海底管道如何施工(海底管道铺设)

海底管道将海上油气田、石油储存设施或陆上加工终端连接成一个有机整体，使海上生产设施的各个环节通过管道形成相互联系、协调的生产操作系统。海上油气管道的泄漏往往是由腐蚀引起的，一般包括内腐蚀和外腐蚀两类。在我国，防护内腐蚀的主要方法是使用缓蚀剂和不锈钢。以环氧树脂为内涂层的海底管道仅在国外得到广泛应用。大量实验证明，碳钢在Cl-和CO2环境中局部腐蚀速度非常快。添加内涂层后，可以大大降低腐蚀速度。例如，中东地区广泛采用以熔融环氧粉末（FBE）为内涂层的海底管道，以防止管道内腐蚀，延长管道使用寿命，降低管道内介质的输送阻力。与金属复合管相比，FBE内涂层管的制造成本较低。具有内涂层的海底管道也需要在节点内部进行修复，而这通常在铺管船上进行，以保证内涂层防腐减阻效果的连续性。

液体环氧自动喷涂是一种高科技的海底管道节点内部防腐工艺。其在国内管道敷设工程中的应用尚无先例。全球拥有成熟的自动喷涂设备和海上施工能力的公司屈指可数。结合国外某海底管道工程的施工情况，介绍了液体环氧自动喷涂施工及施工设备，并给出结论和相关建议。

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LE涂层材料简介

海底管道敷设工程中，油气混合管道主要含有原油，介质呈中酸性（H2S分压为102Psi，CO2分压为78Psi，氯离子含量为mg/L），最高工作温度71.1，最高设计温度82.2。根据项目设计要求，管体涂层为FBE，内接缝涂层为液体环氧树脂。液体环氧（LE）材料为SP-9888，与该项目海底管道的FBE内涂层相容性良好，非常适合自动化喷涂。SP-9888是基于零挥发酚醛技术制造的。该材料固化后形成高度交联的涂层，具有优异的耐化学腐蚀、耐溶解、耐水浸性能。它是100%固体，挥发性有机化合物为零。高耐磨等特点，可以获得较厚的涂层，单层涂层结构，优异的抗冲击性能，良好的流动性，见图1。

图1海底管道节点内液态环氧涂层

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LE涂层的施工

为确保施工程序、材料、施工效率等参数满足项目需要，根据项目业主要求，海底管道敷设前必须遵循程序资格预审（PQT）和预生产预审（PPT）程序开始。按要求进行PQT、PPT测试，验证涂装工艺、设备、材料及人员操作水平是否符合要求。LE的主要施工程序包括表面处理、搭接位置处理、焊后外观检查、表面抛丸、LE涂层和检查。

2.1表面处理

表面处理的主要方法是喷砂，其工艺特点与节点外防腐喷砂基本相同。喷砂时，海底管道在管道旋转设备的带动下以一定的速度旋转，喷砂人员手持喷砂管头进行喷砂，如图2所示。

图2喷砂

按照SSPC-SP1标准去除钢材表面的污染物和油脂。如有必要，用清水冲洗，以减少钢材表面的盐分含量。喷砂处理达到SSPC-SP10级，粗糙度、清洁度、含盐量满足工程规范要求。本工程粗糙度要求50~125m，洁净度至少达到ISO8502-3二级，按照ISO8502-6和ISO8502-9方法盐分检测结果2g/cm2。对于搭接区域的处理，用抛光设备或类似设备将管体端部约6.5毫米长的涂层去除，以便处理过渡坡度，同时去除损坏的涂层和水分已经渗透到涂层和基材之间。然后用适当的气压将搭接区域喷砂打毛，搭接宽度为25~50毫米。

海底管道在陆地上储存或运输过程中，会进入一些灰尘、沙子或其他污染物；在海上施工过程中，一些设备（如坡口、内部吹口等）会在海底管道内部工作，并接触到海底管道内表面或空气相对湿度超过85%的情况。这些条件不利于控制待喷涂表面的质量。因此，需要采取措施保证管道的清洁度，并保证与海底管道内表面接触的所有设备不会划伤或损坏表面和管体内的FBE涂层。主要措施有：一般采用淡水清洗海底管道，清洗完毕后用管帽密封管口，防止污染海底管道内表面。在海上施工过程中，如果发现管道内需要进一步清理，一般可以采用清管球对海底管道内部进行整体清理。清管球支架呈圆柱形，为金属材料，支架直径略小于海底管道内径。支架的重量需要适当控制，否则会影响清洁效果。清球的表面应覆盖毛巾或类似材料；喷砂工作在管端内部进行，应使用管塞，防止磨料进入管内，不易清理。保持管内环境清洁，保护管体涂层不被破坏，提高缩口（管端金属表面保留长度）区域喷砂效率；所有与海底管道内表面接触的设备均需对其接触面或点进行保护，防止损坏管体涂层或损坏已处理的基材表面，并在处理后需进行喷砂处理。坡口加工完成，防止加工碎片划伤处理后的表面；如果相对湿度>85%，需要创造一个相对湿度可控的环境。一般在喷砂管道末端建一个工作棚，并采用除湿机或工业空调，使工作棚内相对湿度<85%； 用记号笔在距试件端部一定距离处进行测试。 零件内部应标出节点编号，以保证节点内部喷涂质量的可追溯性。标记应具有对比色，并且不含油脂和氯化物。

2.2根部焊缝内表面外观检查

管端喷砂后，待喷涂表面需经过焊接退磁、焊接预热、坡口组装、后盖焊接等工序，才能最终进入喷涂工序。其中，坡口组对和焊接环节对被喷涂表面质量影响最大，出现频率最高。组装完成后、焊接开始前，坡口需要预热。内部锤头中的油脂可能会液化并滴到待喷涂的表面上。此外，焊接还可能产生一些焊接缺陷，如熔深不良、焊接飞溅增强、表面尖锐等过高不易扫除的缺陷。为了保证待喷涂面的质量，后盖焊接后需对待喷涂面进行目视检查（内窥镜检查，见图3）。这种检查是由专用检查设备完成的（该设备一般位于焊接对中器之后，并与内对中装置机械连接，并与内对中装置同步移动），以保证整个待喷涂区域的喷涂性。一般情况下，如果目测焊缝补强>1.5mm，焊接飞溅粒径较大，有尖锐表面，或表面有油污，则需直接重新焊接，除非有打磨条件和清洁表面都满足（例如当有人钻入海中时，在管道内部进行磨削或在内部对中装置后安装外部磨削设备）。

图3焊道内部外观检查

2.3喷涂前表面抛丸处理

电脑控制的防腐车首先将离心式抛丸盘定位在焊缝区域，然后启动抛丸清理和真空恢复程序。程序中的控制参数主要包括抛丸速度、抛丸时间、螺杆运行宽度等，这些参数均已通过PQT和PPT进行了评估。抛丸清理的方法是先顺时针方向旋转，然后再逆时针方向旋转。这项清洁工作主要用于去除表面的铁锈、碎片、灰尘或细小颗粒。较大颗粒的焊接飞溅物或油污无法去除。最后在内防腐小车上旋转摄像头360，确认灰尘、焊接烟雾等是否已清理干净。

2.4液体环氧树脂自动喷涂

根据SP-9888材料制造商的建议，待喷涂表面温度需保持在15~60（基材表面温度不可太高，否则重喷涂时间会太短）补漆作业时间紧张），通过PQT或PPT测试最终确定喷涂工艺参数（喷涂盘转速、供漆流量、喷涂往返宽度、喷涂时间等），并直接由系统控制。电脑。施工期间以正常铺管为主，铺管效率稳定。铺管作业线上的焊接、焊缝检测、节点涂敷均高效进行。节点内的防腐设备可以按照设定的程序对各个节点进行处理。节点用于连续喷涂操作。当海况较差或某些特殊情况必须缓慢敷设时，节点内部防腐需要相应降低喷涂效率以匹配管道敷设效率。

高速喷盘来回移动所能达到的喷涂区域宽度约为200毫米（以削减60毫米为基础且不超过粗糙化重叠区域）。考虑到喷涂后可能需要进行局部修补，正常喷涂厚度设计为500~1000m，需留有一定的厚度余量（一般为500m），最大涂层厚度不超过1500m，喷涂厚度由计算机软件控制。

如果发现局部喷涂不足，操作人员可以通过调整喷涂小车的位置重新喷涂该区域或对整个节点进行喷涂。但需要注意的是，重新喷涂需要在最大重新喷涂间隔内进行。最大重喷时间间隔由材料自身特性决定。一般来说，材料制造商会提供推荐值。例如，当涂层环境温度为30时，SP-9888液体环氧材料的最大重喷时间间隔为2.4h，当环境温度为60时，最大重喷时间间隔缩短为25h分钟。

2.5最终检验

通过内防腐小车上的360可旋转摄像头，喷涂操作人员和防腐QC人员目视检查喷涂后的表面状况，以验证缩口、焊缝区域和搭接区域（至少25mm）是否被完全覆盖。是否有肉眼可见的针孔缺陷，喷涂面积是否超出粗化搭接面积。如果喷涂面积超出粗化搭接区域很少或未粗化的管道涂层上有分散的喷涂点，在不影响接缝处整体防腐涂层质量的前提下是可以接受的。同时检查标记的节点编号，将这些视频和照片数据存档并提交给所有者用于存档目的。目视检查结果需经喷涂操作人员和防腐QC人员认可，并记录在施工日报中。

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LE涂层施工设备

LE自动化喷涂工艺需要喷砂、焊后外观检查和喷涂等操作。焊后外观检测设备的结构比较简单。下面主要介绍喷砂系统和专门设计的自动化喷涂设备。

3.1喷砂设备和焊道检测设备

主要包括空气压缩机2台（一用一备）、空气干燥设备1套、储气罐1个、气体制备系统2套（调节最终喷砂气体压力）、喷砂回收系统2套（喷砂砂粒回收、喷砂头及管道）；便携式喷砂机1套，结构简单，喷砂气压较低，只能用于轻度喷砂。主要用于清理灰尘和去除新浮锈。一般用于焊接。切割后内部喷砂去除浮锈；旋转管道系统1套，包括2套旋转滚筒、1个液压动力站和1个中央控制设备，见图4；由于海底管道敷设对施工效率要求较高，因此喷砂系统常采用旋转管道设备来提高喷砂效率。本项目使用的外观检测设备比较简单，只有一个内窥镜，如图5所示。一般来说，管端喷砂系统是常规设备，喷砂效果良好，但占用空间较大。

图4管道传输设备

3.2自动化喷涂车

节点内喷涂在海底管道内部进行。根据海底管道直径选择相应规格的全自动喷涂设备。该喷涂车集成了多个功能模块，如图5所示。它包括一个爬行动力单元，为内部防腐车提供爬行动力；电池组为爬行、清洁、喷洒等功能模块提供动力；离心式抛丸清理机构，清理被喷涂表面的灰尘、焊接飞溅物小颗粒及其他附着颗粒、被喷涂表面杂物等；真空回收装置回收喷砂；喷涂单位负责按照设定程序进行喷涂；检查设备由摄像系统组成，主要用于防腐车内部及喷涂前后表面的定位检查、节点数检查等。

图5根珠检查设备

内部防腐车的电池需要定期更换或充电，喷砂磨料和液体环氧材料也需要根据消耗情况及时添加。以36英寸以内的防腐设备为例，每12小时或每50个节点需要更换电池。内防腐车每次出海管道时，必须进行校准和检查，必须进行完整的喷涂程序，并计算所喷漆的总质量和油漆的混合比例（环氧漆按体积计算）应进行记录以确保和验证设备的运行。稳定性和精度。另外，校准检查后，需要确认液态环氧树脂和固化剂是否超过材料制造商推荐的最高温度，并在校准有效期内使用测温探头测量每种材料的实际温度。液态环氧树脂最高温度为65，固化剂最高温度为45。所有测试信息必须记录在防腐车出口报告中。此外，还需要检查钢砂磨料的状态。每次给内部防腐车充电或更换电池时，请检查钢砂磨料的状态。主要检查磨料的规格是否明显降低，磨料是否被水或油脂污染。如果发现异常，则需要更换磨料。如果控制信号丢失或设备故障，防腐车无法正常爬行，需要启动紧急锁定功能等待救援车救援。

3.3控制系统

控制系统主要包括：主机1台、可显示模拟动画的控制程序1套、显示屏若干个、外观检测设备控制系统1套、对讲机1套（可与管端内部预喷砂工作站及内部防腐台车维护（用于与站内人员进行沟通，如传达操作指令或确认一些操作信息等），这些设备都集中在集装箱内，如图6所示。所有施工动作都将由经验丰富的人员控制团队领导者。

图6内部防腐设备控制系统

控制系统的主要功能包括：观察各工作区域的运行情况，包括甲板区域的喷砂工作、内部防腐设备的维护工作以及作业线0-1站的设备功能测试工作；ETC。发送控制信号，控制焊道背面的外观检查动作和喷涂车的动作（爬行、喷砂、清砂、喷涂、喷涂后外观检查）。

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结论和建议

4.1结论

该项目是我公司承建的第一个国际节点内防腐施工的管道敷设项目。该项目为节点内防腐技术在国内海底管道工程中的应用积累了丰富的施工管理经验，但也发现了目前国际上节点内防腐施工技术的不足：在国际项目中，内部防腐涂层一般不进行加速固化和厚度、渗漏点等检测，只有通过严格的过程控制才能保证涂层质量。涂层质量评价方法主要依据经验。富有的喷涂操作人员和防腐QC人员依靠喷涂设备上的内窥镜进行目视检查。虽然这种涂层质量控制方法得到了沙特阿美等一些国家业主的认可，但存在一定的主观性；节点内部防腐设备相对复杂。施工过程中需要严格控制设备稳定性和控制信号稳定性。每次喷涂前后都需要测试内部防腐设备的运行情况，这在一定程度上影响了施工效率。

4.2建议

国内少数企业已经拥有国产自动化喷涂设备，但缺乏对海底管道施工条件下喷涂质量稳定性的广泛验证。该技术若要在国内工程应用中得到广泛应用，就必须探索科学、合理、可靠的液体环保方法。氧镀层质量保证措施或制定新的镀层质量检测方法并进行充分验证。建议从这几个方面加强工艺控制：在管端表面处理工艺中，喷砂设备在船上占用较大空间，一般增加了设备布置的难度。建议使用或开发更小型的喷砂设备；焊接完成后，建议使用内窥镜与激光扫描配合使用，以获得更准确的表面状况信息并确定表面的可喷涂性；对于无法喷涂的表面情况，建议使用打磨设备，避免出现割伤，严重影响铺装。管道效率；管端喷砂后焊缝完成。建议加强内部防腐设备的清洗功能，更好地保证焊道区域的粗糙度；建议采用后端焊接质量较高的焊接工艺，如钨极氩弧焊或STT（表面张力转移）自动焊或CMT（冷金属转移）等，尽量保证焊接的平整度。焊接后的内表面。

来源：涂料行业

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