用于油氣輸送的內防腐鋼質管道現場連接方法與安全性對比

廖青云

摘? 要：文章主要以碳鋼管內部帶防腐涂層的油氣輸送管道現場連接方法為研究對象，在常規連接方式即現場焊接加現場補口的基礎上，結合長期生產和施工經驗，提出了改善性或創新型的連接方式，如不銹鋼管環過渡連接、管端擴口加襯套過渡連接、管端堆焊加現場焊接等連接形式，有效地解決了現場焊接后需要補口的技術難題，并從適用性、安全性、經濟性等方面對不同連接方式進行了簡要對比分析。

關鍵詞：內防腐涂層;油氣管道;不銹鋼管環過渡;襯套過渡連接;管端堆焊

中圖分類號：TE985.8? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）14-0115-03

Abstract： This paper mainly takes the on-site connection method of oil and gas transmission pipeline with anticorrosive coating inside carbon steel pipe as the research object. On the basis of conventional connection mode， that is， on-site welding and on-site repair， this paper takes into consideration the author's long-term production and construction experience， puts forward improved or innovative connection modes， such as stainless steel pipe ring transition connection， pipe end expansion plus bushing transition connection， pipe end surfacing welding plus field welding， and so on. The technical problem of patching after on-site welding is effectively solved， and different connection modes are briefly compared and analyzed from the aspects of applicability， safety， economy and so on.

Keywords： internal anticorrosive coating; oil and gas pipeline; stainless steel pipe ring transition; bushing transition connection; pipe end surfacing welding

引言

目前，我國大部分油氣田開采出來的油氣普遍含有H2S、CO2、Cl-等一種或多種腐蝕性介質，造成油氣田開發技術要求和油氣輸送管道的服役環境愈加苛刻;為了避免發生腐蝕致使輸送鋼管失效，引起泄漏、爆管等嚴重的質量和安全事故，普遍在碳鋼管內部增加一層防腐涂層，或者使用316L、2205、鎳基825等不銹鋼管。

為了降低油氣開發建設成本，在滿足防腐蝕性能的前提下，常常選擇在碳鋼管內部增加一層防腐涂層，碳鋼管在工廠預制合格運抵油田后，需要在現場將單根12米或18米碳鋼管連接起來形成長距離輸送管道;如何選擇高效、安全地連接方法，同時又可以保持碳鋼管內部防腐涂層的完好性和連續性，防止管道建成投產后因腐蝕造成管道壁厚減薄、穿孔等失效情況發生，從而引發嚴重的安全事故，一直是管道建設和施工方研究和討論的課題。

本文將重點圍繞油氣行業管道建設，特別是針對帶有內防腐涂層的碳鋼管道，在常規焊接加現場補口連接方式的基礎上，依據公司長期生產和施工經驗，提出改善性或創新型的連接方式，從連接方法的適用性、施工過程以及投產后管道運營的安全性、施工成本等方面對不同連接方式進行對比分析。

1 連接方式概述

鋼管的連接主要分為焊接、非焊接、以及組合連接等連接方法。其中非焊接連接方式較多，如溝槽卡箍連接、絲接、承插口連接等;焊接主要是以熔焊的方式將兩根鋼管連接在一起;而組合連接代表形式則是法蘭連接，實質也是一種焊接連接形式。

因非焊接連接方式能夠承受的壓力有限，故主要應用于民用行業，而熔焊形成的焊縫可以提供不低于母材的強度和韌性，適用于高溫高壓輸送管道連接，油氣輸送管道連接常選擇焊接形式。

2 常規焊接連接

油氣管道施工地點主要分為工廠預制和現場作業兩部分，碳鋼管制造及涂層加工屬于工廠預制階段，而碳鋼管對中、焊接、管內補口屬于現場作業階段。

碳鋼管經過除銹、噴涂、固化等工序后，內表面將形成厚度為500-800um的防腐涂層，為了防止焊接過程產生的熱量破壞涂層，通常會在碳鋼管兩端預留70mm左右的非涂區，如圖1所示，待現場焊接后再進行管內補涂作業，也稱為內補口。

本文所述的常規焊接連接實際包括現場焊接加現場內補口作業，整個連接作業流程包含：（1）兩根鋼管對中;（2）施焊連接一起，兩根連接好的管道將會留下約140mm的非涂區;（3）根據管徑大小，為了保證管道防腐蝕的連續性和完整性，安排智能機器人或人員進入管道內部對140mm的非涂區補涂施工，即執行除銹、噴涂等工序。

該種連接方式工廠預制簡單，鋼管完成涂敷即可發貨，現場共需施焊1次，但焊接后需要進行內補口;如人工補口，安全風險高;如機器人補口，則涂層質量不可控;且補口作業效率遠低于現場焊接效率，不管采用何種方式，都會增加施工成本以及施工周期。

3 改善性焊接連接

為了降低施工安全風險提高產品質量，需要在常規焊接加管內補口的基礎上，提出改善性的連接方式，以解決現場管道焊接后需要進行管內補口作業的技術難題。為了達到目的，結合現有制造和施工技術的發展，提出了兩種過渡連接方式，即管端不銹鋼管環過渡連接、管端擴口加襯套過渡連接，具體實施方式如下。

3.1 不銹鋼管環過渡連接方式

工廠預制階段，首先將碳鋼管兩端分別與兩個不銹鋼管環（長度約70mm，管徑、壁厚、抗壓強度要求與碳鋼管保持一致）進行焊接，焊接完畢后打磨處理內焊縫余高，以保持管環與碳鋼管內外表面平滑過渡，并按現場施工要求管端車床加工成V形坡口;最后對整根鋼管內表面進行噴砂除銹和內噴涂作業，但需要注意碳鋼管內表面的防腐涂層搭接到不銹鋼管環即可，如圖2所示。

經過管端處理的碳鋼管運抵現場后，現場工人直接將兩根不銹鋼管環焊接連接在一起，因焊接發生在不銹鋼管環之間，而不銹鋼管環自身具有優良的抗腐蝕性能，故管道連接后不再需要進行管內補口作業。

但不銹鋼與碳鋼在材質方面的不同，致使不銹鋼的屈服強度與碳鋼不能相匹配，當管道的輸送壓力較大時，很難找到相適應材質的不銹鋼管環;且碳鋼管兩端增加不銹鋼管環的同時也增加了管道的焊口數量，同樣長度的油氣管道，焊口數量越多，后期管道投產運營的安全風險越高。

3.2 管端擴口加襯套過渡連接方式

此連接方式需要在工廠預制階段單獨制造襯套，并對碳鋼管管端擴口。具體步驟如下：首先，根據碳鋼管的管徑大小，制作相適應的襯套，如圖3所示;襯套由母材、防腐層、絕熱層、密封“O”形圈、定位卡、管道密封專用膠等組成。然后，對碳鋼管管端擴徑，管端擴徑長度根據襯套插入長度決定，一般為80-100mm，如圖4所示。

現場作業階段，經過管端擴口的帶有內涂層的碳鋼管、以及配套的襯套，按照以下操作規程施工：（1）檢查、清理碳鋼管及襯套;（2）在碳鋼管管端涂抹一定要求的密封膠;（3）將襯套插入碳鋼管，直到定位卡;（4）兩根碳鋼管對中并焊接連接在一起。

焊接區域的防腐通過襯套實現，輸送介質只能接觸襯套，而襯套內表面采用和碳鋼管內表面一樣的防腐材料，故現場也不需要再進行管內補口作業。雖然不再需要補口作業，但襯套的安裝過程對工人要求較高，特別是密封膠的處理，并且前期襯套制作過程比較復雜，需要專業廠家生產。

4 創新性焊接連接

前述的幾種連接方式，現場連接后確實不需要進行管內補口，但分別存在一定的局限性;為了兼顧安全、質量與成本，借鑒復合鋼管堆焊技術，形成管端堆焊加現場焊接的連接方法。該連接方法既不需要不銹鋼管環過渡，也不需要過渡的襯套，只需要在鋼管內表面即原來的管端非涂區，敷焊一層1.5mm左右的耐蝕合金層，長度約70mm，即可以達到和內防腐涂層一樣的抗蝕性能，現場連接后不用再進行管內補口作業，如圖5所示。

整個連接過程簡單可控，同樣分為工廠預制和現場施工兩個階段。工廠預制在常規涂層管生產基礎上，增加一個堆焊工序。堆焊設備推薦使用鎢極氬弧焊機，焊前和焊后加工設備為數控機床，焊接材料可選擇309Mo、鎳基625等;因為堆焊層與基層鋼管屬于冶金結合，管端可直接加工成現場焊接所需的V型坡口;加工好的鋼管運抵現場后，工人直接對口焊接即可，不用做任何特殊處理，管道連接施工效率與普通碳鋼管一致;但因為要使用不銹鋼合金焊絲，現場焊接成本相比常規碳鋼管會增加。

5 連接方法對比

除常規焊接連接外，其它連接方式雖然現場都不需要再進行復雜的管內補口作業，但成本有變動、適用性限制、后期管道運營存在安全風險等諸多優劣點，在前文中已部分闡述，為了便于針對不同的工況，選擇合適的施工方案，本文將從適用性、安全性、經濟性等方面做進一步分析，具體分析情況見表1、表2、表3。

6 結論

（1）傳統現場焊接加管內補口方式，考慮到補口區域涂層質量的不可控，不推薦用于輸送腐蝕性介質的油氣管道現場連接。

（2）結合施工質量和運營安全的前提下，對于工廠管端堆焊的連接方式，推薦用于輸送腐蝕性介質的油氣管道現場連接。

（3）對于管徑小于100mm的輸送腐蝕性介質的油氣

管道，根據輸送壓力不同，可分別選擇不銹鋼管環過渡、管端擴口加襯套過渡等連接方式。

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