海底管道混凝土配重涂层质量检测技术研究

邓广武

（海隆管道工程技术服务有限公司，上海200949）

海洋油气的开采和输送是未来能源发展的一个重要方向，在海洋油气输送管线中，混凝土配重涂层钢管使用非常广泛。海洋油气输送管道的铺设与陆地作业相比较为困难，相应技术标准或质量要求较为严格。为保证产品质量，需建立完整的质量管理体系，制定从顾客确认、原材料采购、产品实现、监视和测量、持续改进等过程的相应程序文件。保证具体合同项目质量可被策划、控制和改进，形成详细描述生产工艺、检验与试验、技术指标、综合测量方法等文件，以保证产品质量的符合性、稳定性和可追溯性。

1 项目概况

2013 年-2014 年，由于混凝土配重涂层产品在国内产线极少，且国内项目的技术规格书大部分还是引用国外主要标准规范，某公司为适应管道涂层类型发展趋势，打破封锁，填补国内市场，实现从陆地管涂层向海底管涂层的进军，决定建立水泥配重涂层生产线，并建立相应的质量控制体系。笔者作为该项目负责人，围绕混凝土涂层产品，组织建立水泥配重涂层质量管理体系，识别各过程并形成程序文件。具体围绕水泥配重涂层的质量控制与检试验制定4 个项目，分别是：a.CWC 水泥配重生产工艺研发；b.CWC 水泥配重涂层成套检测技术；c.配重涂层管冲击试验工艺及研发；d. 配重涂层管剪切及挤压试验工艺及研发。

2 混凝土配重涂层生产工艺

混凝土配重涂层是在防腐钢管的防腐层上再施涂一层混凝土，形成配重涂层，该涂层作用一是提供海底管线在铺设和使用时稳定的下沉力；二是提供对防腐涂层和钢管的机械保护，防止在铺设和使用过程中，因撞击等产生的防腐层损伤或钢管变形。

混凝土配重涂层生产工艺流程图如图1 所示。

图1 混凝土配重涂层生产工艺流程图

上述流程应根据合同项目技术要求，编制制造工艺规范（MPS），需详细描述各流程及控制要求，并提交顾客批准确认。其中混凝土搅拌和混凝土配重涂敷为配重涂层加工的关键工序，其中许多参数，如原材料配比、搅拌时间、鼓轮转带、喷涂速度等，直接影响配重涂层的关键质量指标，如密度、强度等。需对关键参数进行识别，根据以往项目经验形成预生产参数工艺卡，在工艺评定过程中，对预定参数进行验证和修定，最终形成生产参数工艺卡指导于配重涂层生产，以保证产品质量的稳定性和一致性。

3 CWC 涂层检验与试验及技术指标

3.1 CWC 涂层检验与试验要求

混凝土配重涂层检验与试验要求，根据质量管理体系和合同项目技术要求，形成检验与试验计划（ITP)，并提交顾客批准确认，保证其符合性、一致性和可追溯性。根据现场经验，部分检验试验项目需要实际执行过程中，需按如表1 方式进行。

3.2 CWC 涂层技术指标

CWC 涂层技术指标主要分为两部分，一部分为由项目设计给定的技术指标，项目不同，这些指标有变化，如混凝土涂层的厚度、密度等；一部分为由项目执行标准或技术规格书给定的技术指标，如引用标准相同，这些指标是相同，如加强筋的配筋率、水下重量偏差等。以下是根据SY/T 7398-2017《海底管道混凝土配重涂层技术规定》和舟山项目设计要求整理技术指标对比如表2。

根据上述对比可以发现，CWC 涂层技术指标在行业标准中有提及，但大部分未给定具体数值，只是对工艺要求、检验试验频次或方法进行规定要求，所以针对具体项目，在与顾客签订合同前，应确认技术指标的具体数值，以保证质量的符合性。

表1 CWC 涂层检验与试验要求

表2 CWC 涂层技术指标

表3 水下重量测定指标

4 综合技术检测与试验

4.1 水下重量测定

水下重量是一项CWC 涂层钢管的重要质量指标，其偏差越小，说明生产工艺越稳定，后续管线铺设施工也越稳定。水下重量由单位长度配重涂层管的重量减去单位长度配重涂层管在水中的浮力，单位为kg/m，水下重量可分为理论水下重量和实际水下重量，各部分取值如表3 所示。

管端预留部分在后续管线施工过程中会填充聚氨酯或其它材料，其密度与混凝土涂层密度不同，在计算水下重量时，可采取：一是管端预留部分不计入，仅以配重层部分计算水下重量；二是按施工过程中使用密度材料，理论计算后，计入整管重量中，然后平均到单位长度中。计算方式需要形成文件，提交顾客批准确认后执行。

现场称重一般在混凝土涂敷完成后立即进行，此时因混凝土中拌合水未完成反应，略重于养护完成后风干状态下的混凝土涂层，可在养护完成后，抽取部分配重管进行称重，可对混凝土涂敷后立即称重重量进行修定。如项目要求重量为饱和水下重量，还应根据吸水率试验结果，对重量进行修定。重量形式和修定算法需要形成文件，提交顾客批准确认后执行。

4.2 吸水率试验

吸水率试验是评价混凝土涂层性能的一项重要试验，应在28 天养护期后进行，可在混凝土配重整管上进行，也可以在混凝土试样上进行。计算公式如下所示：

SY/T 7398-2017《海底管道混凝土配重涂层技术规定》中，给出判定吸水饱和的方法是：将养护好的试样浸泡在水温为21℃±3℃的海水槽中至少24 h，直到连续3 次称重（最小间隔3h）的平均重量误差在1%以内。为保证连续称重平均重量误差在1%以内，可摸索首次称重的浸泡时间，如此可减少后续称重的次数，方便操作。吸水前涂层重量可分为风干状态和烘干状态，试验前应形成文件，提交顾客批准确认后进行。

在混凝土配重整管上进行吸水率实验时，可在车间适当且吊装钢管方便的位置，建造一水池，该水池可按可能进行的最大管径和最长管长建造，以固定实验位置，方便每个项目的实验进行，整管试验应在工艺评定时进行。正常生产时如有要求，可在芯核等混凝土试样上进行，方便操作，但应与顾客提前确认。

4.3 抗滑脱性试验

抗滑脱性试验是评价混凝土涂层与防腐涂层之间剪切力性能的一项重要试验，在28 天养护期后进行，在混凝土配重整管上进行，也可在试样管段上进行。混凝土涂层长度不小于1.5米，其上实施轴向载荷，在规定的荷载作用下，测得防腐层与混凝土涂层间的抗剪切强度，以判断抗滑脱性能是否符合要求。根据项目要求不同，计算公式有以下两种：

当管径较小时，可切除试样管段在实验室抗压设备上进行；如管径较大时，可直接在混凝土配重钢管上进行，将钢管水平放置，待试验的混凝土涂层位置悬空，将荷载加载设备固定钢管管端，然后由平均分布的千斤顶对混凝土涂层施加荷载，测取力值计算抗剪切强度。试样段上的配重层截面可在养护期后切除，也可在涂敷完成后立即去除，此时混凝土未完全固化，方便去除。

如顾客要求模拟铺管船上配重涂层管通过张紧器所承受压力而不被破坏的要求，可增加混凝土涂层先承受压力后进行抗滑脱试验，此试验可接近混凝土涂层钢管在铺管船上受力真实情况。该试验应在抗滑脱试验前，先在混凝土涂层垂直方向施加规定的载荷，然后应荷载卸除后，进行抗滑脱试验；也可在施加垂直载荷的同时，进行抗滑脱试验。试验前，应形成文件，提交顾客批准确认后执行。

4.4 抗冲击试验

抗冲击试验是评价混凝土涂层的一项重量试验。冲击试验是在养护期28 天后进行，待试验的混凝土涂层钢管固定后，一定重量的冲击锤前方设置一固定形状的冲击头，在一定高度快速释放后，冲击头以一定速度撞击混凝土涂层，完成规定次数或角度的冲击后，检验混凝土涂层的剥落尺寸、防腐层有无损伤、加强钢筋有无外露或钢管有无变形等，以判定混凝土涂层的抗冲击性能。

项目设计或技术规格书要求不同，冲击试验的冲击锤重量和冲击头尺寸不尽相同，在设设计冲击设备时，可将冲击锤和冲击头分开设计，两者之间可采用螺柱等可拆卸的牢固连接，以方便不同冲击锤重量下快速更换不同尺寸的冲击头。冲击方向可选用竖直方向冲击，冲击锤在混凝土涂层正上方释放，此方式需要使用导管或导轨进行导向和防护，适于同一涂层尺寸类型的试样管端；也可选用钟摆式，将等试验涂层放置于冲击锤运行的最低点，此方式可在有行车车间内进行。混凝土涂层受冲击后，评价方式各标准或技术规格书要求不尽相同，大部分与涂层、加强钢筋或钢管有关。试验前，应形成文件，提交顾客批准确认后执行。

5 结论

在不断实践过程中，通过与业主或第三方的讨论试验方法及与标准符合程序，与实验参与者沟通改进的方向及细节，不断完善上述试验的设备硬件和文件软件，最终形成符合ISO、SHELL 和国内标准的检验试验计划（ITP），形成质检作业操作规程和计量器具台帐。顺利完成CWC 水泥配重涂层成套检测技术项目。

目前国内混凝土涂层钢管的加工工艺趋于成熟，现有较多的国外项目在国内混凝土涂层加工厂完成，在完成每一个项目之后，应总结经验，持续改进加工和检验手段，以期可提高更高效更高质的混凝土涂层产品。