第四章管道工程施工

1第四章管道工程施工在油气田地面工程中，管道工程占有非常重要的地位，通过管道可以进行密闭收集和输送石油、天然气、含油污水、轻质油、净化水，进行油田注水、注聚合物、注气、工业及民用采暖供热、通风、排污、消防等作业。本章主要对油气田地面建设中常用的管道从分类、组成、安装、验收等方面进行介绍。第一节管道的分类管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。管道的种类很多，材质和用途多样，在油气田地面建设中最为常用的是碳素钢和低合金钢质管道。1．按设计压力（P）来分类（1）真空管道：一般指P＜0.1MPa（绝对压力）或表压在负压的管道，如油气田上原油稳定的负压抽气管道和天然气脱水的抽空管道等都是真空管道。（2）低压管道：一般指0.1MPa≤p≤1.6MPa的管道。这类管道用得最多，如油气田上的给排水管道、常压罐进出口管道、污水管道、天然气放空管道、排污管道和通风管道等都是低压管道。（3）中压管道：一般指1.6MPa＜P≤10MPa的管道。这类管道也经常用，如油气田上的外输油管线、输气管线等一般都是中压管道。（3）高压管道：一般指10MPa＜p≤100MPa的管道。如油气田上的注水、注气、注聚合物管道等都是高压管道。（4）超高压管道：一般指p＞100MPa的管道，习惯上称为超高压管道。油气田地面工程中尚无此类管道。根据《特种设备安全监察条例》规定，压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。另外，在《压力管道安装许可规则》TSGD3001中，压力管道安装许可类别和级别分为：（1）GA类（长输管道）：分为GA1级和GA2级。（2）GB类（公用管道）：分为GB1燃气管道和GB2热力管道。（3）GC类（工业管道）：分为GC1、GC2和GC3三级。其中GC1级安全等级最高；GC3级安全等级最低,该类管道是油田地面建设中应用最为广泛的管道。（4）GD类（动力管道）：分为GD1级和GD2级。2．按工作温度来分类（1）低温管道：一般指工作温度低于－40℃的管道，如油气田上用于天然气深冷加工的管道。为了避免由于低温使管道产生冷脆而影响管道的机械强度，所以低温管道一般宜用低合金管材或紫铜管材。（2）常温管道：一般指工作温度为﹣40～120℃的管道，如油气田上的石油、天然气集输管道，2给排水管道，注水管道等大部分都属于这种常温管道。（3）中温管道：一般指工作温度为121～450℃的管道，如油气田上的高压蒸汽管道、天然气干醇脱水管道等都是中温管道。中温管道一般用优质碳钢制成。（2）高温管道：一般指工作温度高于450℃的管道，为了保证管道在高温情况下照样安全生产，所以高温管道管材一般应选用耐热不锈钢或合金钢。3．按管道材质分类（1）钢制金属管道。如普通碳钢、不锈钢、合金钢管道、铸铁管道等。（2）有色金属管道。如纯（紫）铜管道、黄铜管道和铝管道等。（3）非金属管道。如塑料管道、复合管道、混凝土管道和玻璃钢管道等。4．按管道敷设方式分类（1）室内管道：室内管道又分明装和暗装两大类。明装分架空敷设和地面敷设。架设在支架或支墩上，即架空敷设的管道。一些高架和低架的架空管道形成管廊和管带。（2）室外管道：室外管道又分地下管道和地上管道。地下管道敷设分有地沟敷设和无地沟敷设（埋置）。地下有地沟敷设分为通行式地沟、半通行式地沟和不通行地沟。5．其它分类管道除上述几种分类外，还可以按用途分类，油田常见的有油气集输管道、原油外输管道、天然气外输管道、注水管道、污水管道、供热管道等。此外，管道还可以根据管道相对位置和管子的通径进行划分，本章不进行详细叙述。第二节管道组成件为了输送液体或气体，必须使用各种管道，管道中除了主要的各种管子以外，还要用到各种管道配件（简称管件），例如，管道拐弯时要用弯头，管道变径时要用大小头，管道分叉时要用三通，管道接头与接头相连接时要用法兰，为达到开启输送介质的目的，还要用各种阀门，为减少热涨冷缩或频繁振动对管道系统的影响，还要用膨胀节等等。此外，在管路上，还有与各种仪器仪表相连接的各种接头﹑堵头等。一、管子管子是管道中应用最普遍、用量最大的元件，管子的好坏及其安装的质量，直接影响着油气田地面工程的生产安全。在油气田地面工程中，最为常用的管子有钢制管道、不锈钢管道、防腐保温钢制管道、玻璃钢管道、复合管道等。1．钢制管道钢制管道俗称钢管，是目前油气田地面建设工程上使用最为广泛的一种管道，约占整个油田地面管道工程的90%，所以本章重点介绍钢制管道的工程。钢管按其制造方法分为无缝钢管和焊接钢管两种。无缝钢管用优质碳素钢或合金钢制成，有热轧、冷轧（拔）之分。焊接钢管是由卷成管形的钢板以对缝或螺旋缝焊接而成，按成型方法分为螺旋焊缝钢管和直焊缝钢管。1）无缝钢管3无缝钢管是油气田地面工程中应用最多的管子，无缝钢管的强度高、规格全，广泛用在油气田原油集输管道、天然气集输管道、注水管道、蒸汽管道等。无缝钢管可以用普通碳素钢、普通低合金钢、优质碳素结构钢、优质合金结构钢和不锈钢制成，在油气田地面工程常见有碳素钢、低合金钢制成。无缝钢管按照生产工艺的不同分为热轧和冷拔两种。目前我国油气田常用冷拔管外径是4~200mm，钢管通用长度是1.5~9m的各种规格；热轧钢管的外径较大，油田常见的是32~630mm，通用长度是3~12.5m。热轧无缝钢管包括一般无缝钢管、合金钢管、不锈钢管、锅炉钢管、石油钢管等。2）焊接钢管焊接钢管（俗称黑铁管），将焊接钢管镀锌后则称为镀锌钢管（俗称白铁管）。按焊缝的形状可分为直缝钢管、螺旋缝钢管和双层卷焊钢管；按其介质不同又可分为水、天然气、油输送钢管；按壁厚分薄壁管和加厚管；按其生产时采用的焊接工艺不同可分为连续炉焊（锻焊）钢管、电阻焊钢管和电弧焊钢管三种。直缝钢管主要用于输送水、仪表空气等低压流体和制作结构零件等。镀锌管能防锈蚀，常用于仪表空气系统。螺旋缝钢管按照生产方法可以分为单面螺旋缝焊管和双面螺旋缝焊管两种。单面螺旋缝焊管用于输送水等一般用途，双面螺旋焊管用于输送石油和天然气等特殊用途。3）防腐保温钢制管道在油气田地面工程建设中，地下敷设的管道占油田管道的一大部分，为了提高管道敷设效率和安装质量，一般情况下，地下管道为管道预制厂加工合格的防腐保温成品管道。随着科学技术的发展，近几年防腐保温管道类型越来越多，性能也越来越好，在油气田地面建设中主要包括：沥青防腐管、PE防腐管和聚氨酯泡沫塑料保温管等。沥青防腐管按防腐结构分为普通级、加强级和特加强级，在使用时要考虑输送的介质情况、土壤环境和现场实际需要确定沥青防腐管的防腐等级。PE防腐管是近几年在油气田发展起来的防腐管道，它具有使用寿命长、防腐强度高，不易损坏等优点，不但延长了地下管道的更换周期，而且大大节约了成本。常用的有2PE防腐管和3PE防腐管等类型，常用的管径范围在Φ60～Φ1420mm之间，常用的壁厚范围在2.5～24mm之间。聚氨酯泡沫塑料保温管是油气田管网施工中最为常见的防腐保温管道，它具有保温效果好、耐温性好、防水性强、抗压性高等优点，主要用在油田输油管道、掺水热洗管道、热水管道等领域。2．非金属管材油田集输系统多在高温、高压条件下运行，对非金属管道的可靠性要求非常高。目前，在油气田使用的非金属管道品种有玻璃钢管道、钢骨架塑料复合管、连续增强塑料复合管和塑料合金复合管等。1）玻璃钢管道玻璃纤维增强塑料简称“玻璃钢（FRP）”，是由玻璃纤维和环氧树脂组成的复合材料。新型复合玻璃钢材料已经在工农业生产和人们生活中发挥着越来越重要作用。90年代中期，我国首次在三次采油工艺中采用高压玻璃钢管道和玻璃钢储罐。玻璃钢管是由玻璃纤维增强材料、热固性树脂和填料通过复合工艺组合而成的复合型管材。玻璃钢管道通常分为中、低压型和高压型，其中工作压力2MPa以下为低压型，工作压力2～7MPa为中压型，工作压力7～25MPa为高压管道。高压玻璃钢管道主要应用于高压注水、注聚合物工程，中低压玻璃钢管道主要应用于给排水系统。4不同工作压力的管道其连接方式不同，低压管道通常采用承插连接、法兰连接或管接连接等多种形式；高压管道通常采用带API圆螺纹的敦粗管端和整体接头方式，管道采用50～100mm优化接头定位环固定，API标准8螺距外加厚长螺纹连接，螺纹接头采用螺纹密封剂密封，接头处按标准进行局部加厚。螺纹压制成形，玻璃纤维不切断。国产纤维缠绕酸酐固化环氧树脂蓝条纹玻璃钢管直径范围为40～150mm，工作压力为3.5MPa～24MPa，最高工作温度为80℃，使用寿命为35年。进口玻璃钢管直径范围为25～1200mm，最高工作压力为27.6MPa，最高工作温度为135℃。玻璃钢管具有多项优异特性，其水力坡降仅为钢管的50%，重量仅为钢管的1/5～1/3，比强度是钢管的2.5倍，比模量是钢管的4倍，轻质高强，耐腐蚀性好，并具有较好的韧性，最小弯曲半径为60m。但也有薄弱之处，低压玻璃钢管道强度低，抗冲击能力差，易破损；材质脆性大，施工要求条件高；在施工或维修时，粘接条件的环境温度必须在6℃以上进行，同时固化时间一般需要4h以上，冬季维修有一定难度。玻璃钢管道的连接形式可分为两大类，即胶接连接和机械连接。其中胶接连接分为：对接包缠连接、搭接包缠连接、承插口斜面胶接。机械连接分为：承插口连接、法兰连接、螺纹连接。目前油田地面建设工程上，大口径玻璃钢管道多以承插连接，然后进行包缠密封。小口径管道多以螺纹连接，然后进行刷胶密封。2）连续增强塑料复合管（RTP）连续增强塑料复合管（英文名称为：ReinforcedThermoplasticPipe简称RTP）是以交联聚乙烯（PE-Xb）或耐热聚乙烯（PE-RT）为基体材料，高强度钢丝编织网为增强材料，在基体与增强材料间通过高效粘接剂热粘接而形成的多层复合非金属管材。它以耐高压和输送介质温度高为其主要特点，并且根据用户要求长度定长制造，中间无需管件连接,可靠实现了高压高温介质连续输送。连续增强塑料复合管采用增强电熔套管连接，与设备或金属管道连接采用扣压接头或增强电熔接头法兰。该管道使用的温度为﹣42℃～65℃，普通管道使用压力为10MPa，增强管道使用压力最大可达32MPa。该管道最大的特点是单管长度200～1500m，因此现场连接接头少，如果内敷钢丝或钢带，方便探测。目前在油气田地面建设工程中主要用于油、气、水集输管线，特别适用于高含硫的油、气、水等介质的输送。3）钢骨架塑料复合管钢骨架塑料复合管是以壁厚为5mm的普通低碳钢丝网为骨架，高密度聚乙烯为基体，在生产线上将钢丝点焊成网并同步进行塑料挤出填注、连续拉膜成型的双面防腐压力管道。该管道具有较高的强度、刚度和抗冲击性，主要用于石油、天然气、化工、市政、船舶领域作中压管道等。目前在油气田地面建设中主要用于聚合物母液管道、污水管道、清水管道等领域。钢骨架塑料复合管连接采用法兰或电熔连接，技术成熟，管件规格配套齐全。其优点是：抗机械性能好，能够承受一定的冲击强度和拉伸强度；内表面光滑，水力摩阻小，不易结蜡、结垢；热传导系数低，保温性能优良。但也存在不足：施工过程中需要的设备比较多，必须由专业队伍施工和维护；和钢制管道相比，在外力作用下易于破损；另外，管道一但冻结后，会出现冻胀现象，无法采取电加热解堵。4）耐蚀合金复合管结构耐蚀合金复合管结构管道以碳钢管为基管，将薄壁耐蚀合金钢管同轴装入基管内表面，用炸药或燃爆气体产生的瞬间动能，使衬管发生塑性变形，基管发生弹性变形，基管衬管粘合紧密形成复合层。基管承受输送压力，内衬管耐腐蚀、耐高温。根据不同介质，内衬层材料的特点也不同：（1）316L不锈钢：是含钼不锈钢，最大含碳量0.03%，具有优异的耐腐蚀性能和良好的机械力5学性能，具