硬质聚氨酯喷涂预制保温配重管技术

杨 阳，吕喜军，赵 利，高象杰，杨 彪，相政乐

中海油能源发展股份有限公司管道工程分公司，天津 300452

“穿夹克管+聚氨酯浇注”工艺最早在上世纪60年代的欧洲问世，被称之为pipe-in-pipe工艺，我国译为“管中管”工艺[1]。该工艺工序独立性强，便于专业操作和分工协调，产品规格化强，便于生产组织。由于产品受应用领域、使用环境、输送介质温度差异等变化因素的影响，通常保温层密度≤100 kg/m3，抗压强度≤0.8 MPa，因此使用水深范围不超过60 m[2]，难以满足目前中国海洋油气深水开发战略的要求。因此，针对传统单层保温管应用限制，开发了新型“聚氨酯喷涂+挤出聚烯烃缠绕+配重涂敷”工艺，以提高整管性能，拓宽应用范围。

1 硬质聚氨酯喷涂预制保温配重管新产品的生产工艺及结构形式

硬质聚氨酯喷涂预制保温配重管生产工艺大致可概括为3个部分，分别是聚氨酯喷涂、聚乙烯缠绕和混凝土喷涂。具体工艺过程示意如图1所示，其保温结构形式如图2、图3所示。

图1 聚氨酯喷涂预制保温配重管生产工艺过程示意

2 硬质聚氨酯喷涂预制保温配重管试制

2.1 产品结构参数

图2 产品端头结构示意

图3 PUF保温半瓦+聚氨酯弹性体补口结构

研究试制工作依托蓬莱19-3油田1/3/8/9项目进行，从设计、制造和安装全方位进行研究与试验，并进行了模拟铺设[3]，具体结构参数见表1。

2.2 试验管制作

（1）聚氨酯保温层密度约89 kg/m3，聚乙烯层厚度约8 mm，试验钢管5根，用于抗剪切性能试验、弯曲性能试验和静水压密封性能试验（见图4）。

（2）保温管管端安装有特殊管端密封胶。

（3）保温层表面缠绕有特殊界面胶，增加聚氨酯保温层与HDPE防护层之间剪切强度。

表1 硬质聚氨酯喷涂预制保温配重管结构参数

图4 静水压密封性试验

（4）HDPE防护层外撒防滑颗粒，增加防护层与配重层之间剪切强度。

2.3 试验结果

试验管喷涂聚氨酯保温层、HDPE防护层、配重层的试验结果见表2、3、4。

为模拟真实环境下保温配重管铺设及水下密封性能，对硬质聚氨酯喷涂保温配重管进行了抗剪切试验、弯曲试验和静水压密封性能检测。整管的剪切强度＞0.15 MPa，满足项目要求。经弯曲后，整管管段和补口管段在内压0.4 MPa、管内流体79℃±5℃条件下进行7天静水压试验，结果表明涂层密封性良好，无水进入，见图5。

表2 保温层性能试验结果

表3 HDPE防护层性能试验结果

表4 配重层性能试验结果

试验结果表明，硬质聚氨酯喷涂预制保温配重管具有优良的抗剪切性能和防水密封性能，完全满足实际工程项目应用。

3 聚氨酯泡沫喷涂工艺和浇注工艺对比

单层保温管聚氨酯泡沫的喷涂工艺与浇注工艺分析对比，结果见表5。

由表5可以得出，喷涂法成型的保温管泡孔均匀，密度均一，导热系数低，抗压强度高，保温管整体具有优异的保温性能和机械性能。对硬质聚氨酯喷涂+挤出聚乙烯缠绕保温管直接进行混凝土配重涂敷工艺，代替现有“管中管”工艺，不仅可以节约2/3的钢材，而且不存在外套管的腐蚀和防腐问题，并减少了铺管焊接工作量，从而可以提高铺管效率，降低管道系统造价[18]。

4 结束语

图5 防水密封性评价

近年来海上油气开发不断向南海深水迈进，初步统计，整个南海的石油地质储量约230～300，约占中国总资源量的1/3。南海分布着白云、荔湾、宝岛、陵水、乐东、流花、陆丰等众多油气田，勘探开发潜力巨大。传统“穿夹克管+聚氨酯浇注”工艺已经不能满足我国海洋石油开采的深水战略。“硬质聚氨酯喷涂+挤出聚乙烯缠绕+配重涂敷”工艺，改变了传统“穿夹克管+聚氨酯浇注”工艺的生产技术，在保温管制造技术方面获得了重大突破。新工艺不仅可以提高泡沫层综合性能、节省保温及防护层原材料用量，而且可以免除安装防水帽的操作，提高施工效率，而且有效保证了管端密封的质量，避免吊装过程中防水帽立面的磕碰损坏。新工艺不使用夹克管，避免了夹克管自身存在的功能问题；直接对保温管进行配重涂敷，代替现有钢套钢工艺，不仅可以节约2/3的钢材，而且不存在外套管的腐蚀和防腐问题，并减少了铺管焊接工作量，从而可以提高铺管效率，降低管道系统造价。综上所述，“硬质聚氨酯喷涂+挤出聚乙烯缠绕+配重涂敷”工艺优势明显，具有很高的推广价值和市场应用前景。

表5 单层保温管聚氨酯泡沫的喷涂工艺和浇注工艺对比

[1]唐燕青.保温管道预制成型工艺技术的发展和应用[J].石油工程建设，2004，30（6）：10-12.

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[18]张红磊，韩文礼.国外海洋管道防腐保温技术现状与发展趋势[J].石油工程建设，2009，35（1）：26-29.