与压力容器相连油气管道的碳纤维复合材料抢修

郝大勇，宋兆军，董常家，齐高良，李 松

冀东油田公司，河北唐山 063299

与压力容器相连油气管道的碳纤维复合材料抢修

郝大勇，宋兆军，董常家，齐高良，李 松

冀东油田公司，河北唐山 063299

在油田油气管道抢修作业中，如果遇到该管道与压力容器设备直接相连而无法实现有效隔离，常规的动火抢修作业就存在较大的安全风险。碳纤维复合材料修复技术的发展，为实现在不动火情况下对与压力容器设备直接相连的油气管道进行抢修提供了一种解决途径。简要介绍了碳纤维复合材料性能、碳纤维复合材料修复技术适用范围及其特点，而后结合冀东油田某转油站三相分离器来液管道穿孔抢险等两个工程案例，提出了在采用钢带紧固堵漏之后，应用碳纤维复合材料修复技术进行永久修复的方案，并较详细地论述了方案的实施过程等。实践表明，碳纤维复合材料修复技术能够在不停输、不动火的情况下实现对管道的永久修复，特别适用于与压力容器设备直接相连的油气管道的快速维抢修处理。

油气管道；碳纤维复合材料；修复技术；抢修

在油田油气管道抢修作业中，如果遇到该管道与压力容器设备直接相连而无法实现有效隔离时，则常规的动火抢修作业就存在较大的安全风险。传统的维修方法中，为了达到动火作业条件，需要进行停产、吹扫、置换等工作，不但影响生产运行，且措施费用较高，吹扫置换过程中也会产生新的风险。近几年，碳纤维复合材料补强技术的发展，为实现在不动火情况下对与压力容器设备直接相连的油气管道进行抢修作业提供了一种解决途径。

1 碳纤维复合材料修复技术

1.1 碳纤维复合材料性能

碳纤维复合材料修复技术涉及的修复材料主要包括专用树脂、专用填平腻子和碳纤维布，表1和表2给出了管道缺陷修复碳纤维复合材料的主要技术指标。

表1 修复专用树脂与填平腻子的性能指标[1]

表2 碳纤维复合材料性能指标[1]

1.2 碳纤维复合材料修复技术适用范围

依据ASME PCC-2，碳纤维复合材料修复技术可应用于以下几方面：

（1）缺陷程度低于80%管道壁厚的腐蚀、裂纹、机械损伤、焊缝缺陷等的修复补强。

（2）内腐蚀管道临时增强、单点补强，也可用于整体管段的缺陷补强。

（3）增加管道安全系数和用于管道提高运行压力时的管道增强。

（4）不规则管件，如弯头和三通的缺陷修复。（5）油气管道的泄漏修复。

1.3 碳纤维复合材料修复技术特点

碳纤维复合材料修复技术用于管道补强具有如下技术特点：

（1）作业简便、快速，现场修复设备简单，无需焊接，不产生明火。

（2）碳纤维弹性模量与钢材的弹性模量接近，有利于补强层与钢管之间的协同变形，使应力达到均匀分布，取得良好补强效果。

（3）碳纤维延伸率大于1.4%，管道处于最大操作压力时对应的变形量只占碳纤维复合材料可承受变形量的1/4～1/10，因此满足管体变形需求[2]。

（4）可采用不同的粘结树脂和施工工艺，工作温度范围广。

（5）在载荷作用下，碳纤维的稳定性好，在含水介质中，碳纤维复合材料性能也很稳定，能够实现永久性修复。

（6）复合材料可紧紧地包覆在管道的外层，与管道形成一体，共同承载管内压力，以便使管道恢复到甚至超过管道的设计运行压力。

2 应用案例一

2013年2月19日，冀东油田陆上作业区某转油站三相分离器来液管道发生穿孔泄漏，漏点在入地弯头底部位置，呈椭圆形，最大直径11.6mm。泄漏弯头规格为准457mm×8mm的1.5D无缝弯头，材质为L360 M。该条管道设计压力为1.6MPa，发生穿孔时管道运行压力为0.3MPa。见图1。

图1 泄漏管道的位置

2.1 抢修方案分析

常见的油气管道不停输抢修技术如表3所示，根据表3和工程实际情况，对以下几种抢修方案进行了论证。

（1）方案一，动火补焊作业。由于设备不能停产，且泄漏管道与三相分离器直接相连，中间没有隔断阀门，在与压力容器无法进行有效隔离的情况下，直接焊接存在较大的安全风险，故排除该方案。

（2）方案二，使用堵漏夹具。需要找专业厂家测量定制，加工周期长。

（3）方案三，钢带紧固堵漏。泄漏点是弯头部位，紧固效果不好，此方案只能作为临时性的处置方案，不能实现永久修复。

（4）方案四，在方案三的基础上，增加碳纤维复合材料修复技术。虽然碳纤维复合材料修复技术在冀东油田还没有过应用案例，但技术人员在充分讨论确认技术可行的情况下，决定采取本方案。

表3 常见油气管道不停输抢修技术

2.2 现场处置过程

核对管道直径、壁厚、输送介质、设计压力、运行压力、介质温度、防腐类型、缺陷尺寸、埋设环境等影响因素，生产单位将管道压力降至最低生产压力运行后，开始抢修作业。

（1）采用钢带紧固控制漏点。现场经强制通风处理后，抢修人员用木楔子、胶皮、钢带将漏点初步控制住，而后检查并确保临时封堵严密，见图2。

图2 钢带紧固控制漏点

（2）管道表面处理。使用打磨机对弯头表面进行粗糙度处理，对钢带及其两边各100mm范围内的管体进行打磨处理，使表面精度达到Sa2.5级，锚纹深度为50～75 μm，打磨后用刷子将弯头表面的粉尘清理干净。

（3）找平。将配套填平腻子搅拌均匀，涂抹到钢带及两边各100mm管道上，等待填平腻子固化。填平腻子涂抹应均匀、平滑，边缘部分应放坡处理。

（4）管道表面涂抹树脂。将树脂搅拌均匀后涂抹在填平腻子及两边管体表面上，在树脂未固化前，完成碳纤维带缠绕作业。

（5）缠绕碳纤维带。将配制好的树脂均匀地涂抹在碳纤维带上，而后把碳纤维带缠绕在管体上，缠绕方法见图3。根据确定的修复层总轴向长度，以缺陷部位为中心进行缠绕，确保纤维与管道轴向垂直。修复时应尽量减少修复层碳纤维带的接头数量。缠绕时纤维带应拉紧直至两侧有树脂溢出，缠绕的第一圈和最后一圈应径向缠绕一周，中间部分按照50%搭接宽度缠绕，弯头施工时施力点应对准弯头的中心[3]。

图3 碳纤维带缠绕

（6）管道恢复运行。树脂固化完成后，缓慢恢复管道运行压力至正常生产压力，观察24 h没有出现渗漏，抢修完成。

目前，该管道已经平稳运行三年多时间，未发生泄漏情况，证明此种抢险技术能够实现对管道的永久修复。

3 应用案例二

在油田生产中，一般使用计量分离器进行单井产量核算。计量分离器属于小型立式压力容器，一般规格为准1 000mm×1 800mm。生产使用中经常发生分离器底排污管道穿孔现象。由于排污管直接与压力容器相连，动火焊接作业安全风险大，因此以往维修通常采用钢带紧固措施进行临时处置。2016年，冀东油田陆上作业区成功地使用碳纤维复合材料补强技术对5处计量分离器底排污管道穿孔进行了维修作业，彻底地解决了该类问题。见图4。

图4 弯头底部腐蚀穿孔维修后效果

4 结束语

碳纤维复合材料修复技术能够在不停输、不动火的情况下实现对管道的永久修复，特别适用于与压力容器设备直接相连的油气管道的快速维抢修处理。另外，与其他传统抢修技术相比，其适用性强，对作业环境要求不高，施工操作简便，经济效益好，是一种可以大范围推广应用的油气管道抢修技术。

[1]Q/SY1592-2013，油气管道管体修复技术规范[S].

[2]李枢一，张建兴，赵丽恒，等.油气管道碳纤维复合材料修复技术及应用[J].管道技术与设备，2013（2）：38-40.

[3]吴艳，袁宗明，刘畅，等.碳纤维复合材料修补缺陷管道的应用进展[J].管道技术与设备，2011（5）：4-5.

Carbon fiber composite applied in rush repair of oil/gas pipeline directly connected with pressure vessel

HAO Dayong，SONG Zhaojun，DONG Changjia，QIGaoliang，LISong
Jidong Oilfield Company，Tangshan 063299，China

The technical development of carbon fiber composite provides a means of rush repair of oil/gas pipeline directly connected with pressure vessel without hot work.This paper introduces the performance of carbon fiber composite，the application scope and feature of the repair technique using carbon fiber composite.Combined with two project cases such as pipeline perforation of the three phase separator at an oil transfer station of Jidong Oilfield，this paper brings forward the repair scheme of using tightening steelbelt for leakage stoppage then applying carbon fiber composite for permanent repair，and illustrates the implementation course of the repair scheme.The practice proves that the repair technique using carbon fiber composite can realize pipeline permanent repair in the condition of non-stop transportation and without hot work. Especially，it is suitable for rush repair of oil/gas pipeline directly connected with pressure vessel.

oiland gas pipelines；carbon fiber composite material；repair technology；rush repair

郝大勇（1982-），男，黑龙江阿城人，工程师，2005年毕业于中国石油大学（华东）材料成型及控制工程专业，现从事冀东油田陆上作业区采油生产、技术开发、管理工作。

2017-01-12；

2017-04-15

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.04.014

Email：33153699@qq.com