油气管线不动火应急维抢修的应对措施分析

摘要：随着油田开采时间的增长，含水率逐年增加及注水水质的不断恶化，硫酸盐氧化还原菌的不断增多，输油和污水管道的结蜡、结垢及腐蚀问题日益严峻，直接影响着石油管道的使用寿命。由管道内腐蚀原因引起的管壁变薄，随着管道运行时间的增长，管道内壁的减薄点增多，减薄区面积有继续扩大和管道壁厚继续减薄的倾向，该隐患部位有可能发生穿孔、泄漏、爆管等情形，直接影响着石油管道的安全生产，并给环境保护带来前所未有的挑战。

关键词：油气管线；不动火；应急维抢修；难点；应对措施

1不动火应急维抢修的重要性

在管道缺陷部位计划修复之前，需要针对自身的管道状况，评估不同的管道修复方案的有效性、长期性、可靠性、安全性和成本，从而确定最适合的修复方案。在处理天然气、石油、化工溶剂等易燃易爆物品时，因为传统的动火修复，焊接时的不安全因素，这需要停产作业，从而产生巨大的修复成本。采用不停产动火补焊，焊穿的危险性极大，是不科学不可行的工艺选择。另外焊接补强施工工艺要求比较严格，焊接材料与管道材质的吻合度也决定了补强的效果好坏。管道与补强钢材间的传力均匀和性能匹配问题，易产生氢脆和冷脆等问题，使动火补强寿命难以持久。科学的选择不停产不动火修复工艺，在不停产的情况下，恢复或提高管道缺陷部位的强度，在石油化工生产领域及易燃易爆环境下尤为重要，是避免管道维护中的安全风险和提高使用寿命和降低维护成本等行之有效的方法。

2.不动火修复机理

金属修复层，采用超级金属修补剂对管道凹陷麻坑等缺陷部位修复，以恢复钢质基础面缺陷部位的强度。超级金属修补剂是富含金属的高分子复合材料，经双组分混合调配，可在常温下固化，硬化后形成一种坚固的类似金属状的材料，可以车床车削、磨削、钻孔、攻丝等传统的各种机械加工，在管道设备修复方面是一种理想的冷焊剂，可替代传统的热焊接工艺，有效的恢复钢质设备管道缺陷部位的强度。

修复加强层，以环氧玻璃钢为修复主加强层，采用现场缠绕的施工方法，在管道缺陷部位衬贴缠绕，再造一段能承压的玻璃钢加强层，和被修复管线形成粘接力良好的管外加强管。加强层固化后，与被修复管道形成一体，固化后的环氧玻璃钢其抗压强度和与弹性模量和钢材相接近，可代替钢质管道材料承载管内压力，从而达到恢复甚至超过管道设计运行压力的目的。玻璃钢现场衬贴时，不受基材几何尺寸的限制，可对弯管、三通、大小头等不规则管件修复，可以用于腐蚀、机械损伤和裂纹等缺陷应急维抢修。可对管道缺陷部位局部修复增强，也可用于整个管段的提压增强处理。该加强管现场施工、常温固化成型，在原管道腐蚀变薄乃至穿孔，也可单独承压继续使用。

应急维抢修层，在管壁减薄区和减薄点，随着管线运行时间的增加，减薄区管壁厚度有可能继续减薄，面积继续增大，直至腐蚀穿孔，存在爆管的风险。在玻璃钢加强层的外层衬贴碳纤维补强层，能和里边的玻璃钢补强管共同承压，使其耐压强度提高到钢管的1.6倍以上，从而可避免该处爆管风险的发生。碳纤维材料是航空航天高强材料，耐压强度是钢材的10倍以上，弹性模量与钢材、玻璃钢的弹性模量相当，碳纤维补强层与玻璃钢和钢管具有非常好的变形协同性，能够和管道缺陷处玻璃钢加强层共同承担管道的内压。碳纤维现场衬贴时，不受基材几何尺寸的限制，可用于弯管、三通、大小头等不规则管件修复，可以用于腐蚀、机械损伤和裂纹等缺陷应急维抢修。防护层，玻璃钢和碳纤维长期受紫外线照射，易发生风化、老化和失强的现象，在碳纤维外壁涂刷耐大气腐蚀、抗紫外线优良的氯化橡胶防腐涂料，可使应急维抢修层长久的保持足够的抗压强度。

3.不动火应急维抢修措施分析

3.1超级金属修复剂

金属修复层采用超级金属修补剂修复，该材料是富含金属的高分子复合材料，经双组分混合调配，可在常温下固化、硬化后形成一种坚固的、类似金属状的材料，可以用于车床车削、磨削、钻孔、攻丝等传统的各种机械加工。在管道设备修复方面，它是一种理想的冷焊剂，可替代传统的热焊接工艺。采用超级金属修补剂对管道凹陷麻坑等缺陷部位修复，有效恢复钢质设备管道缺陷部位的强度。该材料室温即可固化，适用于多种钢件的缺陷修补，综合性能好，与机体结合强度高，固化后硬度高、无收缩，具有耐磨损、耐老化、耐油、防水、抗各种化学腐蚀等优异性能。

3.2玻璃钢加强层

修复加强层以环氧玻璃钢为修复主加强层，采用现场缠绕的施工方法，在管道缺陷部位衬贴缠绕，再造一段能承压的玻璃钢加强层，和被修复管线形成粘接力良好的管外加强管。加强层固化后，与被修复管道形成一体，固化后的环氧玻璃钢抗压强度和与弹性模量和钢材相接近，可代替钢质管道材料承载管内压力，从而达到恢复甚至超过管道设计运行压力的目的。环氧玻璃钢加强层现场衬贴时，不受基材几何尺寸的限制：可以对弯管、三通、大小头等不规则管件修复，也可以用于腐蚀、机械损伤和裂纹等缺陷应急维抢修；可以对管道缺陷部位局部修复增强，也可以用于整个管段的提压增强处理；该加强管现场施工、常温固化成型，在原管道腐蚀变薄乃至穿孔，也可以单独承压继续使用。

3.3碳纤维补强层

在管壁减薄区和减薄点，随着管道运行时间的增加，减薄区管壁厚度有可能继续减薄，面积继续增大，直至腐蚀穿孔，存在爆管的风险。在玻璃钢加强层的外层衬贴碳纤维补强层，能和里面的玻璃钢补强管共同承压，使其耐压强度提高到钢管的1.6倍以上，从而避免该处爆管的风险。碳纤维材料是航空航天高强材料，耐压强度是钢材的10倍以上，弹性模量与钢材、玻璃纤维的弹性模量相当。碳纤维补强层与玻璃纤维和钢管有非常好的变形协同性，能够和管道缺陷处玻璃钢加强层共同承担管道的内压。碳纤维现场衬贴时，不受基材几何尺寸的限制，可用于弯管、三通、大小头等不规则管件修复，可以用于腐蚀、机械损伤和裂纹等缺陷应急维抢修。

3.4防老化涂料

玻璃纤维和碳纤维长期受紫外线照射，易发生风化、老化和失强的现象，在碳纤维外壁涂刷耐大气腐蚀、抗紫外线优良的氯化橡胶防腐涂料（即防护层），可以使应急维抢修层长久保持足够的抗压强度。

4.不动火应急维抢修过程质量控制

（1）施工环境：在雨、雾、雪、大风（风速大于3级）、扬尘（沙）时，不得在室外做应急维抢修施工。（2）表面处理。管道表面如果有油污、油脂和积垢，应按规定的方法进行处理。表面处理应采用喷砂除锈，采用洁净的压缩空气强力吹扫管体表面，并用丙酮擦拭，使基础面清洁。（3）修复层施工.按规定的配合比将超级金属修复剂各组份充分混合，搅拌均匀，用刮板或胶刀将混合好的修补剂涂于待修表面，用刮板或胶刀反复按压，使修补剂与基体充分浸润灌实。（4）加强层施工，采用手糊连续缠绕法施工。环氧胶料各组分配合比按规定准确称量，使用机械搅拌使其均匀，配制成的环氧树脂胶，先在基层上均匀刷一层衬布胶料，随即缠绕粘贴一层玻璃布、贴实，使环氧胶料侵入布的纤维内，铺平、无折皱和气泡。（5）补强层施工，采用手糊连续缠绕法施工。碳纤维浸渍胶各组分配合比按规定准确称量，使用机械搅拌使其均匀，配制成的碳纤维浸渍胶：先在基层上均匀刷一层，随即缠绕粘贴一层碳纤维布，碾压浸润，自然固化，碳纤维表面要平整光滑，色泽均匀，与基体粘结牢固，无起鼓脱层现象。（6）防护层施工。加强层及补强层固化后，修复段两端修整打磨。为避免日光紫外线长期照射，造成环氧玻璃钢及碳纤维风化失强，在碳纤维外壁涂刷抗紫外线性能良好的氯化橡胶防腐涂料。

5.结语

随着现代科学技术和工业经济的飞速发展，石油管道建设工程越来越多，由于管道的腐蚀导致的输油及污水管道的穿孔、泄漏和爆管的可能性也越来越普遍，这将直接影响着石油管道的安全生产，并给环境保护带来前所未有的挑战。科学选择不停产不动火修复工艺，在不停产的情况下恢复并提高管道缺陷部位的强度，以适应石油管道越来越严峻的腐蚀环境，这在石油化工生产领域及易燃易爆环境下极为重要，是避免管道维护中的安全风险，提高管线使用寿命，避免管道因内腐蚀导致的穿孔泄漏，降低维护成本等行之有效的方法。这可以最大限度地确保输油和污水管道的安全生产，避免环境污染等风险，为石油管道平稳运行打下坚实的基础。