馬劍  解青波

北京華油國際物流工程服務(wù)有限公司

我國目前已基本形成了“西油東送、北油南運(yùn)、西氣東輸、北氣南下、海氣登陸”的管網(wǎng)格局。由于早期技術(shù)水平有限、管道腐蝕、第三方破壞、自然災(zāi)害等原因，各種管道突發(fā)事故不斷發(fā)生。數(shù)據(jù)顯示，美國的油氣管道事故率為0.5次/千米/年，歐洲為0.2次/千米/年，而我國則約為3次/千米/年。不僅如此，我國的管道應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)與國外相比也存在較大差距。

快速搶修鋪路技術(shù)

油氣管道發(fā)生事故后要求應(yīng)急搶險(xiǎn)設(shè)備能快速進(jìn)場，開展維搶修工作。長輸油氣管道沿途地形復(fù)雜，地質(zhì)條件變化多樣，在沼澤或泥濘地帶，大型維搶修施工機(jī)械（如挖掘機(jī)）進(jìn)入現(xiàn)場都需要大型吊裝設(shè)備吊裝鋼板鋪路。

國外研制的輕便型承壓板具有質(zhì)量輕、耐壓性好等特點(diǎn)。輕便型承壓板長6米，寬1.2米，厚200～600毫米，承重30噸以上，板與板之間采用軟連接，可折疊，易于操作，一款標(biāo)準(zhǔn)板重量2～3公斤/平方米左右，板材上配有防滑紋（如圖1所示）。搶險(xiǎn)時(shí)采用這種輕便型鋪路板能有效節(jié)省施工費(fèi)用，并大大縮短搶險(xiǎn)設(shè)備進(jìn)入現(xiàn)場的時(shí)間。

圖1 沼澤路面輕便型鋪路板

防爆打磨和冷切割技術(shù)

傳統(tǒng)的防腐層去除方法是乙炔火焰燒烤和手工砂輪打磨。手工砂輪打磨工作效率低，且打磨過程中會(huì)產(chǎn)生大量火花，在應(yīng)急搶修工作中會(huì)產(chǎn)生安全隱患。青島“11.22”輸油管道泄漏爆炸事故的直接原因就是現(xiàn)場搶險(xiǎn)人員采用液壓破碎錘在暗渠蓋板上打孔破碎，產(chǎn)生撞擊火花，引發(fā)暗渠內(nèi)油氣爆炸。

“水刀”切割技術(shù)是目前比較安全的切割技術(shù)之一，它利用超高壓技術(shù)可以把普通的自來水加壓到250～400MPa，然后再通過內(nèi)孔直徑約0.15～0.35毫米的寶石噴嘴噴射形成速度約為800～1000米/秒的高速射流，俗稱水箭。該水箭具有很高的能量，可用來切割軟基性材料。如果再在水箭中加入適量的磨料，則幾乎可以用來切割所有的軟硬材料�？梢詫�(duì)任何材料進(jìn)行任意曲線的一次性切割加工，且切割時(shí)不產(chǎn)生熱量和有害物質(zhì)，材料無熱效應(yīng)（冷態(tài)切割）。但其顯著缺點(diǎn)是，切割設(shè)備要求有足夠的水源供應(yīng)，不利于處于荒漠或山區(qū)等惡劣自然條件下的管道維搶修工作。

目前國外研制出了一種新型打磨、切割工具（如圖2所示），由特種材料制成，在切割、打磨及PE剝離作業(yè)中不產(chǎn)生火花，取得了DNV國際防爆認(rèn)證。該切割設(shè)備在作業(yè)過程既不產(chǎn)生引爆條件，也不受周圍環(huán)境影響，安全而方便。

圖2  防爆打磨工具

管道補(bǔ)強(qiáng)和堵漏技術(shù)

管道補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)是確保油氣管線安全運(yùn)行的重要技術(shù)措施。目前國內(nèi)主流的管道補(bǔ)強(qiáng)方法是采用纖維復(fù)合材料配合樹脂進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。這種修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是利用纖維復(fù)合材料在纖維方向的高強(qiáng)度特性，借助粘接樹脂，在服役管道外邊包覆一個(gè)復(fù)合材料修復(fù)管道層，來恢復(fù)缺陷管道的服役強(qiáng)度。它的優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡單，且不需要在服役管道上進(jìn)行焊接，無電火花產(chǎn)生，無明火施工，避免了管壁焊穿和發(fā)生氧脆、冷脆的風(fēng)險(xiǎn)性。

碳纖維和玻璃纖維是目前國內(nèi)主流的補(bǔ)強(qiáng)材料，碳纖維抗拉強(qiáng)度大，抗蠕變性好，但抗沖擊性和韌性較差，且碳纖維導(dǎo)電，對(duì)施工安全會(huì)帶來一定威脅。而玻璃纖維雖然絕緣，但抗疲勞性和抗蠕變性能較差。兩種材料都有不足之處。

美國杜邦公司研制出的新型復(fù)合材料“凱夫拉”（如圖3所示），是一種有機(jī)芳綸復(fù)合材料，密度低、強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、易于加工和成型�？捎糜诤�腐蝕、裂紋、機(jī)械損傷、焊縫缺陷、幾何缺陷和材質(zhì)缺陷管道的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)。無論是單點(diǎn)缺陷補(bǔ)強(qiáng)，還是整體管段缺陷補(bǔ)強(qiáng)，均可采用。 除此之外，還可用于對(duì)無缺陷管道的提壓增強(qiáng)，例如在自然條件改變導(dǎo)致管道安全系數(shù)需要增加和管道運(yùn)行壓力需要提高等情況下，都可以用這種材料進(jìn)行增強(qiáng)處理，其適用溫度為-30℃~250℃，可適用于常溫、高溫、內(nèi)腐蝕、外腐蝕、陸上、水下、直管、彎管、三通等環(huán)境中80MPa以下壓力。

圖3  凱夫拉芳綸纖維管道補(bǔ)強(qiáng)爆破實(shí)驗(yàn)

圖4 油氣管道柔性帶壓快速堵漏套具

北京華油國際物流工程服務(wù)有限公司在凱夫拉纖維的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)了油氣管道柔性帶壓快速堵漏套具（如圖4所示）。該套具可以對(duì)不同管徑直管段、彎頭、焊縫、變徑等部位的泄漏進(jìn)行應(yīng)急堵漏，適用于直徑小于50毫米、壓力不大于10MPa的泄漏。其最大的特點(diǎn)是，可以實(shí)現(xiàn)在帶壓工況下快速完成對(duì)管道泄漏部位的封堵。該產(chǎn)品已經(jīng)中石油管道應(yīng)急搶險(xiǎn)中心、西部管道公司、西氣東輸公司、中海油工程服務(wù)有限公司等多家單位現(xiàn)場試驗(yàn)，堵漏效果良好。

天然氣回收技術(shù)

在管線上進(jìn)行維搶修、改擴(kuò)建、改線換管、更換閥門等作業(yè)時(shí)，都要進(jìn)行天然氣放空操作。目前我國的天然氣放空技術(shù)一般是將天然氣直接燃燒或排放，這不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且對(duì)自然環(huán)境和人身安全具有威脅。國外的天然氣回收技術(shù)發(fā)展目前已比較成熟，可以替代或加速管道計(jì)劃性放空。以運(yùn)行壓力10MPa、閥室間距30千米的天然氣管道為例，其具體做法是：首先關(guān)閉目標(biāo)管段的上游閥室截?cái)嚅y，利用下游管道壓縮機(jī)快速將截?cái)嚅y至壓縮機(jī)之間的管道天然氣壓力抽至5~7MPa，然后將目標(biāo)管段的下游閥室截?cái)嚅y也關(guān)閉，在下游截?cái)嚅y兩側(cè)安裝并啟動(dòng)移動(dòng)式車載壓縮機(jī)（即管道天然氣回收車），將目標(biāo)管段內(nèi)的天然氣壓縮到下游管線中�？紤]到時(shí)效性，一般將管段內(nèi)的天然氣壓力回收至1~2MPa即可。管道內(nèi)剩余的天然氣可以采用冷放空或熱放空處理。有時(shí)為了以最快的速度清空管道內(nèi)的天然氣，回收和放空可以同時(shí)進(jìn)行。

天然氣回收技術(shù)的關(guān)鍵是天然氣回收車，歐美國家很多先進(jìn)的管道運(yùn)營公司應(yīng)用天然氣回收車已有多年時(shí)間。法國燃?xì)夤�司使用的天然氣回收車�?2缸750千瓦每分鐘1400轉(zhuǎn)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，配備自動(dòng)運(yùn)作的控制系統(tǒng)，可在零下40至35℃的環(huán)境溫度下工作。整車長13.5米，寬2.6米，高4.6米，重量42噸。圖5為法國燃?xì)夤艿捞烊粴饣厥宅F(xiàn)場。

國內(nèi)壓縮機(jī)廠家現(xiàn)階段還不具備生產(chǎn)長輸管道用移動(dòng)式回收車的能力，所能生產(chǎn)的井口注氣移動(dòng)式壓縮機(jī)，一般功率較小，不能滿足管道天然氣大量回收的要求；而國產(chǎn)同功率壓縮機(jī)體積較大，尤其是寬度往往超過7米，移動(dòng)性差，不適合公路運(yùn)輸。

圖5 法國燃?xì)夤艿捞烊粴饣厥宅F(xiàn)場

管道滲漏檢測技術(shù)

泄漏檢測是管道安全運(yùn)行的關(guān)鍵和重要保障。國內(nèi)目前采用的油氣管道泄漏檢測方法有流量平衡法、光纖傳感器法、負(fù)壓波法、GPS時(shí)間標(biāo)簽法、超聲波技術(shù)測定流量法、SCADA系統(tǒng)法、管道動(dòng)態(tài)模型法等。我國管道智能檢測水平和國外還有較大差距，主要表現(xiàn)在定位不準(zhǔn)確、檢測精度不夠等方面。北京華油國際物流工程服務(wù)有限公司引進(jìn)的國外先進(jìn)的滲漏檢測器（如圖6所示），可以通過收集特定的超聲波信號(hào)和多頻道光譜分析，能夠?qū)�很小的滲漏進(jìn)行識(shí)別和定位。當(dāng)壓力不小于5MPa時(shí)，可以檢測到6.8L/H的泄漏量，并給出誤差為±1m的精準(zhǔn)定位。對(duì)于鋪設(shè)在地下的管道，由于周圍的介質(zhì)都是土壤和水，其他物體發(fā)出的噪音可能會(huì)影響檢測，但由于多光譜分析的存在，這些區(qū)域的檢測將不再受噪聲的影響。相對(duì)于其他檢測系統(tǒng)，這種檢測器抗干擾能力更強(qiáng)，靈敏度更高，定位更準(zhǔn)確。

圖6  滲漏檢測器及頻譜數(shù)據(jù)分析

作者：馬劍，北京華油國際物流工程服務(wù)有限公司副經(jīng)理。

《管道保護(hù)》2016年第6期（總第31期）