海底管道事故类型及维修方法综述

海底管道事故类型及维修方法综述

发表时间：2017-12-26T15:56:50.800Z 来源：《防护工程》2017年第21期作者：范景涛刘博宋艳磊

[导读] 海底管道是投资高、风险大的海洋工程，对海上油气田的开发、生产与产品外输起着至关重要的作用。

海洋石油工程股份有限公司天津 300461

摘要：海底管道是投资高、风险大的海洋工程，对海上油气田的开发、生产与产品外输起着至关重要的作用，被喻为海上油气田的生命线。方破坏因素，如波浪冲刷、腐蚀、船舶起抛锚作业、落物撞击、拖网捕鱼等，易造成海底管道受到损伤或发生泄漏，海底管道一旦发生损伤或泄漏，将可能导致油气田停产，污染海洋环境，并给企业和国家带来巨大经济损失。本文分析了海底管道事故类型及维修方法。关键词：海底管道；事故类型；维修方法；

海底管道的事故具有突发性和不确定性的特点，因此，快速应对海底管道事故，并且针对不同类型的海底管道事故使用相应的抢维修方法，能够有效减少海底管道事故的损失。第三方破坏、冲刷悬空、管道腐蚀、自然灾害和人为失误是引起海底管道泄漏的主要原因，减少此类事故的发生可显著提高海底管道的安全性。

一、海底管道事故类型

根据造成损伤的原因不同，海管事故类型分为以下四个类型：

1.变形。这种损伤一般由机械损伤（如落物砸伤、锚损等）造成，不一定会造成海管泄漏，但海管变形会降低海管的使用寿命，且较大变形使得正常清管作业无法进行。

2.穿孔小漏。管道穿孔小漏一般由管道内、外壁腐蚀或者母材的夹渣、气孔、裂纹等原因造成；

3.介质腐蚀。海洋环境腐蚀和有机物损坏等均可诱发海底管道腐蚀，腐蚀失效是海底管道失效的主要形式，所占比例达35％。引起海底管道腐蚀的因素包括：一是防腐层失效，各类涂层有其不同的适用环境，选用不合适的涂层不但无法起到保护作用，甚至可能加速管道腐蚀，防腐层局部脱离管道、防腐层局部刺破、防腐层在施工过程中损坏均可导致外部介质进入管道与防腐层之间的空隙，加快金属腐蚀；二是阴极保护失效，阴极保护方式通常分为牺牲阳极法和强制电流法，现场以牺牲阳极法居多，阳极材料的选择依据海泥成分变化而有较大不同，此外，阳极保护电位、电流密度、安装方式均会影响使用效果；三是管道自身缺陷，管道材料缺陷，制造缺陷，焊接缺陷，以及运输、铺设过程中产生的机械损伤也会加速管道腐蚀。因此，降低海底管道腐蚀泄漏风险的措施有：选择合适的防腐层材料；加强防腐层完整性检测，减少运输、铺设过程中的管道损伤。

4.断裂。海管断裂是最严重的海关事故类型，一般是由外力的强烈作用造成的，如船舶的锚链对管线持续拉伤。

二、维修方法

1.水下维修。水下干式高压焊接维修步骤为切除破损管段,在水下安装焊接工作舱(工作舱内配有动力电源, 照明、通讯、高压水喷射、起重、气源、焊接施工设备, 生命支持系统等)。工作舱内注入与该海域水深相同压力的高压气体, 形成干式环境后, 即可进行修复海管管端,安装短节, 实施水下干式焊接等作业。这种方法多用于管道不能在水面焊接, 但又要求保证管道原有的整体性能不改变, 或采用其他方法受到限制的情况, 以及对管道的附属结构进行维修时。

2.水下维修。不停产开孔维修主要针对由介质引起管道大面积腐蚀而出现的泄漏, 或由外力造成管壁局部凹陷影响清管作业但尚未变形的这类管道。采用这种方法的主要优点是, 油气田不需要停产即可实现管道的单封堵或双封堵开孔作业, 并且施工作业方法成熟。海洋石油工程股份有限公司对油田直径天然气海底管道进行不停产双封双堵维修, 就是成功一例。油气田不停产海管开孔维修步骤为:在管道的一端安装水下机械三通和开孔机, 在油气田不停产的情况下对管道开孔, 在管道的另一端进行同样的作业;水下安装封堵机和旁路三通;安装旁通管道;打开三文治阀, 用封堵机堵住需更换的管道,使天然气从旁通通过;将需更换的管段泄压, 并检查封堵的密封度;用氮气置换需更换管段处的天然气;在安全的情况下用冷切割锯切除需更换的管段;在管道的2 个切割端分别安装连接法兰,或冷挤熔法兰, 或Smart 法兰;测量2 个法兰间的长度, 并按此长度准备带球形法兰的管段;在油气田不停产的情况下安装球形法兰;调整平衡管道的压力;打开封堵头, 关闭三文治阀;旁通管道泄压后去除旁通管道;拆掉封堵机;放入内锁塞柄;封好盲板, 对海底管道冲泥区域进行海床表面的复原, 其中包括必要的砂袋覆盖。

3.法兰维修与外卡维修。法兰分为标准法兰、旋转环法兰和球形法兰等。标准法兰主要用于水面以上的管道更换段;旋转环法兰和球形法兰为水下法兰, 是海底管道破损后湿式维修的主要构件, 可调节管道在水下安装的角度和方向, 主要用于原有管道法兰联接处破损后的更换, 也可用于平管段破损后的联接维修。法兰维修程序、所用设备与机械连接器维修相似, 其优点是节省时间, 费用低。外卡维修主要用于破损较小(如裂纹、卡具蚀穿孔等)的管道, 但要求管道所上外卡段变形应在外卡的精度允许范围之内。采用这种修复方法方便快捷, 所用的船舶小, 费用低, 但它仅适用于管道操作压力等级和安全等级较低的管道。

4.应急抢维修。一是裂缝的抢维修。较深海域的裂缝可以采用水下机械连接器进行维修，较浅海域的裂缝可以采用水上焊接维修和水下常压干式舱焊接维修。对于水深大于50m的海底管道事故，可以采用饱和潜水或氦氧潜水结合水下机械连接器进行海底管道修复。水下机械连接器修复是将损坏的管段切除，在两个管道切割端上安装法兰机械连接器，利用法兰测量仪测量两个连接器端面之间的距离和尺寸，使其保持在同一直线上，将预制好的更换管段使用法兰进行水下对接、安装，对修复后的海管进行整体试压，合格后，对作业区域用沙袋回填、恢复。水上焊接维修是先把水下管道切断或切除破损段，然后把两个管端吊出水面, 焊接修复短节部分，做好NDT检验和涂层后，再把管道放回海底，即完成维修工作。如果海管管径适中，在0-15m的浅水区可考虑水上焊接修复。常压干式舱焊接维修采用简易沉箱的方式，在沉箱内对管道裂缝进行焊接维修，具体维修方式与水上焊接维修方式相似。常压干式舱焊接维修适用于0-10m水深的海域。对于较深海域的裂缝，可以采用机械连接器进行维修。对于较浅海域的裂缝可以采用水上焊接维修和干式舱焊接维修，干式舱焊接维修可以分为常压干式舱焊接维修和高压干式舱焊接维修。二是断裂的抢维修。若断裂所处位置水深为0-10m，可以考虑采用水下常压干式舱内焊接法兰维修的方案，对于水深小于20m的近岸段海管事故可以采用水上起管焊接法兰维修。若管道位于水深小于60m的海域，也可以采用水下高压干式舱维修。针对水深大于50m的海域可以采用饱和潜水或氦氧潜水结合水下机械连接器进行海底管道修复的方案。在对断裂或裂缝进行焊接修复时，应考虑到焊接产生的热量可使管内的油气发生闪燃甚至爆炸，这不仅对维修人员的生命造成了威胁，还对油田的