管道建设及运行期机械损伤预防措施

孙典昊 蒋玉卓 窦志信 李 磊 胡炎兴 杨小璇

（1.中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266101；2.中国石油青海油田分公司管道处，青海 格尔木 816000；3.国家管网集团北方管道有限责任公司廊坊输油气分公司，河北 廊坊 065000；4.国家管网集团北方管道有限责任公司济南输油气分公司，山东 济南 250000；5.中国石油吐哈油田分公司工程技术研究院地面工程设计所，新疆 哈密 839009）

0 引言

长输管道在制造、运输、施工、运行维护中可能受到外界物体碰撞，造成划痕、凹陷等管体缺陷，称为机械损伤（Mechanical Demage）。机械损伤影响管道承压能力，降低管道使用寿命，是造成管道泄漏、弯曲、断裂失效事故的重要原因。美国管道和危险品安全管理局（PHMSA）统计1991～2010年1371次挖掘损伤管道事故，约占所有重大事件的24.3%[1]。应制定针对机械损伤的维护维修策略，已成为管道完整性管理的重要内容。管道机械损伤有制造和装卸过程失误、机械设备与管道碰撞、管道下沟与岩石接触等。预防机械损伤应针对损伤原因采取对策。从管材制造、管道建设施工和运行维护等阶段，阐述了国外管道行业在预防机械损伤方面的先进经验和技术，旨在避免形成机械损伤隐患，保障管道安全运行。

1 管道制造抗损伤防护层

管道涂层具有隔绝水汽、减少施工和环境因素造成机械损伤的功能。文献[2]在埋地管道上进行了双厚度高性能复合涂层（HPCC）、双粉末（DPS）及熔结环氧树脂（FBE）涂层的抗岩石破坏测试。为防止管沟回填时岩石损伤管道，国外开发了多种包裹式、土工织物型防护产品，Powercrete是一种无溶剂环氧树脂聚合物混凝土涂层，在管道上形成光滑表面，具有较强耐磨性和耐冲击性，适用于含砾石或岩石土壤环境中敷设或穿越管道。RockJacket是一种在工厂预制的管道外防腐机械保护涂层，可用于预防冲击和穿透性机械损伤。其它措施又在管道周围预制柔性衬垫，施工过程中管道表面喷涂防损伤涂料等。

2 管道建设期机械损伤预防措施

管道建设期阶段机械损伤原因是吊管机操作不当导致管道机械碰撞，以及管沟回填时岩石挤压。应保证管沟回填工艺和垫层材料符合要求，严格按照施工技术标准进行作业。

2.1 国外新型铺管机械

俄罗斯Petrofac公司为防止损伤管道，编制管道铺设施工作业文件，规定管道敷设间距、起重臂在不同阶段的倾角以及所需最少设备数量，使用软横梁、防护板和支座，避免管道铺设时损伤管道。管沟底部填酥松土壤或细砂，形成10～20c垫层，避免管道铺设损伤管道。

俄罗斯管道铺设机制造商有Caterpillar、Komatsu、Hitachi、Chetro等。俄罗斯Gazprom公司技术中心研制超大功率重型管道铺设机，可铺设管径1420mm的干线管道。该设备铺设管道中不会造成机械损伤及缺陷，典型做法是吊管时使用包裹橡胶的滚轮用于滚动移动管道，吊管机起重臂使用橡胶盖板保护，防止管道撞击吊管机起重臂时隔离管道。管沟回填要求厚度为10cm土壤或者砂子，避免管道损伤和绝缘涂层受损。

2.2 管沟施工及回填技术

管沟回填过程主要是碎石对管道的损伤，国内标准规定了回填颗粒允许的最大尺寸，例如GB 50369-2014《油气长输管道工程施工及验收规范》规定

（1）下沟前，应复查管沟深度，清除沟内塌方、石块、积水、冰雪等异物。石方或戈壁段管沟，应预先在沟底垫300mm厚细土，细土的最大粒径不得大于20mm；

（2）管道应使用吊管机等起重设备进行下沟，不得使用推土机或撬杠等非起重机具。吊具应使用尼龙吊带或橡胶辊轮吊篮，不得直接使用钢丝绳。当采用吊篮下沟时，应使用吊管机下沟，起吊高度以1m为宜，吊管机使用数量不宜少于3台；

（3）管道下沟时，应由专人统一指挥作业，应采取切实有效的措施防止管道滚钩；

（4）管道下沟过程中，应使用电火花检漏仪检查管道防腐层，检测电压应符合设计及现行有关标准的规定，如有破损或针孔应及时修补；

（5）管道下沟时，应注意避免与沟壁挂碰，以防止擦伤防腐层。管道应放置到管沟中心位置，距沟中心线的偏差应小于150mm。管道壁和管沟壁之间的间隙不应小于150mm。管道应与沟底充分结合，局部悬空应用细土填塞密实。

图1是OZZIES公司研发的管沟回填筛选和填充设备，使用流动填料作为管沟回填材料，成分是粉煤灰、水泥、沙子和水组成的混合物，具有自动浇注、校平、填实和不沉降等优点。该填料耐穿透性好，能够对管道提供一定程度的保护。

图2是英国Shetland管道公司使用型号Cat P87-97Te Capacity吊管机铺设大口径管道，为了防止管道敷设时发生损伤，使用轧车向管沟回填细软砂砾用于保护管道。

英国BP公司将规范吊管机操作作为防止大口径管道下沟损伤的根本措施，其他措施为了防止管道损伤，还需要采取以下措施：避免管道在地面拖行，使用防护布包裹管道，清除管沟内的岩石和碎屑，在管沟内放置沙袋，将管道置于沙袋上。

国家标准GB 50369规定了管道下沟时的防护措施，其中在管道底部垫细土层做法与国外基本一致。国外管道公司成功应用大型吊管机敷设大口径管道，并采取严格预防措施，包括限定起重臂倾角、应用软横梁、防护板和支座、使用防护布包裹管道、橡胶滚轮移动管道、吊管机起重臂橡胶防撞盖板。此外国外研发专用的管沟回填筛选和填充设备，使用流动填料作为管沟回填材料，用于保护管道。这些做法科学合理，细致周全，建议国家标准GB 50369和施工部门参考借鉴。

3 管道运行中机械损伤预防措施

开展公众教育和警示，有助于公众了解管道危险特性以及管道控制处置事故能力，增加公众信心和防护意识，建立沟通渠道，预防管道事故。美国石油协会制定了自愿性标准API RP 1162-2010《管道运营商公众警示程序》，规定了管道运行商开展公众教育和承包商安全开挖的内容。目前，美国管道企业设立公众警示管理职位，在信息内容、传递方式、传递频率等方面开展研究工作。美国联邦委员会建立811挖掘施工咨询电话，要求挖掘者在施工前了解附近管道信息，通告施工基本情况，从强制性法规和国家层面，建立了管道运行商和第三方预防管道机械损伤的管理机制。

4 结语

国外管道行业从管道全生命周期各阶段制定了预防机械损伤的对策措施，包括管材预制抗损伤机械防护层，制定大型吊管机敷设大口径管道施工操作文件，研发专用的管沟回填筛选填充设备，使用流动填料作为管沟回填材料，实施管道公众警示程序，设立挖掘作者咨询电话等。管道管理者可根据实际情选择措施，对于国家管道安全监管机构也具有借鉴作用。