口處的耐腐蝕性能，從而延長管線使用壽命。目前，國內常用的內補口方法有：內補口機法、內襯保護套（管）焊接法、不銹鋼接頭法、管端噴涂防腐層法等。美國于 20 世紀 80 年代末研制出兩種內補口機，分別是“熱熔環氧粉末現場內補口裝置與工藝”和“自動推進自動表面處理與涂敷補口裝置”，但兩者都存在施工作業不便及其他缺陷。目前，國內外多家公司都在研究新型的小口徑管道內補口技術，突破這一技術難題，探索實現小口徑管道內涂層連續性的機械連接新技術及新工藝，將為管道建設和運行管理提供有力的技術支撐。

1  機械連接技術概況

1.1  機械連接原理

根據金屬力學特性和金屬塑性變形原理，將連接件主體與管道表面高強度壓合，實現純機械連接。首先，液壓工具推動外套軸向向前擠壓，外套內斜面對連接件主體向內環形均勻擠壓，造成主體結構塑性變形，外套自防脫結構可以保持主體結構永久不回彈。其次，主體內部密封環均勻嵌入管體內表面，同時主體內表面也與管體表面壓接貼合，最終形成耐高壓抗振動的高強度純金屬連接（圖 1）。

圖 1 機械連接過程示意圖

為得到最優的機械連接效果，擬將鐓粗型與咬合型兩種機械連接件合二為一優化為混合型連接件，同時保留鐓粗型的液壓密封結構和咬合型的內嵌式結構。混合型連接件的碳鋼外套不會與管道本體發生接觸。

1.2  機械連接件材質選擇

機械連接件的可適用材質為非脆性材質（脆性材質指鑄鐵等），選取原則依據管道材質而定。

（1）與管道接觸的連接件主體材質與管道材質保持同一等級或更高等級，以確保材質性能和防腐性能要求。

（2）連接件主體材質硬度和其他參數值需高于或等于管道材質硬度和其他參數值（表 1）。

表 1 管道材質與機械連接件材質選擇

2  機械連接工藝

2.1  工廠預制鋼管要求

（1）鋼管兩端內外壁倒角。在制管廠（包括防腐）將鋼管兩端的內外壁做倒角處理。如鋼管壁厚為5 mm，內外壁為1 mm的圓形倒角，鋼管端部壁厚余 3 mm。

（2）鋼管內外防腐。按SY/T 0442―2010 《 鋼質管道熔結環氧粉末內防腐層技術標準》對鋼管進行內防腐施工（不留端）并進行質量檢測，檢測合格后按SY/T 0315―2013 《鋼質管道熔結環氧粉末外涂層技術標準》進行外防腐施工并進行質量檢測。

（3）安裝管端保護器。對已做好防腐的鋼管兩端端口安裝管端保護器，避免破壞端口防腐層。

2.2  機械連接現場施工

（1）用砂紙或鋼絲刷手工去除鋼管外預留端端部補口處的表面浮銹。在鋼管外預留端及管口端面手工涂刷液體環氧涂料，用輥子對機械連接件的內表面涂刷液體環氧涂料。涂刷后均不需檢測，以阻隔腐蝕介質的擴散，起雙重保護作用。用專用的小口徑鋼管對接夾具將鋼管夾緊固定。

（2）將機械連接件插入鋼管的一端，深度為機械連接件長度的一半。插入時保證不損壞鋼管端部及機械連接件內壁的防腐層。插好后用專用夾具夾緊機械連接件進行壓合，觀察壓力表達到設定值后松開夾具。將第二根鋼管的一端插入機械連接件內部，保證兩根鋼管端部對接緊密，不留縫隙。插好后用專用夾具夾緊機械連接件進行壓合，觀察壓力表達到設定值后松開夾具，完成機械連接安裝施工。去除連接件表面、鋼管預留端表面的灰塵，用丙酮擦洗連接件外表面。在機械連接件的中縫、外表面、鋼管預留端外表面涂覆高溫型粘彈體，保證被涂部位與相鄰表面平滑過渡。找準位置安裝熱收縮套。

2.3  機械連接件性能測試

機械連接施工結束后根據CDP-G-OGP-AC-011-2013-1《埋地鋼質管道粘彈體膠帶防腐補口技術規定》要求進行機械連接件性能檢測。

（1）拉伸及靜水壓、內壓試驗。依據GB/T 9711―2017《石油天然氣工業：管線輸送系統用鋼管》、SY/T 6128―2012《套管、油管螺紋接頭性能評價試驗方法》，進行機械連接件的拉伸、靜水壓、內壓試驗，結果見表 2。

表 2 機械連接件拉伸、靜水壓、內壓試驗結果

（2）全尺寸疲勞試驗。依據DNV-C203-2012《海上鋼結構疲勞設計》，機械連接件全尺寸疲勞試驗16天，累計循環次數184 418次，管道發生疲勞失效。

（3）內外防腐層檢測。內防腐層檢測項目及結果見表 3。

表 3 連接件內防腐層檢測項目及結果

外防腐層檢測依據GB/T 23257―2017《埋地鋼質管道聚乙烯防腐層》，檢測項目及結果見表 4。

表 4 連接件外防腐層檢測結果

3  工程應用

2019年8月，采用機械連接工藝在陜西吳起長慶油田某廠2 km試驗段管道開展現場施工（圖 2）。施工管道管徑76.1 mm，壁厚5 mm，坡口角度32°，材質L245N；連接件材質為40 Cr，輸送介質溫度﹣25℃～50℃，輸送壓力5 MPa。外防腐采用粘彈體+熱收縮套外護形式，對接端頭用無溶劑液態環氧樹脂密封。施工完成后，機械連接件通過現場試壓檢測，各項性能指標滿足要求。

圖 2 試驗管段機械連接施工現場

該管道運行1年后，邀請科委會專家到現場進行開挖驗證工作，每間隔10道口以上開挖1道口，共開挖3道口。目測開挖道口的外防腐層表面完好，無開裂、褶皺、鼓泡、翹皮等現象，管道機械連接處附近土壤正常，無任何漏油現象。確定技術及工藝可行。該機械連接技術及工藝在長慶油田小口徑集輸管道試驗段中的成功應用，為后續管道建設工程應用打下了良好基礎。

 

作者簡介：劉月芳，1973年生，高級工程師，中油管道防腐工程有限責任公司科研所所長，本科畢業于大慶石油學院，現從事管道防腐技術工作。聯系方式：18526365828，24188643@qq.com。