海上稠油熱采蒸汽管線穿甲板的防雨設(shè)計(jì)

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

0 引言

最新數(shù)據(jù)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(guó)渤海灣已探明多個(gè)稠油油田，儲(chǔ)量巨大。為相應(yīng)國(guó)家號(hào)召，實(shí)現(xiàn)最大限度石油、天然氣自足，保障能源安全，大力開(kāi)發(fā)渤海稠油被中國(guó)海洋石油提上日程，渤海區(qū)域稠油開(kāi)發(fā)為渤海油田穩(wěn)產(chǎn)3 000萬(wàn)噸基礎(chǔ)上，力爭(zhēng)上產(chǎn)4 000萬(wàn)噸發(fā)揮著舉足輕重的力量。

海上稠油熱采開(kāi)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(yùn)行安全、可靠，必要對(duì)整個(gè)蒸汽管線運(yùn)行工況做出透徹、全面分析。文章重點(diǎn)針對(duì)海上稠油熱采蒸汽管線穿甲板過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，深入檢出的分析，總結(jié)出適用于海上稠油熱采蒸汽管線穿上甲板防雨設(shè)計(jì)方案。

1 海上平臺(tái)管線穿甲板現(xiàn)狀

海上平臺(tái)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(shè)有護(hù)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(dān)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(dān)彈性防水封堵材料的支架，管線周圍設(shè)有護(hù)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(shè)有剛護(hù)板，剛護(hù)板與甲板焊接，鋼護(hù)板與管線支架填充防火填料，鋼制護(hù)管長(zhǎng)度(L)應(yīng)該≤300 mm，穿艙件應(yīng)根據(jù)《國(guó)際耐火試驗(yàn)程序應(yīng)用規(guī)則》進(jìn)行試驗(yàn)。防火密封填料的選擇應(yīng)考慮防火實(shí)驗(yàn)認(rèn)證，鋼制護(hù)管長(zhǎng)度不應(yīng)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(qiáng)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(zhì)要求的金屬短接，金屬短接與甲板之間用加強(qiáng)版焊接。加強(qiáng)板材料應(yīng)與管線材料相匹配。如果不匹配，應(yīng)采用特殊焊接工藝，如果管線內(nèi)、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(yīng)該≥900 mm，如果距離(L)<900 mm。穿墻管線“D”型應(yīng)有符合FTP規(guī)范的防火測(cè)試證書(shū)。

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(jù)渤海油田某稠油熱采平臺(tái)蒸汽管線應(yīng)力計(jì)算結(jié)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定對(duì)位移超過(guò)25 mm管線要單獨(dú)考慮位移對(duì)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(tái)蒸汽管線應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

蒸汽管線因受高溫變等條件因素影響，應(yīng)力計(jì)算位移很大，根據(jù)上表計(jì)算結(jié)果，水平位置最大58.719 mm，管線位移對(duì)周邊支架、管線、護(hù)管、設(shè)備等間距提出較高要求，我們通過(guò)計(jì)算得出蒸汽管線不同部位的最大位移，設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)大位移蒸汽管線周邊提前考慮必要的位移量，避免產(chǎn)生干涉。

2.2 蒸汽管線穿甲板分析

平臺(tái)蒸汽管線穿上層甲板2處，應(yīng)力計(jì)算報(bào)告中3“-ST-52026-G2BH-HT05穿上層甲板點(diǎn)為660，3“-ST-52126-G2BHHT05(如圖7所示)穿上層甲板點(diǎn)為1 130，這兩處蒸汽管線橫穿平臺(tái)26.5 m甲板。

圖7 蒸汽管線穿上層甲板點(diǎn)

經(jīng)過(guò)應(yīng)力計(jì)算660點(diǎn)水平最大位移為-33.459 mm，1 130點(diǎn)水平最大位移為-28.514 mm。可以得出蒸汽管線穿平臺(tái)上層甲板最大位移約34 mm(如表2所示)。

表2 應(yīng)力計(jì)算各點(diǎn)位位移量

2.3 蒸汽管線穿甲板封堵設(shè)計(jì)

因管線橫穿上層甲板，為了防止雨水通過(guò)立管與護(hù)管的間隙進(jìn)入內(nèi)部，通常采用防水填料進(jìn)行護(hù)管封堵。但是，如果管道內(nèi)部介質(zhì)為高溫高壓介質(zhì)，因高溫高壓引起的較大熱位移，會(huì)導(dǎo)致立管擠壓防水填料，致使密封效果較差。同時(shí)，對(duì)于進(jìn)一步修補(bǔ)防水填料的反復(fù)工作，效果不佳，也會(huì)大大增加因修補(bǔ)防水填料造成的人力物力的浪費(fèi)[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(shè)計(jì)一種高溫高壓管道防雨裝置勢(shì)在必行。

根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，蒸汽管線穿平臺(tái)上層甲板最大位移約34 mm，為了保證足夠安裝可靠，我們?cè)O(shè)計(jì)防雨裝置滿足60 mm位移最大值。整個(gè)防雨裝置分為護(hù)管部分和罩殼部分及保溫部分。護(hù)管部分根據(jù)蒸汽管線直徑及30 mm保溫計(jì)算得出，護(hù)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(nèi)部。

罩殼部分為直徑426.4 mm圓環(huán)，中間開(kāi)孔直徑92 mm，開(kāi)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(zhǎng)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(hù)管重合20 mm，防止雨水從側(cè)面濺入護(hù)管中。同時(shí)要求在水平方向距離管道護(hù)管60 mm，以免高溫高壓蒸汽管道的熱位移引起管道護(hù)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(dǎo)灼傷人員。防雨裝置外形圖如圖8所示。

3 結(jié)語(yǔ)

文章首先對(duì)海上平臺(tái)常用管線穿甲板形式進(jìn)行了分析介紹，然后通過(guò)分析稠油熱采蒸汽管線穿甲板各種影響因素，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，為后續(xù)稠油熱采項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。

圖8 防雨裝置外形圖