浅谈海管混凝土配重层滑脱问题与对策

吴文通 孔瑞林 张晓灵 杜宝银

（中海油能源发展股份有限公司管道工程分公司，天津 300452）

1 概述

海底油气输送用混凝土配重管多采用S型铺管船法铺设（如图1），该铺设法要通过张紧器对管道施加一定的轴向张力，这种轴向张力要经过管面的混凝土配重层与防腐层（或防护层）界面间的抗剪切能力来传递。界面间剪切强度不足时，会导致混凝土配重层与防腐层之间出现滑脱，影响铺管效率，甚至造成严重后果。因此，混凝土配重层与防腐层之间要有足够的剪切强度，以保证铺设过程中两者之间不发生滑脱。未经毛化处理的管道防腐层（或防护层）表面通常比较光滑，致使其与混凝土配重层之间的剪切强度小，防滑效果差。可以采取防腐层（或防护层）表面增阻的措施提高这种界面剪切强度，但不同类型的防腐层（或防护层）需要研究制定不同的增阻对策。本文结合近年国内海管配重工程案例，介绍了几种常见的混凝土配重管涂层结构及各自防止混凝土配重层滑脱的成功对策。

2 海管防腐层（或防护层）表面增阻措施

混凝土配重管涂层结构不同，涂敷方式不同，其所要求的防腐层（或防护层）表面增阻措施也不尽相同，常用的增阻措施有以下几种：（1）胶粘剂增阻法。（2）粘接剂+防滑颗粒增阻法。（3）螺纹凹槽增阻法。（4）防滑颗粒增阻法。（5）起脊增阻法。

3 工程应用案例

3.1 胶粘剂增阻法

项目简介：杭州湾管线穿越项目，其中一条尺寸Φ711×14.3的管线，长度51.264km，外防腐涂层采用单层熔结环氧粉末（FBE）涂层，厚度为 660μm，混凝土配重层厚度为77mm，混凝土配重层与防腐涂层间剪切强度要求不小于184kPa。

涂层结构：钢管+FBE涂层+胶粘剂（增阻）+混凝土配重层。

增阻工艺：钢管表面FBE涂层事先预制，在混凝土配重涂敷传动线上，一种双组分100%固含量适应湿气环境的高强度环氧结构胶粘剂以一定宽度环向挤涂在FBE涂层表面，并随即涂敷混凝土，胶粘剂将FBE涂层与固化后的配重层混凝土牢固的粘结在一起。

图2 FBE涂层与混凝土配重层粘接效果

应用效果：胶粘剂增阻法在杭州湾穿越项目中得到了成功应用，为FBE涂层与混凝土配重层界面间提供了所需的剪切强度，界面破坏形式表现为固化混凝土本体破坏。（如图2）

3.2 胶粘剂+防滑颗粒增阻法

项目简介：外钓岛-册子岛-镇海海底管线穿越工程项目的海底管线，册子－镇海（E段），长度38.325km，尺寸Φ762×17.5，外防腐涂层采用单层熔结环氧粉末（FBE）涂层，厚度为450μm，混凝土配重层厚度为 80mm（36.645 km）和 70mm（1.680 km）；试验管段最小长度1.5m，混凝土配重层与防腐涂层间剪切强度要求不小于180kPa。

涂层结构：钢管+FBE涂层+改性聚乙烯粘接剂层 (撒防滑颗粒增阻）+混凝土配重层。

增阻工艺：在防腐涂敷过程中，当完成FBE的喷涂后，在FBE表面缠绕一层约150μm厚的改性聚乙烯粘接剂，并在防腐管进入水冷区之前的熔融状态的粘接剂上均匀撒布一层聚乙烯防滑颗粒，形成一种粗糙的表面（如图3），冷却固化后进行混凝土配重涂敷。

图3 附着防滑颗粒的管面涂层

图4 海管混凝土配重层推脱试验图

应用效果：粘接剂+防滑颗粒增阻法在外钓岛-册子岛-镇海海底管线穿越工程项目的海底管线上进行了成功应用，1.9m长的试验管段（如图4），实测混凝土配重层与防腐涂层间抗推脱力达到了506.8KN（折合剪切强度 210kPa），涂层间仍未出现任何滑移。

3.3 螺纹凹槽增阻法

项目简介：康菲PL19-3项目，一条尺寸Ф219.1×9.5海底管线，外防腐涂层采用单层熔结环氧粉末（FBE）涂层，厚度为550μm，聚氨酯保温层厚25.4mm，聚乙烯夹克层有效厚度10mm，混凝土配重层度为40mm；混凝土配重层与防腐涂层间剪切强度要求不小于0.13MPa。

涂层结构：钢管+FBE涂层+聚氨酯保温层+聚乙烯夹克层（带螺纹凹槽增阻）+混凝土配重层。

增阻工艺：聚乙烯夹克层表面圆周方向采用专用刀具切削出连续的螺纹槽的凸凹型结构（如图5），固化的混凝土嵌入凹槽（如图6），实现增阻。

图5 聚乙烯夹克层外壁处理效果图

图6 固化混凝土配重层界面效果图

应用效果：2.0m长的试验管段，实测最大轴向力496KN，聚乙烯夹克层受剪面积1.84m2，抗剪切强度达到了0.255MPa。

3.4 防滑颗粒增阻法

项目简介：番禺/惠州天然气开发项目KP12.0-KP363.0海底管线，钢管规格Φ508×14.3×12000 mm，外防腐涂层采用3LPE涂层（FBE+胶粘剂+聚乙烯），涂层厚度为2.9mm，混凝土配重层厚度40mm、50mm、65mm、80mm、100mm，混凝土配重层与防腐涂层间整管抗推脱力不小于200吨。

涂层结构：钢管+FBE涂层+胶粘剂层+聚乙烯层（撒防滑颗粒增阻）+混凝土配重层。

增阻工艺：钢管表面聚乙烯层涂敷后，进入水冷区固化之前，表面撒布聚乙烯防滑颗粒（如图7），熔融嵌固在聚乙烯层表面，冷却后形成粗糙的表面（如图8），实现增阻。

应用效果：混凝土配重层厚度100mm，1.9m长的试验管段，实测最大轴向力519.0KN（折合整管312吨）。

图7 3LPE涂层撒布防滑颗粒

图8 3LPE涂层防滑颗粒撒布效果

3.5 起脊增阻法

项目简介：东方1-1气田海底管道涂敷项目，钢管直径Φ559 mm，外防腐层采用3LPE涂层（FBE+胶粘剂+聚乙烯），混凝土配重层与防腐涂层间剪切强度要求不小于0.1MPa。

涂层结构：钢管+FBE涂层+胶粘剂层+聚乙烯层（螺旋起脊增阻）+混凝土配重层。

增阻工艺：通过在防腐涂敷生产线硅胶辊上开一环状凹槽，钢管在生产线上匀速旋转前进，硅胶辊匀速旋转挤压聚乙烯涂层，从而在聚乙烯涂层上行成了间距均匀的螺旋凸起（如图9），实现增阻效果。

应用效果：混凝土配重层厚度80mm，2.0m长的试验管段，实测混凝土配重层与防腐层间剪切强度达到了0.22MPa。

结语

图9 防腐层起脊效果图

上述几种海管防腐层（或防护层）表面增阻措施，均较好的满足了具体工程项目海管混凝土配重层抗滑脱的需要，但今后在实际选择应用过程中还应注意以下几点：（1）环氧粉末涂层，采用胶粘剂增阻法，仅适用于混凝土配重层挤压缠绕成型工艺。（2）环氧粉末涂层，胶粘剂+防滑颗粒增阻法，即适用于海管混凝土配重层喷射冲击成型工艺（胶粘剂层要有适当的厚度），也适用于挤压缠绕成型工艺。（3）聚乙烯夹克层螺纹凹槽增阻法，是针对单层保温配重管特殊结构设计的，工程应用过程中还要注意聚乙烯夹克层的内壁防滑处理。（4）3LPE涂层起脊工艺复杂，若参数控制不当，起脊部位的聚乙烯层冷却过程中易开裂；防滑颗粒增阻法较起脊增阻法，工艺上更易实现，涂层质量更易保障。（5）采用防滑颗粒增阻措施的混凝土配重管，国内目前最大应用水深是番禺/惠州天然气开发项目的195m，应用于更深水域，应事先验证其涂层剪切强度能够满足项目需要。（6）对于深水油气开发用复合聚氨酯弹性体、多层聚丙烯湿式保温管，其涂层结构与上述案例有本质的不同，当进行混凝土配重时，增阻方式不能照搬已有方法，需要试验验证，必要时开发新的增阻方法。

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