海底輸油管道保溫結構

胡曉峰，劉書，田甲，王曉東

1.勝利油田技術檢測中心，山東東營257000

2.勝利油田現河采油廠，山東東營257000

3.中石化華東設計院，江蘇徐州221008

海底輸油管道保溫結構

胡曉峰1，劉書2，田甲3，王曉東1

1.勝利油田技術檢測中心，山東東營257000

2.勝利油田現河采油廠，山東東營257000

3.中石化華東設計院，江蘇徐州221008

海底環境的低溫、高壓等特點，對海底輸油管道保溫結構的性能提出了特殊的要求。文章介紹了海底條件對輸油管道保溫結構的要求，海底管道保溫結構的主要類型，包括管中管結構、單壁管結構及集束管結構等，比較了海底管道保溫結構特性與應用情況，并對海底管道保溫的發展趨勢進行分析。

海底輸油管道；保溫結構；管中管結構、單壁管結構；集束管結構

1 海底輸油管道保溫結構類型

海底管道保溫結構主要有管中管結構、單壁管結構及集束管結構[1-3]。

1.1 管中管結構

管中管結構又稱復壁管結構，是指在保溫材料外部有外套鋼管的保溫結構，主要由內層鋼管、保溫材料及外套鋼管組成。其中，內層鋼管用于輸送流體，外層鋼管用于提供機械防護及配重等作用，中間為保溫層。

由于有外套鋼管的防護作用，管中管結構對于保溫材料沒有特殊要求，可以應用陸上常用的保溫材料[4]。但管中管保溫結構也有其缺點[5]：

（1）鋼材消耗量大，外套管耗材通常為內管的2倍，因此有2/3的鋼材都消耗在外套管上。

（2）敷設作業復雜，需先敷設內管，探傷合格后，施工保溫材料，然后再敷設外管，外管還需進行探傷檢測，因此敷設效率低。

（3）需對外部套管進行腐蝕防護及陰極保護。

（4）保溫結構造價相對較高。

管中管保溫結構在國內外已經得到了廣泛的應用，國外已經可以應用于3 000 m水深。我國2001年建成的國內外第一條長距離稠油輸送海底管道（綏中36-1油田中心平臺至綏中陸上終端海底管道）就采用了管中管結構。由于該管道輸送的原油黏度大，且遼東灣冬季氣溫低，因此停輸再啟動風險大。該管道自建成以來運行正常，充分體現了管中管保溫結構的優勢[6]。

1.2 單壁管結構

傳統的單壁管由鋼管、防腐層、保溫材料、防護層及配重管組成。內層鋼管用來輸送流體；防腐層一般采用熔融環氧粉末，涂于鋼管外側；保溫層位于防腐層與防護層之間，起到保溫作用；防護層加設于保溫層外部，用于防止海水滲入，保證保溫層的保溫性能并避免鋼管受到海水的腐蝕，常見材料有高（低）密度聚乙烯、模制聚氨酯、橡膠及聚丙烯；配重層的作用是增加管道質量，使得管道更加穩定，同時配重層可以提高管道的機械性能，一般情況下，采用噴涂混凝土作為配重層。混凝土配重單壁管結構主要應用于水深40 m內的淺海區域。

除了配重單壁管結構，還有兩種常用的復合保溫結構：聚氨酯復合保溫結構和聚丙烯復合保溫結構。聚氨酯復合保溫結構將保溫及防護作用合二為一（見圖1），由具有特殊性能的聚氨酯與不同類型的空心微球構成[7]，可分為有機空心聚合物復合聚氨酯涂層（PSPU）和無機空心玻璃微珠復合聚氨酯涂層（GSPU）。聚氨酯與聚合物微球復合體系適用于300 m以內的水深，聚氨酯與玻璃微球復合體系適用于300 m以上的水深。復合聚氨酯保溫體系具有良好的韌性及強度，外部無需再增設防護層及防水層，目前在國外已經得到廣泛的應用[8]。

圖1 復合聚氨酯保溫體系示意

聚丙烯復合保溫體系適用水深范圍較廣，可滿足淺海到深海的保溫要求。它是由幾層不同類型的聚丙烯保溫材料復合而成的保溫結構，見圖2。為了滿足不同的保溫、機械性能及防水等要求，可以調整聚丙烯的類型及層數。自1989年首次應用以來，北海400 m水深的海域已經多次應用聚丙烯保溫體系，并取得了良好效果[9]。2004年Thunderhorse油田已經成功應用了該項技術，應用水深達到2 200 m[10]。

圖2 五層聚丙烯復合保溫體系

與管中管結構不同，單壁管結構沒有外套鋼管，大大節省了鋼材，且單壁管無需對外套鋼管進行防腐與陰極保護，在很大程度上節省投資。另外，單壁管只需要進行一層鋼管的焊接及探傷工作，極大地提高了敷設效率。但是單壁管結構抗壓性能相對較差，不適用于深水區域[1]。隨著保溫材料的不斷發展，單壁管的應用水深已顯著提高，國外單壁管已經成功應用于300～3 000 m水深海域[11]。巴西石油Roncader油田位于水深1 400～2 000 m的深海，該油田部分應用了單壁管的保溫結構，取得了良好效果[12]。單壁管結構在我國淺水區域也得到了廣泛的應用，在深海應用還不夠成熟，但由于其顯著的經濟性及敷設優點，單壁管保溫結構已經成為未來海底管道保溫結構的發展方向。

1.3 集束管結構

集束管是指將兩根或兩根以上輸油管道，或輸油管與注水管、其他功能的管道匯集在一起的管線束，主要有開放式和封閉式兩種。

開放式的集束管是指將獨立的管道或電纜用卡夾或繩索固定成一個整體的結構。這種集束管結構相對簡單，每根獨立管道的保溫可以用單壁管，也可用管中管結構，保溫結構設置相對自由，但由于各根管道或電纜暴露在海水中，外部沒有統一的防護套管，易受到腐蝕或其他形式的破壞。

封閉式的集束管是指將多根管道用一個或兩個外套管匯集在一起的結構。這種結構由于有外部防護套管，機械性能更好，且能夠提供更好的防腐及保溫功能。國外大多數投入使用的集束管都采用封閉式的結構形式。封閉式的集束管又分為有套袖管的封閉式集束管和無套袖管的封閉式集束管。

傳統的管中管結構及單壁管結構，需要專門的敷設船隊進行敷設作業，將耗費大量人力物力，且建設周期長，所需的投資占海上油氣建設投資的比例大。集束管具有以下優點[13]：

（1）可以將多根輸油管或注水、注藥等管道匯集入一根套管內，能夠在提供良好的絕緣防腐保溫及機械防護功能的同時減少防護投資。

（2）可以在陸上進行預制，進而達到縮短建設工期及減少投資的目的。

（3）若內置管道發生泄漏，外套管可以防止泄漏擴散，進而達到保護環境的目的。集束管已經在世界范圍內，特別是在北海及墨西哥灣區域，得到了廣泛的應用，目前北海區域已有近70條集束管投入生產[14-15]。

2 海底管道保溫結構特性與應用情況對比

通過對國內外海底輸油管道保溫結構類型及性能特點的調研，得到海底管道管中管結構、單壁管結構及集束管結構的特性與應用情況對比見表1。

表1 海底管道保溫結構特性與應用情況對比

3 結束語

（1）海洋石油的開采正由淺海向深海發展，海底管道保溫技術也隨之向深海的應用方向發展，并逐步高效化、經濟化。隨著保溫材料技術的進步，單壁管結構受到的機械約束將越來越小，由于其具有投資省、結構簡單、施工簡便等優勢，將成為未來海底輸油管道發展的方向。

（2）目前世界范圍內海底管道保溫技術已經取得了長足發展，國內關于該方面的研究也已經展開，但與世界水平還有很大的差距。因此，針對海底管道尤其是深海管道的保溫技術研究十分迫切。

[1]田英輝．單重保溫海底管道理論分析及試驗研究[D]．天津：天津大學，2006：1-11．

[2]趙冬巖．大口徑海底管道的設計對策[J]．中國海上油氣（工程），1995，7（6）：14-17．

[3]楊嘉瑜，鄭光明．國外輸油管道保溫技術概況及發展[J]．國外油田工程，1997，13（5）：42-45．

[4]張紅磊，韓文禮，蔣林林．國內外海底管道保溫技術現狀[J]．防腐保溫技術，2012，20（1）：27-31．

[5]王金英．保溫海底管道結構現狀及其在渤海的發展方向[J]．中國海上油氣（工程），1991，3（4）：9-14．

[6]李寧．我國海洋石油油氣儲運回顧與展望[J]．油氣儲運，2003，22（9）：30-32．

[7]閆嗣伶，蔣曉斌，張曉靈，等．復合聚氨酯海底保溫管道試制[J]．油氣儲運，2012，31（11）：868-876．

[8]Bart Van Belle，Emerson.Advances in high-temperature syntactic foam technology for offshore systems[A].2002 Offshore Technology Conference[C].Houston，USA：OTC，2002.OTC 14120.

[9]Rydin C.Polypropylene Multilayer Coating Systems for the Offshore Pipeline Industry[A].14th InternationalConference on Pipeli-ne Protection[C].Barcelona，Spain：BHR，2001.233-246.

[10]Barry James Turner BSc Micorr.Polypropylene Coatings for High Temperatures and ThermalInsulation of Pipelines[A].2011 NACE International[C].Houston，USA：NACE，2011.NACE 11030.

[11]雷震名，徐志輝，鄭羽，等．國外深水單層保溫管道應用現狀[J]．中國石油和化工標準與質量，2013，（6）：54-56．

[12]Azevedo F B，Teixeira M J B，Portesan G，etc.Deepwater Insulation System for the Steel and Flexible Flowlines of Roncador Field in Brazil[A].2001 Offshore Technology Conference[C].Houston，USA：OTC，2001.OTC 13135.

[13]于毅.集束管道在渤海邊際油氣田開發中應用的可行性探討[J]．中國造船，2013，54（S1）：70-75．

[14]Song R，Clausen T，Stuijk P.Design and installation of a banded riser system for a North Sea application[A].Proceedings of 2001 Offshore Technology Conference[C].Houston，USA：OCT，2001. OTC 12975.

[15]Song R.Design of riser system for bundled towing and unbundled installation[A].Proceedings of the IBC Latest Developments in Deep and Ultra Deepwater[C].Houston，USA：OCT，2001.

Studyon Insulation Structures ofSubmarine OilPipelines

Hu Xiaofeng1，Liu Shu2，Tian Jia3，Wang Xiaodong1
1.ShengliOilfield TechnicalTest Center，Dongying 257000，China
2.ShengliOilfield Xianhe OilProduction Factory，Dongying 257000，China
3.Sinopec East-China Pipeline Design&Research Institute，Xuzhou 221008，China

Great difficulties have been brought to the design and selection of thermal insulation structures of submarine pipelines due to the low temperature and high pressure of the deep sea water.An introduction to the basic requirements of the thermalinsulation structures of submarine pipelines，a summary of main thermal insulation pipe structuretypesincluding pipe-in-pipestructure，single-pipestructureand bunched-pipestructure，the performance and the utilization of submarine pipeline thermal insulation，as well as a brief analysis of the development trend of submarine thermalinsulation pipelines are presented in this paper.

submarineoilpipeline；thermalinsulationstructure；pipe-in-pipestructure；single-pipestructure；bunched-pipe structure

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.06.020

胡曉峰（1987-），男，山東東營人，助理工程師，2010年畢業于中國石油大學油氣儲運專業，主要從事油氣集輸研究工作。

2014-08-30