海上稠油热采蒸汽管线穿甲板的防雨设计

2021-06-10孙继超郝孟江罗莹王春霞董志刚中国海洋石油工程股份有限公司天津300451

化工管理 2021年14期

孙继超，郝孟江，罗莹，王春霞，董志刚(中国海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引言

最新数据显示，世界稠油极其丰富，稠油资源约4 000.0×108～6 000.0×108m3，约占全球石油资源的60%，中国渤海湾已探明多个稠油油田，储量巨大。为相应国家号召，实现最大限度石油、天然气自足，保障能源安全，大力开发渤海稠油被中国海洋石油提上日程，渤海区域稠油开发为渤海油田稳产3 000万吨基础上，力争上产4 000万吨发挥着举足轻重的力量。

海上稠油热采开发最重要一环为向井下注入高温蒸汽，为保证高温蒸汽管线运行安全、可靠，必要对整个蒸汽管线运行工况做出透彻、全面分析。文章重点针对海上稠油热采蒸汽管线穿甲板过程中出现的问题，深入检出的分析，总结出适用于海上稠油热采蒸汽管线穿上甲板防雨设计方案。

1 海上平台管线穿甲板现状

海上平台管线穿甲板主要分为两种：非防火甲板和防火甲板。

1.1 非防火甲板

非防火甲板分为“A”类型(如图1所示)和“B”类型(如图2所示)。

图1 非防火甲板穿墙管线“A”型

图2 非防火甲板穿墙管线“B”型

“A”类型管线横穿甲板，甲板与管线留有3 mm间隙，如果管线带有保温，保温层外壁与甲板留有3 mm间隙，管线周围设有护管。“B”类型管线横穿甲板，甲板与管线留有3 mm间隙，管线上焊接可承担弹性防水封堵材料的支架，如果管线带有保温，保温层外壁与甲板留有3 mm间隙，管线上焊接可承担弹性防水封堵材料的支架，管线周围设有护管。

1.2 防火甲板

防火甲板分为“A”类型(如图3所示)、“B”类型(如图4所示)、“D”类型(如图5所示)、“E”类型(如图6所示)。

图3 防火甲板穿墙管线“A”型

“A”类型管线横穿甲板，管线周边设有刚护板，刚护板与甲板焊接，钢护板与管线支架填充防火填料，钢制护管长度(L)应该≤300 mm，穿舱件应根据《国际耐火试验程序应用规则》进行试验。防火密封填料的选择应考虑防火实验认证，钢制护管长度不应超出300 mm。

“B”类型用于可焊接管线横穿甲板，管线与甲板之间用加强版焊接。

图4 防火甲板穿墙管线“B”型

“D”类型用于FRP&PVC管线横穿甲板，管线在横穿甲板处变为满足介质要求的金属短接，金属短接与甲板之间用加强版焊接。加强板材料应与管线材料相匹配。如果不匹配，应采用特殊焊接工艺，如果管线内、外部要求有涂层，那么支架将在管线涂层前与管线焊接完毕，或者采用其它不破坏管线涂层的工艺。距离(L)应该≥900 mm，如果距离(L)<900 mm。穿墙管线“D”型应有符合FTP规范的防火测试证书。

图5 防火甲板穿墙管线“D”型

“E”类型用于螺纹管线横穿甲板，钢铸管箍与甲板直接焊接。

图6 防火甲板穿墙管线“E”型

2 海上稠油热采蒸汽管线穿甲板分析

2.1 蒸汽管线整体状况

根据渤海油田某稠油热采平台蒸汽管线应力计算结果显示(如表1所示)，X轴最大水平位移-36.382 mm，Z轴最大水平位移-58.719 mm，Y轴最大垂直位移为10.689 mm。标准中规定对位移超过25 mm管线要单独考虑位移对周边支架等障碍物影响情况。

表1 渤海油田某稠油热采平台蒸汽管线应力计算结果

蒸汽管线因受高温变等条件因素影响，应力计算位移很大，根据上表计算结果，水平位置最大58.719 mm，管线位移对周边支架、管线、护管、设备等间距提出较高要求，我们通过计算得出蒸汽管线不同部位的最大位移，设计过程对大位移蒸汽管线周边提前考虑必要的位移量，避免产生干涉。

2.2 蒸汽管线穿甲板分析

平台蒸汽管线穿上层甲板2处，应力计算报告中3“-ST-52026-G2BH-HT05穿上层甲板点为660，3“-ST-52126-G2BHHT05(如图7所示)穿上层甲板点为1 130，这两处蒸汽管线横穿平台26.5 m甲板。

图7 蒸汽管线穿上层甲板点

经过应力计算660点水平最大位移为-33.459 mm，1 130点水平最大位移为-28.514 mm。可以得出蒸汽管线穿平台上层甲板最大位移约34 mm(如表2所示)。

表2 应力计算各点位位移量

2.3 蒸汽管线穿甲板封堵设计

因管线横穿上层甲板，为了防止雨水通过立管与护管的间隙进入内部，通常采用防水填料进行护管封堵。但是，如果管道内部介质为高温高压介质，因高温高压引起的较大热位移，会导致立管挤压防水填料，致使密封效果较差。同时，对于进一步修补防水填料的反复工作，效果不佳，也会大大增加因修补防水填料造成的人力物力的浪费[1]。

上文介绍的穿甲板形式已不满足稠油热采蒸汽管线穿上甲板要求，为了能够满足蒸汽管线高温、大位移要求，设计一种高温高压管道防雨装置势在必行。

根据应力计算结果，蒸汽管线穿平台上层甲板最大位移约34 mm，为了保证足够安装可靠，我们设计防雨装置满足60 mm位移最大值。整个防雨装置分为护管部分和罩壳部分及保温部分。护管部分根据蒸汽管线直径及30 mm保温计算得出，护管直径为268.9 mm，可选取10吋管线切割75 mm。此部分主要阻挡甲板雨水流入装置内部。

罩壳部分为直径426.4 mm圆环，中间开孔直径92 mm，开孔直径比管外径大2.1 mm，保证管线顺利穿入圆环，圆环下面焊接426.4 mm圆管，长度50 mm。罩壳圆环与管线焊接位置距离甲板85 mm，即罩壳与护管重合20 mm，防止雨水从侧面溅入护管中。同时要求在水平方向距离管道护管60 mm，以免高温高压蒸汽管道的热位移引起管道护管与罩壳的挤压碰撞。

保温部分采用气凝胶材料，包裹在罩壳外层，防止高温蒸汽管线热传导灼伤人员。防雨装置外形图如图8所示。