海上稠油熱采蒸汽管線穿甲板的防雨設計

孫繼超，郝孟江，羅瑩，王春霞，董志剛(中國海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

0 引言

最新數據顯示，世界稠油極其豐富，稠油資源約4 000.0×108～6 000.0×108m3，約占全球石油資源的60%，中國渤海灣已探明多個稠油油田，儲量巨大。為相應國家號召，實現最大限度石油、天然氣自足，保障能源安全，大力開發(fā)渤海稠油被中國海洋石油提上日程，渤海區(qū)域稠油開發(fā)為渤海油田穩(wěn)產3 000萬噸基礎上，力爭上產4 000萬噸發(fā)揮著舉足輕重的力量。

海上稠油熱采開發(fā)最重要一環(huán)為向井下注入高溫蒸汽，為保證高溫蒸汽管線運行安全、可靠，必要對整個蒸汽管線運行工況做出透徹、全面分析。文章重點針對海上稠油熱采蒸汽管線穿甲板過程中出現的問題，深入檢出的分析，總結出適用于海上稠油熱采蒸汽管線穿上甲板防雨設計方案。

1 海上平臺管線穿甲板現狀

海上平臺管線穿甲板主要分為兩種：非防火甲板和防火甲板。

1.1 非防火甲板

非防火甲板分為“A”類型(如圖1所示)和“B”類型(如圖2所示)。

圖1 非防火甲板穿墻管線“A”型

圖2 非防火甲板穿墻管線“B”型

“A”類型管線橫穿甲板，甲板與管線留有3 mm間隙，如果管線帶有保溫，保溫層外壁與甲板留有3 mm間隙，管線周圍設有護管。“B”類型管線橫穿甲板，甲板與管線留有3 mm間隙，管線上焊接可承擔彈性防水封堵材料的支架，如果管線帶有保溫，保溫層外壁與甲板留有3 mm間隙，管線上焊接可承擔彈性防水封堵材料的支架，管線周圍設有護管。

1.2 防火甲板

防火甲板分為“A”類型(如圖3所示)、“B”類型(如圖4所示)、“D”類型(如圖5所示)、“E”類型(如圖6所示)。

圖3 防火甲板穿墻管線“A”型

“A”類型管線橫穿甲板，管線周邊設有剛護板，剛護板與甲板焊接，鋼護板與管線支架填充防火填料，鋼制護管長度(L)應該≤300 mm，穿艙件應根據《國際耐火試驗程序應用規(guī)則》進行試驗。防火密封填料的選擇應考慮防火實驗認證，鋼制護管長度不應超出300 mm。

“B”類型用于可焊接管線橫穿甲板，管線與甲板之間用加強版焊接。

圖4 防火甲板穿墻管線“B”型

“D”類型用于FRP&PVC管線橫穿甲板，管線在橫穿甲板處變?yōu)闈M足介質要求的金屬短接，金屬短接與甲板之間用加強版焊接。加強板材料應與管線材料相匹配。如果不匹配，應采用特殊焊接工藝，如果管線內、外部要求有涂層，那么支架將在管線涂層前與管線焊接完畢，或者采用其它不破壞管線涂層的工藝。距離(L)應該≥900 mm，如果距離(L)<900 mm。穿墻管線“D”型應有符合FTP規(guī)范的防火測試證書。

圖5 防火甲板穿墻管線“D”型

“E”類型用于螺紋管線橫穿甲板，鋼鑄管箍與甲板直接焊接。

圖6 防火甲板穿墻管線“E”型

2 海上稠油熱采蒸汽管線穿甲板分析

2.1 蒸汽管線整體狀況

根據渤海油田某稠油熱采平臺蒸汽管線應力計算結果顯示(如表1所示)，X軸最大水平位移-36.382 mm，Z軸最大水平位移-58.719 mm，Y軸最大垂直位移為10.689 mm。標準中規(guī)定對位移超過25 mm管線要單獨考慮位移對周邊支架等障礙物影響情況。

表1 渤海油田某稠油熱采平臺蒸汽管線應力計算結果

蒸汽管線因受高溫變等條件因素影響，應力計算位移很大，根據上表計算結果，水平位置最大58.719 mm，管線位移對周邊支架、管線、護管、設備等間距提出較高要求，我們通過計算得出蒸汽管線不同部位的最大位移，設計過程對大位移蒸汽管線周邊提前考慮必要的位移量，避免產生干涉。

2.2 蒸汽管線穿甲板分析

平臺蒸汽管線穿上層甲板2處，應力計算報告中3“-ST-52026-G2BH-HT05穿上層甲板點為660，3“-ST-52126-G2BHHT05(如圖7所示)穿上層甲板點為1 130，這兩處蒸汽管線橫穿平臺26.5 m甲板。

圖7 蒸汽管線穿上層甲板點

經過應力計算660點水平最大位移為-33.459 mm，1 130點水平最大位移為-28.514 mm。可以得出蒸汽管線穿平臺上層甲板最大位移約34 mm(如表2所示)。

表2 應力計算各點位位移量

2.3 蒸汽管線穿甲板封堵設計

因管線橫穿上層甲板，為了防止雨水通過立管與護管的間隙進入內部，通常采用防水填料進行護管封堵。但是，如果管道內部介質為高溫高壓介質，因高溫高壓引起的較大熱位移，會導致立管擠壓防水填料，致使密封效果較差。同時，對于進一步修補防水填料的反復工作，效果不佳，也會大大增加因修補防水填料造成的人力物力的浪費[1]。

上文介紹的穿甲板形式已不滿足稠油熱采蒸汽管線穿上甲板要求，為了能夠滿足蒸汽管線高溫、大位移要求，設計一種高溫高壓管道防雨裝置勢在必行。

根據應力計算結果，蒸汽管線穿平臺上層甲板最大位移約34 mm，為了保證足夠安裝可靠，我們設計防雨裝置滿足60 mm位移最大值。整個防雨裝置分為護管部分和罩殼部分及保溫部分。護管部分根據蒸汽管線直徑及30 mm保溫計算得出，護管直徑為268.9 mm，可選取10吋管線切割75 mm。此部分主要阻擋甲板雨水流入裝置內部。

罩殼部分為直徑426.4 mm圓環(huán)，中間開孔直徑92 mm，開孔直徑比管外徑大2.1 mm，保證管線順利穿入圓環(huán)，圓環(huán)下面焊接426.4 mm圓管，長度50 mm。罩殼圓環(huán)與管線焊接位置距離甲板85 mm，即罩殼與護管重合20 mm，防止雨水從側面濺入護管中。同時要求在水平方向距離管道護管60 mm，以免高溫高壓蒸汽管道的熱位移引起管道護管與罩殼的擠壓碰撞。

保溫部分采用氣凝膠材料，包裹在罩殼外層，防止高溫蒸汽管線熱傳導灼傷人員。防雨裝置外形圖如圖8所示。

3 結語

文章首先對海上平臺常用管線穿甲板形式進行了分析介紹，然后通過分析稠油熱采蒸汽管線穿甲板各種影響因素，設計出一套適用于高溫、大位移蒸汽管線防雨裝置，完善了渤海油田稠油熱采蒸汽管線設計，為后續(xù)稠油熱采項目奠定了基礎。

圖8 防雨裝置外形圖