一.   中沧管道概况

中原油田至沧州输气管道(中沧线)是一条专用输气管道, 年输气量为2×10⁸ m³, 最大年输气量接近3×10⁸ m³。该管道途经河南濮阳、山东萃县、聊城、往平、高唐、平原、德州、河北吴桥、东光、南皮、沧县、沧州共三省十二县(市), 全长361.891km(包括末站到沧化的2.972km管道), 均采用ϕ426×7(8) 螺旋焊缝钢管。全线建有压气站1座, 调压计量站1座, 清管站3座, 线路截断阀室13座, 阴极保护站9座和微波通信站9座。淮阳压气首站采用燃气轮机联动压缩机的增压装置, 全套设备均从美国索拉公司引进。为保障管道的正常运行, 延长管道的使用寿命, 对管道进行了认真的的检测。根据检测结果制定了一套大修方案, 于1998年10月~12月对濮阳、高唐管段进行了大修。

二.   管道损伤状况和原因分析

由于当地群众违反有关管道保护规定, 在管道沿线经常随意取土, 再加上长期雨水冲刷, 致使输气管道暴露多处, 最为明显的是淮阳和高唐地段有3 km以上的管道外露, 有些管段防腐层完全脱落, 有些则有严重龟裂, 机械、人为和自然损伤共900多处。对深度在1mm以上、直径smm以上的损伤进行了统计, 统计结果见表 1。

表  1  输气管道损伤统计表

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图 1为管道损伤因果分析图, 从中可以看出, 濮阳和高唐段管道之所以损坏且锈蚀严重, 是因为当地群众法制观念淡薄, 连年随便取土、耕作, 加之管道周围土质差, 地势低洼, 水浸泡和受紫外线辐射强烈等原因所造成的。

图  1  因果分析图

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三.   大修方案

根据检测和分析结果, 制定了管道焊接补强、防腐方案, 并按步骤实施。

1   焊接补强

对管体上有外伤和腐蚀坑的部位进行了焊接补强。对蚀坑深度大于1mm、腐蚀面积小于1cm²的部位, 采用点焊修补加强; 对蚀坑深度大于2mm、腐蚀面积大于1cm²的部位, 采用钢板焊补加强; 对蚀坑深度大于2mm, 分布面积大, 长度超过周长三分之一的采用加强板或厚度为8mm的马鞍形半圆套管焊补加强。

2   管道防腐

补强后对管道进行了防腐处理。有40%的管段采用传统方法, 60%的管段采用了新方法。

(1) 传统方法  该方法采用三油两布, 有些特殊部位用三油三布。在施工工艺上注意了沥青的温度、纯洁度、粘稠度。沥青底漆配制用无铅汽油, 底漆使用前进行充分搅匀, 用0.4mm×0.4mm的滤网过滤, 并测其密度, 底漆储存在密闭容器中, 对变稠了的底漆加以稀释处理, 符合要求后投入使用。

在熬制沥青时, 控制温度在180~220C时脱水, 直至无气泡为止, 当温度下降到160C以下再使用。管道除锈、除漆直到露出钢灰色并完全干燥后涂刷底漆, 厚度为0.1~0.15mm; 沥青涂覆在光滑的底漆上。用玻璃布包扎时, 每一圈之间不能有间隙, 允许有不大于smm的搭边。包扎第二层玻璃布时, 缠绕方向与前一层方向相反。外包塑料布时每圈搭边在20~30mm之间。

管道绝缘防腐层涂覆好以后冷却, 在凝固之前不能踩踏、触摸和碰击, 严防绝缘层损坏。

(2) 新方法  采用IDEAL底漆和两层IDEAL胶带、保护带, 即一漆两带进行防腐作业(见图 2)。

图  2  一漆两带防腐示意图

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钢管除锈与传统方法相同, 刷IDEAL底漆, 刷前搅拌均匀以控制稠稀适度, 用于手工涂漆应保证无漏涂点, 使其形成均匀的薄膜, 待底漆干后即可缠带(一般3~5 min)。缠带张力在10~15kg, 胶粘带始端与末端搭接长度不小于周长四分之一, 且不少于100mm, 缠线各圈间平行, 不得扭曲皱折。

当胶带的宽度小于或等于75mm时, 搭接宽度为10mm; 当胶带的宽度大于75mm或小于150 mm时, 搭接宽度可为15mm; 当胶带宽度大于或等于150mm时, 搭接宽度可为20mm; 当单层带缠绕达不到要求的防腐层厚度时, 可采用搭接宽度为50%~55%胶带宽度缠绕。对于特殊地段, 增加了外保护层的厚度。

四.   管道沉管

根据中国石油天然气管道勘察设计院制定的沉管方案进行了大修后的管道沉管, 下沉之前进行了较为精确的计算。

1   计算内容

(1) 沉管弹性曲率  输气管道工作压力为4 MPa; 管径为426mm; 壁厚7mm; 输气钢管及材质为SM41-B。对于螺旋焊缝钢, 沉管弹性曲率按式(1)计算:

式中  R——沉管弹性曲率, m;

D——管道外径, cm;

α——管道的竖向转角, 取α≥2.50。

(2) 沉管允许跨度

式中  L——允许跨度, cm;

ω——管道截面系数, 取949.6;

Ψ——焊缝系数, 取0.9;

q——单位长度钢管、输送介质和防腐层总重量, 取q=0.0723 MPa。

(3) 沉管长度  若将裸露段沉降至预定深度, 则沉管段两端需增加R=600m的弹性敷设曲线过渡段, 其两端过渡段之和的最小长度按式(3)计算:

式中  L_min——沉管段应增加的开挖最小长度;

E——钢材弹性模量;

I——管道惯性矩;

q——单位长度管道自重, 取0.0723 MPa;

Δh——管段沉降量, 按10cm, 计算。

计算结果为, L_min≥68.92, 取过渡段之和为l00m, 即所需沉管两端各增加50m的过渡段。

2   支撑选择

管沟挖开后, 用0.5m宽的土墙支撑管道, 间距为15~20m, 绝大部分选取15m长的一段土墙作支墩, 并在管子上压置100kg的土袋稳管, 管道两侧宽度为0.5m左右。每个支墩两侧挖两个1.5 m×1.5m的猫耳洞预防意外, 站在其内操作, 轮番掏挖, 直到达到沉管深度为止。在沉管过程中应尽可能降低输送压力, 保持压力平稳。沉管施工宜选择在气温较高的环境下进行, 控制好各个支墩每次的下沉量, 每沉一次停一段时间(或数小时或数分钟), 以使管道分散内应力, 经观察确实无问题再继续下沉, 绝对避免出现跨度超过40m的情况发生。施工现场需配齐性能可靠的通信设备和交通工具, 防止各种意外事故发生。

对大修后的管道依照有关行业标准进行了严格的检测, 大修质量符合GB5025—94的要求。