一种海上输水管道漏点查找与修复技术

胡知辉，佟光军，田 凯，郭学龙，方从银

中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院，北京100028

我国目前已经建设了大量的海上输水管道，包括近岸岛屿的海上淡水输送管道以及沿海海上排污管道等。海上输水管道不同于油气管道，为节省建设成本，选取的设计、施工标准相对较低，随着使用年限的增加，在腐蚀、焊接缺陷、第三方破坏等内外因素作用下，管道发生损坏泄漏的风险在逐年递增[1]。

对于海上输水管道来说，输送介质为淡水或处理达标后的污水，通过漏点泄漏到海水中，与海水性状差异不大，因此采用常规方法难以发现泄漏点的位置[2]。本文针对舟山海域某条已经运营了18年的33 km海上输水管道的漏点和泄漏问题，提出一种漏点查找和修复技术，并利用该技术探摸到泄漏点两处，最后采用自行设计的管卡和修复技术，成功完成管道泄漏点修复。通过介绍本项目实施过程中的成功经验，为后续类似海底管道漏点查找及修复项目的设计、施工提供借鉴。

1 漏点查找技术

该项目海底管道规格为DN1000、壁厚14 mm，管材Q235B，管顶埋深1 m，运行压力0.8 MPa。管道漏点查找和修复前进行试压和泄漏量测试，试验结果表明该管道在压力0.13 MPa下渗漏流量为320～330 m3/h。运行期间大量被输送的淡水通过漏点泄漏到海里，造成经济损失。由于该海底管道为饮用淡水输送管道，无配重，很难采用常规查漏方法进行泄漏点查找，如注染色剂法会对输送管道造成污染，注气打压法会引起管道上浮。

考虑到该管道运行期间，泄漏点处泄漏水流会对周边海床产生冲刷坑，管道停输一段时间后，随着海床自身的冲淤作用，泄漏点处的冲刷坑会发生回淤，即管道停输和加压运行前后两次泄漏点处的周边海床地形会发生变化，因此采用多波束和侧扫声呐等高分辨率物探设备沿管道路由进行扫测，通过探测管道停输和加压运行前后两次泄漏点周边海床地形变化来进行泄漏点查找。

具体实施方案如下，首先将管道停输一段时间，进行第一次测量，测量完成后对管道进行加压，运行一段时间后再进行第二次测量。两次测量完成后，将两次测量数据进行对比分析，找出疑似泄漏点位置。三维多波束地形图对比分析结果见图1（数字表示泄漏点位置，km），从图中可以明显看出，两处疑似泄漏点位置在停输和运行阶段地形图发生明显变化，在运行阶段疑似泄漏点处冲刷坑明显变大，同时侧扫声呐扫测图中也能观测到泄漏点处的水流声呐轨迹。

图1 停输和加压运行阶段多波束测量地形图

找出疑似泄漏点后，派出潜水员进行水下探摸，对疑似泄漏点进行探摸确认。潜水员探摸过程中管道保持非常小的压力运行，有利于潜水员水下探摸。潜水员水下探摸后，确认第一处和第二处管道均存在漏点，并对泄漏点位置、尺寸进行了水下测量，为后续泄漏点修复做准备。

2 漏点修复

2.1 修复方案

考虑到该管道为输水管道，同时根据潜水员探摸结果，泄漏点尺寸较大，为保证泄漏点修复效果，采用两道管卡进行修复[3]。第一道管卡采用2 mm厚的304不锈钢，内衬橡胶包覆管道，螺栓固定。管卡长0.5 m，能够在管道0.8 MPa运行压力下实现泄漏密封；第二道管卡采用两个半瓦型钢结构，规格为准1228 mm×14 mm，材质Q235B，长2.1m。管卡半瓦之间和两端面与输水管道间采用橡胶密封，密封橡胶采用EPDM橡胶，同时密封面均设密封水线。钢结构采用环氧防腐涂层和牺牲阳极联合防腐。同时管卡上设置钢制吊点和灌浆孔等构件，灌浆孔位于管卡顶部和底部，对称布置，每一侧一用一备安装两个灌浆孔。

经与国内相关管卡生产厂家咨询，第二道管卡没有类似产品，因此决定自行设计、生产加工。制作完成的第二道管卡如图2所示。两道修复管卡的环形空间灌注LT-2006水下不分散水泥基灌浆料进行密封，对修复泄漏点形成双重密封保护。

图2 第二道管卡示意

2.2 陆上试验

第二道管卡预制完成后，为保证达到后期在海上安装的误差要求和密封效果，先在陆上进行试安装，并按管道运行压力进行试压。通过陆上试验，检验生产加工是否满足海上安装精度和密封要求。

陆上试验如图3所示，将管卡安装在与输水管道相同直径管道上，首先在安装过程中检验管卡加工精度，看是否能够顺利完成安装，安装精度是否满足要求。安装完成后，进行打压试验，通过灌浆孔向管卡与管道环形空间内注水，并升压至管道运行压力0.8 MPa，在同侧备用灌浆孔上安装压力表，进行压力测量。升压完成后，稳压30 min，检测管卡各密封面密封效果。试验结果表明，在0.8 MPa作用下稳压30 min，管卡各密封面能够完成密封作用，满足要求。陆上试验合格后，再运输到海上进行现场安装。

图3 第二道管卡陆上试验

2.3 海上安装

海上漏点修复施工时，首先对泄漏点处的管道进行吹扫，清理出管卡安装作业面，满足潜水员水下安装操作空间。采用海底管道后挖沟机对漏点周边海床土壤进行吹扫，如图4所示。施工船舶带后挖沟机及配套设备，通过DGPS定位系统就位于管道漏点上方，依据声呐监控图像将挖沟机下放到漏点海床上方，开启后挖沟机作业，根据声呐图像，实时调整挖沟机作业参数进行吹挖作业，使泄漏点处管道完全暴露，满足管卡安装要求。

图4 后挖沟机吹挖作业面示意

作业面清理完成后，潜水员下水对管卡安装位置处的管道用高压水枪进行清理，除去包覆的泥土、海生物和其他杂质等。完成清理并满足管卡安装要求后，先进行第一道管卡安装。采用作业船上的吊机缓慢下放第一道管卡，在潜水员的引导下，调整管卡位置，将管卡准确安放在管道泄漏点位置。随后潜水员进行水下穿入螺栓并拧上螺母，采用扳手预紧所有螺栓螺母，之后用液压扳手紧固，使密封橡胶垫与管道紧密贴合，确保密封效果。

完成第一道管卡安装后，进行第二道管卡安装，安装步骤与第一道管卡相同。水下安装完成后，进行压力测试，将管道压力升至正常运行压力0.8 MPa，对管道入口和出口流量进行计量，由此判断漏点修复效果，同时潜水员在管卡安装位置进行水下检查，检查管卡与管道每个密封面的密封效果。检测结果均表明，两处漏点通过两道管卡修复后，解决了泄漏点处的泄漏问题。

为了保证后期长期运行的密封效果，采用灌浆料对两道修复管卡形成的环形空间进行密封，使修复的泄漏点形成双重密封保护。第二道管卡底部和顶部分别预留有灌浆孔，现场灌浆施工过程中，通过高压软管将作业船上的注浆泵与第二道管卡底部预留灌浆孔连接，同时顶部灌浆孔也通过高压软管连接至船上，注浆泵将灌浆料从底部灌入环形空间内，逐步排出环形空间内的海水，保证灌浆料的密实性，直至顶部连接至船上的高压软管流出灌浆料后才停止灌浆施工，随后潜水员关闭预留灌浆孔上的阀门。

待灌浆料凝固后，再次以运行压力进行测试，测试过程中计量入口和出口流量，结果与灌浆施工前一致，说明通过两道管卡和灌浆施工成功完成了该输水管道的漏点修复工作。完成漏点修复后的管道如图5所示。

图5 漏点修复后的管道示意

3 结束语

本文针对舟山海域某条输水海底管道存在的漏点和泄漏问题，采用多波束和侧扫声呐等高分辨率物探设备对管道停输和加压运行前后两次周边海床地形进行扫测，通过对比分析海床地形测量数据进行漏点查找，此方法得到了验证；同时，提出采用两道管卡加环空灌浆的漏点修复方案也得到成功应用。上述两种方法均通过了现场实际检验，可为后续类似海底管道漏点排查及修复提供参考。