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石油平台海管立管腐蚀修复

来源:中海石油(中国)有限公司曹妃甸 作者:郎东旭,王立秋,李勇 时间:2019-12-24 点击:
导读:介绍了海管潮差区和飞溅区立管部分目前现有的几种传统腐蚀修复方法和水下高分子材料修复法,比较了现有传统修复方法与水下高分子材料修复法的优缺点,通过比较认为水下高分子材料修复法具有防腐性能好、结构强度高、耐温性好及施工方便快捷等优点。最后以渤海某油田2个
处于海洋腐蚀环境的海上石油平台,根据海洋环境对管线的腐蚀机理,可将海洋环境分为大气区、飞溅区、潮差区、全浸区及海泥区。各区存在的腐蚀因子差异,导致管线在纵向腐蚀速度方面存在差异[1],其中潮差区和飞溅区由于长期处于干湿交替,氧气、电解质、海生物污染、阳光辐射等几种腐蚀因素同时存在的环境,腐蚀最为严重。平台海管立管水线附近处于潮差区和飞溅区,加上管道内部高温油水的腐蚀,防腐层极易失效造成海管本体腐蚀,很多使用年限较久的平台的立管需要更换或进行腐蚀修复。
本文介绍了海管潮差区和飞溅区立管部分目前所采用的几种腐蚀修复方法,并结合渤海某油田2个平台海管立管腐蚀修复案例比较了几种腐蚀修复方法的特点。
现有海管立管腐蚀修复主要采用粘弹体缠绕修复技术、精蜡防腐修复技术、碳纤维复合材料修复技术、复合修复技术和机械修复技术。
(1)粘弹体缠绕修复技术。粘弹体是一种独特的聚烯烃类防腐材料,它具有单分子非键结的结构特征。这种特征使得它兼具有固体和液体的特性,以及长期保持冷流的特性,从而可以浸润到物体表面的微小孔隙,阻断气体、水分、离子、微生物的渗透,保证完全密封,阻断腐蚀。工艺主要分为基底表面处理、防腐膏填平、缠绕粘弹体防腐胶带、缠绕PVC防护带、缠绕水固化环氧玻璃钢外护带等环节。缠绕粘弹体属于隔离性防腐,适合海管水上部分结构的腐蚀修复防护,由于修复材料是软材料,没有机械强度,不能对修复件结构加强。
(2)精蜡防腐修复技术。精蜡防腐主要是使用精蜡带和精蜡底剂。精蜡带主要由石油微晶蜡、腐蚀抑制剂与聚丙烯无纺布组成,施工触感类似黏土及蜡封工艺,为软性冷缠防腐蚀材料;精蜡底剂是由石油微晶蜡、塑化料及腐蚀抑制剂组成的膏状涂料(非底漆和粘着剂),可用手刷或徒手轻易施工,涂抹于钢结构可填封表面毛隙,增加阻绝性,更可确保精蜡系统紧密包裹。和粘弹体缠绕修复技术类似,精蜡防腐修复技术也属于隔离性防腐,现有产品可用于海管水上部分的缠绕,由于石油微晶蜡的熔点在60~90 ℃之间,为了保证精蜡带和精蜡底剂不融化流淌,所修复海管使用温度一般不超过50 ℃。
(3)碳纤维复合材料修复技术。碳纤维复合材料补强技术,是复合材料修复技术的一种,碳纤维使用粘结树脂包覆在管道外形成补强层,分担管道承受的载荷,降低管壁的应力应变,从而恢复或提高管道的承压能力[3]。采用碳纤维复合材料修复系统在进行缺陷修复时,首先利用填平树脂对缺陷进行填平处理,然后在管道外缠绕碳纤维与环氧粘结剂所组成的碳纤维复合材料,在管道外形成复合材料修补层[4]。碳纤维等高强度纤维配合环氧粘接剂用于海管的修复对管道有加强作用,可以提高结构强度,但目前应用也存在以下几个问题:(a)环氧树脂难以在碳纤维上充分润湿,树脂和纤维之间的粘接力差,不能充分发挥纤维的强度;(b)碳纤维具有导电性,如与底材直接接触会引起腐蚀,对防腐蚀不利;(c)由于纤维的被润湿性差,只能采用边缠绕边涂刷的方法进行施工,施工效率低,无法对水下的海管进行修复。
(4)复合修复技术。复合修复的施工方法可以归纳为管线的涂层过程。第一层是玻璃纤维布包裹层,它与环氧树脂紧密渗透,这一层与管线刚体相连,可以将管线衬底分隔开来;第二层是玻璃层,当它固化后,可用于观察来保证与管线衬底的高质量粘合;最后一层是碳纤维增强层。这种多层修复的特点可以确保管线承压能力和结构强度的恢复[5]。复合修复技术使用了玻璃纤维和碳纤维2种纤维,避免了碳纤维直接与海管本体直接接触,因此减小了腐蚀的风险。与碳纤维复合材料修复技术类似,复合修复技术也存在着难以润湿纤维、施工效率低、无法水下施工的缺点。
(5)机械修复技术。对于海管水下部分目前一般采用机械修复方法进行,此类修复方法主要分为三大类:(a)平管起吊修复,首先将海底管道切割,然后吊至甲板上焊接新法兰后放入海底,最后安装短接管,此法只适合浅海平管的修复,不适合立管的修复;(b)干式修复(包括常压干式舱环境下干式修复和围堰环境下干式修复),人为在水下创造干燥环境,然后进行切割焊接等作业完成修复;(3)湿式修复(包括卡具修复、带压开孔封堵修复和机械连接器修复等),采用特殊的管道连接装置代替受损管道的修复方法,直接在水下完成作业[6]。相比较化学材料类修复技术,机械修复技术可靠性较高,可完全恢复原有管道结构强度,但该类修复方法工作量大,需要进行大量的切割、焊接、吊装工作,需要准备专用法兰、短接、连接器等,需要较多人员、设施配合,工作量巨大,成本极高。
渤海某油田2个平台海管立管经过多年的使用,由于长期处于高温高腐蚀环境,水线附近管体腐蚀减薄严重,结构强度降低。由于需维复区处于水线上下,需要带水作业,又有温度、强度和耐腐蚀要求,现有传统修复方法无法满足要求,通过调研,有一种水下高分子材料可以带水修复,耐温性好,结构强度高,耐腐蚀性好,可以作为2个平台海管立管腐蚀修复的选材之一。
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