海底管道保温层修复装置的设计与应用

韩长安，成二辉，周庆涛，李庆国

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

2.廊坊市永春工业制品有限公司，河北霸州 065700

海底管道保温层修复装置的设计与应用

韩长安1，成二辉1，周庆涛2，李庆国1

1.海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

2.廊坊市永春工业制品有限公司，河北霸州 065700

受输送介质性质影响，考虑到管道性能和造价等因素，国内近海海底输油管道多采用双层保温管结构。而一旦双层管的外管因腐蚀泄漏或机械破损造成管夹层进水，夹层内的保温层就会随着海水浸没而导致失效。尽管双层海底管道内外层之间每隔一定距离会布置锚固件，可以把保温失效长度控制在可控距离，然而在破损的分隔段内还是会造成海底管严重温降，进而影响运行。传统的修复方式需进行分隔段的整体更换，工期延长，且目前尚无高效准确查找锚固件的技术手段。介绍了一种采用机械式密封环将双层保温海底管道干式修复变为湿式修复的新工艺，填补了该技术领域的空白。

双层海管；保温；修复

目前，国内海底油气管道中使用较多的双层保温海底管道（简称海管）仍以普通型为主，带电伴热和子管道的很少（这一类的管道法兰接头国外有专利描述）。本文主要描述针对国内目前双层保温海管在内保温层进水失效时进行“湿式修复”的一种切实可行的设计，而此前这类海管的保温修复技术仍局限在两个锚固件间整体更换或无措施被动接受区间降温[1-4]。

1 机械式密封环的设计与特点

1.1 机械结构的设计

机械式密封环的机械结构设计主要参照机械法兰的构造，由外挡板、钢制咬齿、咬紧楔块、拉伸螺栓构成，如图1所示。

图1 机械结构示意

外挡板的作用是限位和固定螺栓；钢制咬齿的作用是对外管壁进行咬合，确保机械密封环整体能够承受由水压造成的轴向剪切力；咬紧楔块配合拉伸螺栓，能够确保机械咬齿紧紧啮合在外管壁。

1.2 密封结构和导向结构的设计

密封结构的设计主要参照机械式封堵管头的构造，由挡块和密封胶圈组成；导向结构的设计由与机械咬紧楔块链接的导向头构成，如图2所示。当拧紧拉伸螺栓时，导向头的背面和挡块同时压迫密封胶圈，使其变形并紧密贴合内外管壁，形成密封区域，防止海水进入。导向头的设计确保了海管内外管不同心时安装的便利性。

图2 密封结构和导向结构示意

1.3 排水结构和工艺的设计

排水结构（见图3）的设计主要包含12点钟位置的进气孔和6点钟位置的排水孔。在对海管进行湿式修复时，安装机械连接器前就需要安装机械密封环。按照规定的扭矩值对拉伸螺栓进行拉紧，以确保机械咬齿啮合管壁，同时密封胶圈形成隔水区。机械式密封环安装后效果如图4所示。切割海管瞬间进入内外管壁间隙的海水，由于PUF材料具备一定的疏水性，因此海水可以通过进气孔注气，利用排水孔排水的办法初步排水。初步排水结束后，可以使用抽真空法对间隙进行干燥。真空干燥法利用压力很低时水可以在常温下沸腾并剧烈蒸发、汽化的原理，采用真空泵不断从管道中抽气，直至达到干燥的目的[5]。

图3 排水结构的设计

图4 机械式密封环安装后效果示意

2 结束语

根据相关统计，截至2011年底，中国海洋石油有限公司有海管共计247条，其中双层保温海管82条，占海管总数的33%。而这些海管的相当一部分已经服役多年，因各种原因造成外管破损，导致内保温层进水失效，需进行“湿式修复”。对每个破损段内保温层的修复都需要用到一对或数对机械式密封环，市场应用前景较为可观。而此前陆丰13-2海管——12 in/16 in（1 in=25.4 mm），12 km无锚固件的双层海管因破损进水，由于未使用该类修复技术，最终导致保温层失效，使整条海管废弃重铺。海管机械式密封环已获得国家实用新型专利，专利号ZL2014 2 0340204.5。

[1]石云，曹静.海底双层保温管热膨胀分析 [J].中国造船，2009，50（S）：436-440.

[2]CHIA H K，RAGHAVENDRA K，et al.Insulation of Flowlines: Pipe-in-pipe design[C]//Offshore Pipeline Technology Asia Conference and Exhibition.Kuala Lumpur，Malaysia，2008.

[3]刘楚，王佐强，韩长安.海底管道事故类型及维修方法综述[J].中国石油和化工标准与质量，2012，33（15）：265-266.

[4]魏建武.浅析双层海底管道Bulkhead连接部位的保温计算[J].中国造船，2013，54（S2）：365-372.

[5]康一龙，张人公，赖俊丞，等.番禺-惠州海底天然气管道真空干燥工艺[J].油气储运，2011，30（3）：173-176.

Design of Thermal Insulation L ayer Repair Device for Pipe-in-pipe Type Subsea Pipeline and Its Application

HAN Chang’an1，CHENG Erhui1，ZHOU Qingtao2，LIQingguo1
1.China Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China
2.Langfang Yongchun Industry Product Co.，Ltd.，Bazhou 065700，China

Most domestic subsea pipelines adopt pipe-in-pipe type pipeline with thermal insulation layer in consideration of transport medium property，pipeline performance and cost.If its external pipe is damaged due to corrosion or mechanical force,water willenter into the thermalinsulation layer，thus the layer willlost its thermalinsulation function.Although bulkheads are installed between the internal pipe and the external pipe at intervals to divide the pipeline into sections in order to control the failure length of the pipeline，temperature of the damaged pipeline section still reduces seriously and affects normal pipeline operation.Traditional repair method is to replace the whole section，which needs long repair period，and there is no efficient and accurate technical means for locating bulkheads at present.A new technique using mechanical sealing ring is developed to change dry repair way into wet repair way，which fills domestic technicalgap.

pipe-in-pipe type subsea pipeline；thermalinsulation；repair

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.05.018

韩长安（1981-），男，辽宁沈阳人，工程师，2004年毕业于天津大学建筑工程学院海洋工程专业，现从事管道技术工作。

2016-05-10；

2016-07-22

Email：hanca@mail.cooec.com.cn