淺談海管混凝土配重層滑脫問題與對策

吳文通 孔瑞林 張曉靈 杜寶銀

（中海油能源發展股份有限公司管道工程分公司，天津 300452）

1 概述

海底油氣輸送用混凝土配重管多采用S型鋪管船法鋪設（如圖1），該鋪設法要通過張緊器對管道施加一定的軸向張力，這種軸向張力要經過管面的混凝土配重層與防腐層（或防護層）界面間的抗剪切能力來傳遞。界面間剪切強度不足時，會導致混凝土配重層與防腐層之間出現滑脫，影響鋪管效率，甚至造成嚴重后果。因此，混凝土配重層與防腐層之間要有足夠的剪切強度，以保證鋪設過程中兩者之間不發生滑脫。未經毛化處理的管道防腐層（或防護層）表面通常比較光滑，致使其與混凝土配重層之間的剪切強度小，防滑效果差。可以采取防腐層（或防護層）表面增阻的措施提高這種界面剪切強度，但不同類型的防腐層（或防護層）需要研究制定不同的增阻對策。本文結合近年國內海管配重工程案例，介紹了幾種常見的混凝土配重管涂層結構及各自防止混凝土配重層滑脫的成功對策。

2 海管防腐層（或防護層）表面增阻措施

混凝土配重管涂層結構不同，涂敷方式不同，其所要求的防腐層（或防護層）表面增阻措施也不盡相同，常用的增阻措施有以下幾種：（1）膠粘劑增阻法。（2）粘接劑+防滑顆粒增阻法。（3）螺紋凹槽增阻法。（4）防滑顆粒增阻法。（5）起脊增阻法。

3 工程應用案例

3.1 膠粘劑增阻法

項目簡介：杭州灣管線穿越項目，其中一條尺寸Φ711×14.3的管線，長度51.264km，外防腐涂層采用單層熔結環氧粉末（FBE）涂層，厚度為 660μm，混凝土配重層厚度為77mm，混凝土配重層與防腐涂層間剪切強度要求不小于184kPa。

涂層結構：鋼管+FBE涂層+膠粘劑（增阻）+混凝土配重層。

增阻工藝：鋼管表面FBE涂層事先預制，在混凝土配重涂敷傳動線上，一種雙組分100%固含量適應濕氣環境的高強度環氧結構膠粘劑以一定寬度環向擠涂在FBE涂層表面，并隨即涂敷混凝土，膠粘劑將FBE涂層與固化后的配重層混凝土牢固的粘結在一起。

圖2 FBE涂層與混凝土配重層粘接效果

應用效果：膠粘劑增阻法在杭州灣穿越項目中得到了成功應用，為FBE涂層與混凝土配重層界面間提供了所需的剪切強度，界面破壞形式表現為固化混凝土本體破壞。（如圖2）

3.2 膠粘劑+防滑顆粒增阻法

項目簡介：外釣島-冊子島-鎮海海底管線穿越工程項目的海底管線，冊子－鎮海（E段），長度38.325km，尺寸Φ762×17.5，外防腐涂層采用單層熔結環氧粉末（FBE）涂層，厚度為450μm，混凝土配重層厚度為 80mm（36.645 km）和 70mm（1.680 km）；試驗管段最小長度1.5m，混凝土配重層與防腐涂層間剪切強度要求不小于180kPa。

涂層結構：鋼管+FBE涂層+改性聚乙烯粘接劑層 (撒防滑顆粒增阻）+混凝土配重層。

增阻工藝：在防腐涂敷過程中，當完成FBE的噴涂后，在FBE表面纏繞一層約150μm厚的改性聚乙烯粘接劑，并在防腐管進入水冷區之前的熔融狀態的粘接劑上均勻撒布一層聚乙烯防滑顆粒，形成一種粗糙的表面（如圖3），冷卻固化后進行混凝土配重涂敷。

圖3 附著防滑顆粒的管面涂層

圖4 海管混凝土配重層推脫試驗圖

應用效果：粘接劑+防滑顆粒增阻法在外釣島-冊子島-鎮海海底管線穿越工程項目的海底管線上進行了成功應用，1.9m長的試驗管段（如圖4），實測混凝土配重層與防腐涂層間抗推脫力達到了506.8KN（折合剪切強度 210kPa），涂層間仍未出現任何滑移。

3.3 螺紋凹槽增阻法

項目簡介：康菲PL19-3項目，一條尺寸Ф219.1×9.5海底管線，外防腐涂層采用單層熔結環氧粉末（FBE）涂層，厚度為550μm，聚氨酯保溫層厚25.4mm，聚乙烯夾克層有效厚度10mm，混凝土配重層度為40mm；混凝土配重層與防腐涂層間剪切強度要求不小于0.13MPa。

涂層結構：鋼管+FBE涂層+聚氨酯保溫層+聚乙烯夾克層（帶螺紋凹槽增阻）+混凝土配重層。

增阻工藝：聚乙烯夾克層表面圓周方向采用專用刀具切削出連續的螺紋槽的凸凹型結構（如圖5），固化的混凝土嵌入凹槽（如圖6），實現增阻。

圖5 聚乙烯夾克層外壁處理效果圖

圖6 固化混凝土配重層界面效果圖

應用效果：2.0m長的試驗管段，實測最大軸向力496KN，聚乙烯夾克層受剪面積1.84m2，抗剪切強度達到了0.255MPa。

3.4 防滑顆粒增阻法

項目簡介：番禺/惠州天然氣開發項目KP12.0-KP363.0海底管線，鋼管規格Φ508×14.3×12000 mm，外防腐涂層采用3LPE涂層（FBE+膠粘劑+聚乙烯），涂層厚度為2.9mm，混凝土配重層厚度40mm、50mm、65mm、80mm、100mm，混凝土配重層與防腐涂層間整管抗推脫力不小于200噸。

涂層結構：鋼管+FBE涂層+膠粘劑層+聚乙烯層（撒防滑顆粒增阻）+混凝土配重層。

增阻工藝：鋼管表面聚乙烯層涂敷后，進入水冷區固化之前，表面撒布聚乙烯防滑顆粒（如圖7），熔融嵌固在聚乙烯層表面，冷卻后形成粗糙的表面（如圖8），實現增阻。

應用效果：混凝土配重層厚度100mm，1.9m長的試驗管段，實測最大軸向力519.0KN（折合整管312噸）。

圖7 3LPE涂層撒布防滑顆粒

圖8 3LPE涂層防滑顆粒撒布效果

3.5 起脊增阻法

項目簡介：東方1-1氣田海底管道涂敷項目，鋼管直徑Φ559 mm，外防腐層采用3LPE涂層（FBE+膠粘劑+聚乙烯），混凝土配重層與防腐涂層間剪切強度要求不小于0.1MPa。

涂層結構：鋼管+FBE涂層+膠粘劑層+聚乙烯層（螺旋起脊增阻）+混凝土配重層。

增阻工藝：通過在防腐涂敷生產線硅膠輥上開一環狀凹槽，鋼管在生產線上勻速旋轉前進，硅膠輥勻速旋轉擠壓聚乙烯涂層，從而在聚乙烯涂層上行成了間距均勻的螺旋凸起（如圖9），實現增阻效果。

應用效果：混凝土配重層厚度80mm，2.0m長的試驗管段，實測混凝土配重層與防腐層間剪切強度達到了0.22MPa。

結語

圖9 防腐層起脊效果圖

上述幾種海管防腐層（或防護層）表面增阻措施，均較好的滿足了具體工程項目海管混凝土配重層抗滑脫的需要，但今后在實際選擇應用過程中還應注意以下幾點：（1）環氧粉末涂層，采用膠粘劑增阻法，僅適用于混凝土配重層擠壓纏繞成型工藝。（2）環氧粉末涂層，膠粘劑+防滑顆粒增阻法，即適用于海管混凝土配重層噴射沖擊成型工藝（膠粘劑層要有適當的厚度），也適用于擠壓纏繞成型工藝。（3）聚乙烯夾克層螺紋凹槽增阻法，是針對單層保溫配重管特殊結構設計的，工程應用過程中還要注意聚乙烯夾克層的內壁防滑處理。（4）3LPE涂層起脊工藝復雜，若參數控制不當，起脊部位的聚乙烯層冷卻過程中易開裂；防滑顆粒增阻法較起脊增阻法，工藝上更易實現，涂層質量更易保障。（5）采用防滑顆粒增阻措施的混凝土配重管，國內目前最大應用水深是番禺/惠州天然氣開發項目的195m，應用于更深水域，應事先驗證其涂層剪切強度能夠滿足項目需要。（6）對于深水油氣開發用復合聚氨酯彈性體、多層聚丙烯濕式保溫管，其涂層結構與上述案例有本質的不同，當進行混凝土配重時，增阻方式不能照搬已有方法，需要試驗驗證，必要時開發新的增阻方法。

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