国外管道修复技术综述.pdf

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1、1 国外管道修复技术综述国外管道修复技术综述 摘要：摘要：为实现股份公司战略部署，东部管网再安全运行 20 年，恢复到 4000 万吨/年输油能力的目标，需要对东部 管网进行全面改造。为了在东部管道自身条件允许、经济可行的前提下，引进国外先进的机械化修复设备，借鉴国外先 进的管道修复技术，提高修复水平和进度，尽快缩短与国外的差距，近期我们对国外特别是北美和俄罗斯等国的管道大 修施工技术水平、修复方法、材料和设备进行了调研。现将目前国外管道修复技术现状，设备及产品应用情况等进行概 括性综述，供工程技术人员参考。 主题词： 管道修复修复技术设备 标准涂层 一、一、一、一、 管道修复技术的概念管道修

2、复技术的概念管道修复技术的概念管道修复技术的概念 管道修复技术在国外一般称为“3R 技术”，即：Repair, Rehabilitation, Replace (修补、修复 及更换管段)。修补多指管道日常的维护、维修以及泄漏事故发生时的抢险和临时性维修，而修复及更 换管道则属管道的永久性修复，也就是我们国内常称的管道大修。在管道大修中不仅仅要对管道防腐 涂层进行修复和更换，而最主要的是对管道的管体缺陷进行永久性修复。 二、二、二、二、 管道修复的依据及程序管道修复的依据及程序管道修复的依据及程序管道修复的依据及程序 在确定管道修复时，国外公司主要依据以下程序实施： 缺陷检测：通过进行管道内、外

3、检测，确定管道上的管体缺陷和防腐层缺陷位置； 缺陷评价及定位：采用最新的管道内、外检测结果，进行管体缺陷和防腐层缺陷的大、小及严 重程度的评价，并确定管道缺陷及定位，按严重程度分类，排列出优先修复次序，并确定采用何种方 式进行修复以达到最大收益。 修复管道的工程评价：根据最新的内检测和缺陷评价结果，对拟进行修复的管道进行现场考 察，开挖检测，收集现场土壤、温度场、腐蚀机理等详细数据； 制定修复计划和步骤：根据最新的管道缺陷评价结果，制定详细的管道修复计划和具体实施方 案。在制定计划过程中，就要选择修复方式、修复方法和修复产品（包括补强材料及防腐材料），并 建立修复标准、操作程序、工艺规程和选择

4、、确定管道修复工程的承包商等等。 工程实施。 确定管道缺陷及定位，将其按严重程度分类，排列出优先修复次序，并确定采用何种方式进行修 复以达到最大收益，这是实施管道修复计划的关键。国外在实施管道修复项目时，非常注重管道修复 计划及实施步骤的制订，常常需要花费几年（约 35 年）的时间用于修复工程前的缺陷检测、定位、 评估，确定修复范围、修复方法等各项准备工作。如澳大利亚曾对一条 600km(373mil)的高压天然气管 道进行大范围的涂层修复，为顺利实施该修复项目，他们用了 6 年的时间制订严密的计划，使费用控 制在合理的范围内。 三三三三、国外管道修复采用标准及推荐采用标准、国外管道修复采用标

5、准及推荐采用标准、国外管道修复采用标准及推荐采用标准、国外管道修复采用标准及推荐采用标准 由于国外标准多为综合性标准，很少有如我们企标、行标这种针对性极强的各专业标准，故专门 2 针对管道修复的标准不多。在美国 API、NACE、ASME、 ASTM 以及加拿大 CSA 等标准中，涉及到 管道修复内容的相关标准约有 80余部。 虽然国外包含管道修复章节的相关标准很多，但在美国和加拿大等一些著名的管道大公司如：BP, TRANSCANADA, ENBRIDGE 等等，在油、气管道修复时一般常用或推荐采用的标准也是屈指可数 的，一般有 67 部。而专门针对管道穿越段修复用标准，确实没有，实际应用中

6、可参阅管道穿越标 准、管道修复标准及管道修复操作手册。为此，API 1102（管道横越高速公路和铁路标准、美国能源 部管道穿越规范）和 API 1117（在役管道的位移）等可作为参考标准来指导管道穿越施工，或参考其 编写、制定相关的管道穿越标准或管道穿越段修复标准。 北美一些著名管道公司油、气管道修复惯用及推荐采用标准如下： 气体管道修复适用标准、文件：气体管道修复适用标准、文件： 49CFR 192美国联邦法规陆上气体管道 ASME B31.8输气及配气管道系统 ASME B31.8气管道系统完整性管理 CSAZ662油气管道系统（加拿大标准） PRCI:管道修复手册（美国管道研究委员会）

7、各公司的修复计划 液体管道修复适用标准、文件：液体管道修复适用标准、文件： 49CFR 195陆上石油管道应急方案 ASME B31.4液态烃及其它液体管道输送系统 API 1160液体管道完整性管理 CSAZ662 油气管道系统 PRCI:管道修复手册（国际管道研究委员会） 各公司的修复计划 四、管道修复方式、方法及技术四、管道修复方式、方法及技术四、管道修复方式、方法及技术四、管道修复方式、方法及技术 国外管道修复方式及方法包括沟内修复和沟外修复，停输或不停输修复；人工修复或机械化修 复；内修复和外修复等诸多方式及方法。 （一）管道修复方式 在国外，特别是北美地区，油、气管道管网很发达，同

8、线路中一般均由几条管道组成，故可以有 计划地对管网中的某条管道进行停输修复，为此，较多地采用停输修复的方式。但对于不宜停输的管 道也采用不停输的方式进行修复。另外，可根据拟修复管道的自身条件及业主的要求，选择采用沟 内、沟外、人工修复或机械化修复的方法。目前，国外已实现沟内、沟外机械化修复。一般沟内修复沟内修复 3 所需所需费用高于沟外修复，而沟外修复一般则需要管道停输。 （二）、管道修复方法 国外一般采用内修或外修复方法对管道进行修复。内修复方法包括管道内衬法、PE 管道插入法或 软翻内衬套修复法等等。内修复方法一般适用于低压天然气管道、煤气管道、自来水管道或污水管道 等民用设施管道的修复。

9、而针对高、中压油气管道则多采用外修复法进行修复。 外修复还可具体分为管体缺陷补强修复和管道防腐层修复。目前采用的管体缺陷补强方法有补 焊、打补丁、半圆套管、整圆套管、环氧填充套筒修复、复合材料修复等多种方法。其中换管法、打 补丁、金属卡具法等方式在国内的管道修复中已被广泛采用，只有环氧填充套筒和复合材料修复在国 内却是新技术，处于刚刚起步阶段，而在北美和欧洲的各类管道修复中（陆上、海上的油、气管道） 应用非常广泛。 （三）、管道修复技术 1）管体缺陷补强修复技术 环氧填充套筒：环氧填充套筒： 该技术分别由英国天然气公司（BG）、美国 Battelle 公司和荷兰的 Gasunie 公司各自独立

10、开 发，虽然应用方法略有不同，但其原理均相同 在环氧树脂与钢质套筒之间形成一个连续的负载 过渡，将缺陷部位的载荷或应力转移到钢质套筒上。安装时，首先用两个钢套筒将管道的故障部位 包起来，套筒端部用密封剂密封，然后向套筒与管道壁之间形成的环形空隙内注入环氧树脂。环氧 填充套筒结构示意见图 1。 图 1环氧填充套筒结构 这种修理技术可实施带压修复，避免了对工作状态下的管道进行焊接作业而产生的潜在危险，从 而满足了管道作业者希望在安全而经济有效的方式下恢复整个管道系统完整性的要求。此方法最适宜 修复高压天然气、成品油管道， 因为它不需要直接在管道上进行焊接，或干脆不用焊接，仅采用螺栓 进行现场的定位

11、安装。目前，该方法的适用压力为 10.0MPa（1450psi），适用温度在 3100范 围。 复合材料修复技术：复合材料修复技术：近几年，复合材料修复技术发展迅速，在管道修复中的应用日趋广泛，成 为可供选择的经济有效地永久性管道修复方法。复合材料修复具有安装灵活、方便、修复时间短、 费用低、可在不停输管道上使用、不需要焊接、通过正确安装可永久恢复管子的承压能力、适用于 各种作业环境等优点。 其原理是把缺陷部位承受的应力通过高强度的填充物转移至复合套筒，常用的复合材料有加入 4 玻璃纤维增强聚酯（GRP）或碳（CFRP）等强化物质的聚酯、乙烯酯或环氧基体等。 在此领域，美国 ClockSpri

12、ng 复合产品（套筒）最具代表性，在北美、欧洲等国家的陆上及海 上油气管道上应用广泛。其结构如图 2 所示。复合套筒由三部分组成： 拥有专利的高强度的单向复合套筒； 拥有专利的快速固化的强力双面粘合剂； 拥有专利的极高抗压强度的填料。 图 2 ClockSpring 复合套筒结构 ClockSpring 产品可用于管道补强、管道堵漏、管道抑制裂缝等场合，适用管径范围在 101.6mm-1422.4mm(4-56inch)之间。当土方开挖完成后，使用 Clock Spring 套筒，两个人半个小时 即可完成安装工作。由于复合套筒具有记忆效应，安装三分钟后，各层材料就能紧紧地包覆在管体 表面，构成

13、一个完整持久的修复层。 管道补强套件可用于腐蚀或损伤程度50 年8.可用于石油天然气、水管、各种化工管道 9.基本上不需要任何设备，现场施工非常简单（整个安装作业2h） 表 2复合套筒技术指标 用 途 用于腐蚀或损伤程度80%的管道补 强；用于泄漏孔径25mm，运行压 力7MPa 的管道堵漏；用于抑制正 在发育的管道裂纹或裂缝 压力范围 适用于设计压力25MPa 的任何材 质管道补强 适用于运行压力7MPa 的管道堵 漏 温度范围 29到 54 29到 82（高温套件） 修复层厚度 根据包覆层数不同，单层厚度约 1.57mm 宽 度300mm（标准宽度）材质单向玻纤/树脂复合材料 径向热膨胀系

14、数610 -6inch/inch/ 玻纤/树脂比例玻纤 65%-75%(以重量计算） 抗拉伸强度516-688MPa线形弹性形变1.5% 径向弹性模量3410 3MPa 轴向弹性模量9.510 3MPa 包覆层数根据腐蚀或损伤程度和运行压力确定 2）防腐层修复技术： 国外防腐涂层修复既有手工修复方法，又有机械修复方法，这取决于管道的实际状况，或者机械 修复与人工修复同时使用。人工修复的优势是比较灵活，但施工质量和速度与操作人员的水平和熟练 程度密切相关。机械修复无论在质量和速度上都优于人工修复，但其修复成本高，对管道状况、周围 5 环境以及修复人员的素质等方方面面条件要求也相对较高。故此，国外

15、一些管道公司普遍认为： 16in(402mm)或以下口径的管道采用人工修复较为经济有效，而大口径管道，机械化修复则更经济高 效。 修复用涂层材料修复用涂层材料 管道修复工程所用防腐材料的性能一般与新建管道的要求相同。NACE RP0169 标准规定了理想的 涂层材料应具备的物理及化学性能指标如：电绝缘性、防水性能、粘结性等。但在修复工程中，还需 考虑管道所处的地理位置、管道原有涂层类型、管道运行条件、重新涂敷方法、涂层的适用条件、涂 层材料成本以及管体表面预处理条件、重敷周期/回填时间、应用装置的复杂性、新老涂层材料的化学 兼容性等等诸多因素。 目前，在管道修复中，国外应用效果最好的是聚氨酯和

16、环氧涂层，是多年来一直成功用于钢管道 保护的涂层材料。聚氨酯涂层具有快速固化和良好的机械属性，而环氧涂层具有广泛的表面耐受性和 在相对较低的膜厚度下具有很好的保护质量。其它涂层还包括煤焦油瓷漆、冷敷聚烯烃带、FBE 以及 蜡涂层和胶带涂层（wax coating and tapes）。 综上所述，涂层的选择和很多因素有关，并不是高性能的涂层就是好的修复涂层，只有适合的才 是最好的。在选择涂层材料之前，需要进行大量的测试筛选工作。考察涂层应用历史和进行涂层测试 是评估涂层系统以及改善修复性能的两个重要途径。 五、管道修复用施工设备五、管道修复用施工设备五、管道修复用施工设备五、管道修复用施工设备

17、 目前，国外的机械修复设备已能实现停输或不停输条件下的沟内、沟外修复，并具有成熟而配套 的沟上、沟下修复设备。 管道涂层修复工作主要包括挖开管道周围土壤、清除管道旧涂层、对管道表面进行处理、涂敷新 涂层以及管沟回填等工序。其中管沟开挖和回填设备可使用常规的吊管机、挖掘机和推土机，但也可 采用专门研制的挖沟和回填用设备（如：俄罗斯的-1 型土壤分层处理机、型管下挖沟机和 型回填设备），而适于管体涂层修复更新的设备包括旧涂层清除设备、表面处理设备、涂层再涂敷 设备及其配套设施。俄罗斯基辅（）研究所、乌克兰运能系统工程涂层公司（）以及美 国 CRC 和 Incal 公司的产品最具代表性。他们可生产适

18、于口径 530-1220mm 油气干线管道修复用的 系列修复装备，即大型（土方设备）、中型（涂层修复设备）和小型（手工涂层修复设备）配套设 备。防腐层修复更新系列设备见图 35。 图 3旧涂层清除设备图 4管体表面自动处理设备 6 图 5涂层再涂敷设备（在线行走多组份喷涂） 这些机械修复设备除大大减少了劳动强度，提高了修复效果和效率，保证了修复质量外，还具有 操作使用简便，可靠性高，能够在不同自然气候条件下运行等特点。尤其是俄罗斯制造生产的设备更 具在恶劣环境下工作的能力（-4040的温度，坡度达 15，从类地区至类地区等）。 结论结论结论结论 国外管道建设历史悠久，管道建设、运行管理及修复技术先进，修复方式和修复手段多样化，修 复设备机械化，能够确保修复效率和修复质量。而目前国内的修复水平与国外相比有一定的差距，主 要表现在修复技术相对单一、缺乏机械化修复设备、修复进度缓慢、手工修复质量难以保证等等方 面，故满足东北管网大规模全面修复有一定的难度。为此，建议结合东北管道实际，有针对性的集中 研究国外先进的技术和设备重点放在机械化修复设备、管体缺陷修复技术以及国外公司修复项目的组 织、实施和管理上，提高国内管道修复工程的组织、管理水平和修复质量。 管道科技中心 规划与信息所 王玉梅 刘艳双 张延萍 崔健