海底输油管道保温结构

胡晓峰，刘书，田甲，王晓东

1.胜利油田技术检测中心，山东东营257000

2.胜利油田现河采油厂，山东东营257000

3.中石化华东设计院，江苏徐州221008

海底输油管道保温结构

胡晓峰1，刘书2，田甲3，王晓东1

1.胜利油田技术检测中心，山东东营257000

2.胜利油田现河采油厂，山东东营257000

3.中石化华东设计院，江苏徐州221008

海底环境的低温、高压等特点，对海底输油管道保温结构的性能提出了特殊的要求。文章介绍了海底条件对输油管道保温结构的要求，海底管道保温结构的主要类型，包括管中管结构、单壁管结构及集束管结构等，比较了海底管道保温结构特性与应用情况，并对海底管道保温的发展趋势进行分析。

海底输油管道；保温结构；管中管结构、单壁管结构；集束管结构

1 海底输油管道保温结构类型

海底管道保温结构主要有管中管结构、单壁管结构及集束管结构[1-3]。

1.1 管中管结构

管中管结构又称复壁管结构，是指在保温材料外部有外套钢管的保温结构，主要由内层钢管、保温材料及外套钢管组成。其中，内层钢管用于输送流体，外层钢管用于提供机械防护及配重等作用，中间为保温层。

由于有外套钢管的防护作用，管中管结构对于保温材料没有特殊要求，可以应用陆上常用的保温材料[4]。但管中管保温结构也有其缺点[5]：

（1）钢材消耗量大，外套管耗材通常为内管的2倍，因此有2/3的钢材都消耗在外套管上。

（2）敷设作业复杂，需先敷设内管，探伤合格后，施工保温材料，然后再敷设外管，外管还需进行探伤检测，因此敷设效率低。

（3）需对外部套管进行腐蚀防护及阴极保护。

（4）保温结构造价相对较高。

管中管保温结构在国内外已经得到了广泛的应用，国外已经可以应用于3 000 m水深。我国2001年建成的国内外第一条长距离稠油输送海底管道（绥中36-1油田中心平台至绥中陆上终端海底管道）就采用了管中管结构。由于该管道输送的原油黏度大，且辽东湾冬季气温低，因此停输再启动风险大。该管道自建成以来运行正常，充分体现了管中管保温结构的优势[6]。

1.2 单壁管结构

传统的单壁管由钢管、防腐层、保温材料、防护层及配重管组成。内层钢管用来输送流体；防腐层一般采用熔融环氧粉末，涂于钢管外侧；保温层位于防腐层与防护层之间，起到保温作用；防护层加设于保温层外部，用于防止海水渗入，保证保温层的保温性能并避免钢管受到海水的腐蚀，常见材料有高（低）密度聚乙烯、模制聚氨酯、橡胶及聚丙烯；配重层的作用是增加管道质量，使得管道更加稳定，同时配重层可以提高管道的机械性能，一般情况下，采用喷涂混凝土作为配重层。混凝土配重单壁管结构主要应用于水深40 m内的浅海区域。

除了配重单壁管结构，还有两种常用的复合保温结构：聚氨酯复合保温结构和聚丙烯复合保温结构。聚氨酯复合保温结构将保温及防护作用合二为一（见图1），由具有特殊性能的聚氨酯与不同类型的空心微球构成[7]，可分为有机空心聚合物复合聚氨酯涂层（PSPU）和无机空心玻璃微珠复合聚氨酯涂层（GSPU）。聚氨酯与聚合物微球复合体系适用于300 m以内的水深，聚氨酯与玻璃微球复合体系适用于300 m以上的水深。复合聚氨酯保温体系具有良好的韧性及强度，外部无需再增设防护层及防水层，目前在国外已经得到广泛的应用[8]。

图1 复合聚氨酯保温体系示意

聚丙烯复合保温体系适用水深范围较广，可满足浅海到深海的保温要求。它是由几层不同类型的聚丙烯保温材料复合而成的保温结构，见图2。为了满足不同的保温、机械性能及防水等要求，可以调整聚丙烯的类型及层数。自1989年首次应用以来，北海400 m水深的海域已经多次应用聚丙烯保温体系，并取得了良好效果[9]。2004年Thunderhorse油田已经成功应用了该项技术，应用水深达到2 200 m[10]。

图2 五层聚丙烯复合保温体系

与管中管结构不同，单壁管结构没有外套钢管，大大节省了钢材，且单壁管无需对外套钢管进行防腐与阴极保护，在很大程度上节省投资。另外，单壁管只需要进行一层钢管的焊接及探伤工作，极大地提高了敷设效率。但是单壁管结构抗压性能相对较差，不适用于深水区域[1]。随着保温材料的不断发展，单壁管的应用水深已显著提高，国外单壁管已经成功应用于300～3 000 m水深海域[11]。巴西石油Roncader油田位于水深1 400～2 000 m的深海，该油田部分应用了单壁管的保温结构，取得了良好效果[12]。单壁管结构在我国浅水区域也得到了广泛的应用，在深海应用还不够成熟，但由于其显著的经济性及敷设优点，单壁管保温结构已经成为未来海底管道保温结构的发展方向。

1.3 集束管结构

集束管是指将两根或两根以上输油管道，或输油管与注水管、其他功能的管道汇集在一起的管线束，主要有开放式和封闭式两种。

开放式的集束管是指将独立的管道或电缆用卡夹或绳索固定成一个整体的结构。这种集束管结构相对简单，每根独立管道的保温可以用单壁管，也可用管中管结构，保温结构设置相对自由，但由于各根管道或电缆暴露在海水中，外部没有统一的防护套管，易受到腐蚀或其他形式的破坏。

封闭式的集束管是指将多根管道用一个或两个外套管汇集在一起的结构。这种结构由于有外部防护套管，机械性能更好，且能够提供更好的防腐及保温功能。国外大多数投入使用的集束管都采用封闭式的结构形式。封闭式的集束管又分为有套袖管的封闭式集束管和无套袖管的封闭式集束管。

传统的管中管结构及单壁管结构，需要专门的敷设船队进行敷设作业，将耗费大量人力物力，且建设周期长，所需的投资占海上油气建设投资的比例大。集束管具有以下优点[13]：

（1）可以将多根输油管或注水、注药等管道汇集入一根套管内，能够在提供良好的绝缘防腐保温及机械防护功能的同时减少防护投资。

（2）可以在陆上进行预制，进而达到缩短建设工期及减少投资的目的。

（3）若内置管道发生泄漏，外套管可以防止泄漏扩散，进而达到保护环境的目的。集束管已经在世界范围内，特别是在北海及墨西哥湾区域，得到了广泛的应用，目前北海区域已有近70条集束管投入生产[14-15]。

2 海底管道保温结构特性与应用情况对比

通过对国内外海底输油管道保温结构类型及性能特点的调研，得到海底管道管中管结构、单壁管结构及集束管结构的特性与应用情况对比见表1。

表1 海底管道保温结构特性与应用情况对比

3 结束语

（1）海洋石油的开采正由浅海向深海发展，海底管道保温技术也随之向深海的应用方向发展，并逐步高效化、经济化。随着保温材料技术的进步，单壁管结构受到的机械约束将越来越小，由于其具有投资省、结构简单、施工简便等优势，将成为未来海底输油管道发展的方向。

（2）目前世界范围内海底管道保温技术已经取得了长足发展，国内关于该方面的研究也已经展开，但与世界水平还有很大的差距。因此，针对海底管道尤其是深海管道的保温技术研究十分迫切。

[1]田英辉．单重保温海底管道理论分析及试验研究[D]．天津：天津大学，2006：1-11．

[2]赵冬岩．大口径海底管道的设计对策[J]．中国海上油气（工程），1995，7（6）：14-17．

[3]杨嘉瑜，郑光明．国外输油管道保温技术概况及发展[J]．国外油田工程，1997，13（5）：42-45．

[4]张红磊，韩文礼，蒋林林．国内外海底管道保温技术现状[J]．防腐保温技术，2012，20（1）：27-31．

[5]王金英．保温海底管道结构现状及其在渤海的发展方向[J]．中国海上油气（工程），1991，3（4）：9-14．

[6]李宁．我国海洋石油油气储运回顾与展望[J]．油气储运，2003，22（9）：30-32．

[7]闫嗣伶，蒋晓斌，张晓灵，等．复合聚氨酯海底保温管道试制[J]．油气储运，2012，31（11）：868-876．

[8]Bart Van Belle，Emerson.Advances in high-temperature syntactic foam technology for offshore systems[A].2002 Offshore Technology Conference[C].Houston，USA：OTC，2002.OTC 14120.

[9]Rydin C.Polypropylene Multilayer Coating Systems for the Offshore Pipeline Industry[A].14th InternationalConference on Pipeli-ne Protection[C].Barcelona，Spain：BHR，2001.233-246.

[10]Barry James Turner BSc Micorr.Polypropylene Coatings for High Temperatures and ThermalInsulation of Pipelines[A].2011 NACE International[C].Houston，USA：NACE，2011.NACE 11030.

[11]雷震名，徐志辉，郑羽，等．国外深水单层保温管道应用现状[J]．中国石油和化工标准与质量，2013，（6）：54-56．

[12]Azevedo F B，Teixeira M J B，Portesan G，etc.Deepwater Insulation System for the Steel and Flexible Flowlines of Roncador Field in Brazil[A].2001 Offshore Technology Conference[C].Houston，USA：OTC，2001.OTC 13135.

[13]于毅.集束管道在渤海边际油气田开发中应用的可行性探讨[J]．中国造船，2013，54（S1）：70-75．

[14]Song R，Clausen T，Stuijk P.Design and installation of a banded riser system for a North Sea application[A].Proceedings of 2001 Offshore Technology Conference[C].Houston，USA：OCT，2001. OTC 12975.

[15]Song R.Design of riser system for bundled towing and unbundled installation[A].Proceedings of the IBC Latest Developments in Deep and Ultra Deepwater[C].Houston，USA：OCT，2001.

Studyon Insulation Structures ofSubmarine OilPipelines

Hu Xiaofeng1，Liu Shu2，Tian Jia3，Wang Xiaodong1
1.ShengliOilfield TechnicalTest Center，Dongying 257000，China
2.ShengliOilfield Xianhe OilProduction Factory，Dongying 257000，China
3.Sinopec East-China Pipeline Design&Research Institute，Xuzhou 221008，China

Great difficulties have been brought to the design and selection of thermal insulation structures of submarine pipelines due to the low temperature and high pressure of the deep sea water.An introduction to the basic requirements of the thermalinsulation structures of submarine pipelines，a summary of main thermal insulation pipe structuretypesincluding pipe-in-pipestructure，single-pipestructureand bunched-pipestructure，the performance and the utilization of submarine pipeline thermal insulation，as well as a brief analysis of the development trend of submarine thermalinsulation pipelines are presented in this paper.

submarineoilpipeline；thermalinsulationstructure；pipe-in-pipestructure；single-pipestructure；bunched-pipe structure

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.020

胡晓峰（1987-），男，山东东营人，助理工程师，2010年毕业于中国石油大学油气储运专业，主要从事油气集输研究工作。

2014-08-30