管道缺陷补强修复新技术

管道缺陷补强修复新技术
王巨洪;姜世强
【摘要】管道修复的方法有很多,在计划修复之前,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、长期可靠性、安全性和成本,从而确定最适合的修复方案.文中阐述了不同的管道缺陷修复方法和选择的思路.
【期刊名称】《管道技术与设备》
【年(卷),期】2006(000)005
【总页数】3页(P30-31,44)
【关键词】管道修复;管道缺陷补强;修复方法选择
【作者】王巨洪;姜世强
【作者单位】中国石油管道公司大连输油分公司,辽宁,大连,116300;中国石油管道公司大连输油分公司,辽宁,大连,116300
【正文语种】中文
【中图分类】TE973
0 引言
随着管道管理水平的发展，越来越多的管道公司和油气生产企业逐步开始对在役管道开展检测，通过检测预先发现管道的缺陷部位，然后采取适当的补强修复措施。

补强修复的方法有补焊、堆焊、机械套筒、A型套筒补强、B型套筒补强、环氧填充套管修复、ClockSpring复合修复等。

1 修复技术
1．1 换管
换管修复可以一次解决修复段所存在的所有问题，而且是永久性的。

但是，换管修复也有着显而易见的缺点，施工作业时管道公司必须停产，将会对下游的用户产生一定影响。

同时换管作业也存在一定的安全和环境风险，尤其是天然气、成品油等危险介质管道，对施工作业的安全措施要求较高。

另外，换管施工作业需要大型的设备和优秀的焊接技术工人，耗费的时间也较长。

因此，在大多数情况下，换管都是成本最高的修复方案，也是管道公司最不愿意选择的修复方案。

但是当需要连续修复较长距离的管道时，或者管道存在包括材质在内的多个问题时，换管可能是唯一的选择。

1．2 堆焊/补焊
大多数管道公司认为使用堆焊或者补焊修复管道缺陷是一种非常方便易用的修复方案。

在正在运行的管道上进行焊接作业是存在风险的，这些风险包括管壁烧穿/爆
裂的风险，氢脆，极易造成焊道下裂纹。

在不停输状况下的焊接，焊接电流不能太高，焊接的熔深也不能过大。

而且一旦焊接部位管道腐蚀穿孔，原管道外壁与补强钢板之间将会形成带压腔体，由于未焊透，焊缝极易被拉裂，造成更大的损失。

因此在焊接修复之间，需要评估这些风险因素。

ASME标准对堆焊或补焊修复技术的应用限制作了明确说明：ASME B31．4(危险液体管道)用于NPS12或更低等级，用于API42或更低等级；修复缺陷的长度不
能超过150 mm．ASME B31.8(天然气管道)修复缺陷的长度不能超过1/2管道周长；用于SMYS≤276 MPa的管道。

1．3 焊接盖帽
国内有的单位将盖帽焊接到泄漏点上，其实这种方法相当于给管道增加了一个未加强的支管连接。

对于许多管线而言，这种方法不能推荐使用，因为它违反了
ASME B31．8标准关于支管连接设计的“面积替换”的原则。

1．4 A型套筒
A型套筒不需要焊接，是由放置在管道损伤部位的两个半圆的柱状管或两片适当弯曲的钢板，并经侧缝焊接组合而成。

A型套筒不用焊接就可安装到管线主体上，用作管道损伤部位的加强件。

由于A型套筒不能承压，因此也就只能使用到非泄漏性缺陷的维修中。

A型套筒安装时管线的压力条件必须低于可能引发缺陷区域失效的压力值。

图1给出了A型套筒的一个典型结构，侧缝的焊接可以是单一V形平接焊接，也可以是叠缝角焊接。

如果边缝焊接采用的是平对焊，且这两块半圆加强板是采用同管径的管子制成的，则每块的实际弧长必须大于制作管的半圆弧长，否则在作两半的焊接时，其堆焊间隙就会太大。

如果采用的是叠缝角焊接，则没有以上的问题，因为其间隙可作简单地桥接处理。

A型套筒的主要优点是用于相对短的缺陷维修，安装简单，不需要进行严格的无损检测来保证它们的有效性。

必须说明，当安装部位下有焊缝时，在安装时，需要对焊缝打磨处理，或在加强套内侧与焊缝接触的部位加工出一个沟槽，沟槽对应部位的加强套厚度要相应增加，以补偿沟槽造成的厚度减薄。

图1 A型套筒
目前，国内长输管道主要使用螺旋焊管，在使用A型套筒时须谨慎选择，采取适当的措施，确保套筒能与管体紧密结合。

1．5 B型套筒
B型套筒如图2所示，同A型套筒的加工定位方式一样，由两半套筒组成或由两块适当弯曲的钢板组成。

由于B型加强套需要承受工作压力，所以与A型加强套不同，必须将端头焊接到管子上。

一般采用的是平接-焊接的边焊缝。

图2 B型套筒
在维修大范围的金属损失缺陷区域时，由于要求将加强套焊接到管线上，可能会导致严重腐蚀减薄区域出现烧穿，因此，加强套两侧必须超出缺陷部位各100 mm．国外公司的应用实践表明：加强套越长，与管线的配合就越困难，当加强套的长度超过3 m时，安装就会变得十分困难。

B型加强套与A型加强套的主要区别在于B型套筒可以用于修复泄漏缺陷，补强
内腐蚀缺陷，更多地用于较大面积的腐蚀区域。

对于螺旋焊管而言，B型套筒也存在同样的问题，所以，安装时必须处理好与焊缝的结合部位，确保套筒与管体的紧密结合。

无论是A型套筒还是B型套筒，安装人员必须接受充分的培训，具有相应的技能
水平，以保证安装的效果。

同时必须严格按照安装工艺谨慎焊接，尽量减少焊接可能造成的潜在风险。

1．6 机械卡箍
大型的螺栓连接着对开的厚壁锻钢卡箍，内部设计有机械密封。

随着制造工艺的发展，螺栓型机械卡箍已经能够承受较高的压力。

但是螺栓型机械卡箍一般都很厚重，(对于18 in(1 in=2.54 cm)管径，承压10 MPa的卡箍质量就高达330 kg)。

卡箍的内部设有弹性密封，以确保泄漏时它们能够承压。

在作为永久性修复措施时，螺栓连接部位和卡箍两端与管体接触部位需要焊接。

国内使用较多的螺旋焊管，在选择卡箍之前必须充分考虑螺旋焊缝与卡箍接触部位的处理，确保卡箍与管体紧密接触。

现场安装时需要动用大型施工机具。

安装人员需要接受严格的培训。

1．7 带压开孔
带压开孔是通过在管道上连接一段旁通管道，让管内介质从旁通管道流过，然后将缺陷部位管道更换的方法。

带压开孔的价格很高，仅仅用于紧急情况，而且没有其
他方法可供选择，管道也不能停输的情况下。

1．8 环氧套筒
环氧套筒由两个直径比待修复的管道略大的钢壳连接在一起，覆盖在管线的受损部位，在现场将套筒安装在管道表面，将两端密封，然后注入环氧树脂，充满管线与修复套之间的孔隙。

等环氧树脂完全固化后(通常为24 h)，打磨掉套筒表面的螺
栓和通风管即可。

对于较长的缺陷，环氧套筒是一种有效的修复选择。

同样，环氧套筒的施工也需要动用大型的机具，修复后等待固化的时间也比较长。

1.9 ClockSpring复合修复套筒
ClockSpring复合修复套筒是近几年在世界上应用较多的修复技术。

这种套筒由美国天然气技术协会组织开发，并进行了10 a的长期可靠性测试。

1998年被美国
运输部批准在中高压管道上应用。

ClockSpring的产品结构如图3所示，由3部分组成完整的修复套筒。

1—单向玻璃纤维和多种树脂成分构成的复合材料；2—强力胶；3—具有极高抗压强度的填料图3 ClockSpring的产品结构图
该修复套筒可以用于缺陷程度小于80%的管道缺陷补强修复，具有以下技术特点：避免焊接带来的潜在风险；修复期间不需要停输，也无须降压；当连续修复区域长度小于3 m时，与换管、A型套筒、B型套筒、机械管箍、环氧套筒等修复方法
相比，成本更低；能够100%恢复管道的运行能力；易于安装，不需要专门的设备，也不需要专门的技术工人；安装迅速，2个工人安装，时间一般小于25 min；固
化快，固化时间一般小于2 h．2 h后，即可恢复涂层，回填；是一种永久性的修
复技术，其长期可靠性已经得到世界上多个权威机构认证。

2 选择修复方案
2．1 技术选择
表1列出了不同修复方法的技术适用性。

表1 不同修复方法的技术适用性缺陷分类前置条件推荐的永久性维修方法均匀腐
蚀缺陷(L>D)内腐蚀，d/t≤80%换管/B型套筒/机械卡箍Clock⁃Spring复合修复(有条件)内腐蚀，d/t>80%换管外腐蚀，d/t≤125%打磨外腐蚀，
125%<d/t≤80%，且(t-d)>32mm，L<150mmClockSpring复合修复/A型套筒/机械卡箍/环氧套筒/堆焊或补焊外腐蚀，125%<d/t≤80%，且(t-d)≤32mm，
L<150mmClockSpring复合修复/A型套筒/机械卡箍/环氧套筒外腐蚀，
125%<d/t≤80%，150mm<L<3mClockSpring复合修复/A型套筒/机械卡箍/
环氧套筒外腐蚀，125%<d/t≤80%，L>3mClockSpring复合修复/环氧套筒/换
管外腐蚀，d/t>80%B型套筒/机械卡箍含有电阻焊线焊缝换管点蚀缺陷内腐蚀，
d/t≤80%，且分布长度<3m换管/B型套筒/机械卡箍/ClockSpring复合修复(有
条件)内腐蚀，d/t>80%换管外腐蚀，d/t≤125%打磨外腐蚀，125%<d/t≤80%，且(t-d)>32mm，且分布长度<3mClockSpring复合修复/A型套筒/机械卡箍/环
氧套筒/堆焊或补焊外腐蚀，125%<d/t≤80%，且(t-d)>32mm，且分布长
度>3mClockSpring复合修复/环氧套筒/堆焊或补焊外腐蚀，125%<d/t≤80%，且(t-d)≤32mmClockSpring复合修复/A型套筒/机械卡箍/环氧套筒外腐蚀，
d/t>80%B型套筒/机械卡箍
续表缺陷分类前置条件推荐的永久性维修方法一般的开裂缺陷/擦痕/电弧烧伤/凿
伤d/t≤40%ClockSpring复合修复/A型套筒d/t>40%B型套筒/机械卡箍/换管
含有电阻焊线焊缝换管凹坑凹坑深度≥6%D，或影响清管，或含有电阻焊缝，或环焊缝换管凹坑深度<6%DClockSpring复合修复/A型套筒/环氧套筒环焊缝缺陷金属损失程度<60%且缺陷圆周长度<40%；ClockSpring复合修复/B型套筒金属损失程度≥50%或缺陷圆周长度≥30%；换管螺旋焊缝缺陷换管
注：d为缺陷最大深度，t为管壁厚度，D为管径，L为管子轴向上的缺陷区域长
度。

2．2 多因素加权评价
对于技术分析后适用的修复方法，如果有两种以上方法，需要结合自身管道的状况和企业的安全标准要求，进行综合分析评价。

常用的方法为多因素加权评价法。

多因素加权评价法主要考虑：安全可靠性；修复的综合成本；对管输的影响；修复的寿命。

不同的管道公司，会赋予这些因子不同的权数，然后综合评分，选择适合自己企业的修复方法。

当然，企业也可以根据自己企业的要求，调整需要考虑的因子。

3 结论
管道修复的方法很多，但目前国内还没有形成一套操作性强的技术标准，现除了借鉴美国或加拿大的标准，也通过实践形成了一些操作规范，可以提升国内管道维护水平。