引　言

大慶油田開發(fā)建設(shè)50年累計(jì)敷設(shè)各類管道超過7萬km，其中使用年限超過設(shè)計(jì)壽命的管道約3萬km。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大慶油田管道平均穿孔率達(dá)到0.354次／(km·a)即每年穿孔10620次。建設(shè)比較早的喇嘛甸油田穿孔率甚至高達(dá)0.7次／(km·a)，投產(chǎn)比較晚的高臺(tái)子油田達(dá)到0.43次／(km·a)。另據(jù)調(diào)查，由于管道腐蝕穿孔更換管道平均費(fèi)用為21.67萬元／km，大慶地區(qū)僅油田系統(tǒng)“十一五”期間計(jì)劃改造管道9200 km，如果全部更新需要投資19.94億元。

　　管道不開挖修復(fù)技術(shù)就是對(duì)損壞嚴(yán)重、瀕臨報(bào)廢的管道在不破壞原管道結(jié)構(gòu)的條件下，長(zhǎng)距離內(nèi)襯防腐層的技術(shù)。該防腐層與原管道形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，原管道起維護(hù)支撐作用，襯里層起防腐作用，可延長(zhǎng)管道使用壽命20年以上。

　　為了降低原油生產(chǎn)成本，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，打造百年油田，我們開展了“油田集輸系統(tǒng)管道不開挖長(zhǎng)距離內(nèi)襯玻璃鋼軟管修復(fù)技術(shù)研究”課題。

　　管道內(nèi)襯技術(shù)有：內(nèi)襯 料管，內(nèi)襯水泥砂漿，內(nèi)襯不銹鋼，內(nèi)襯玻璃鋼等方法。針對(duì)油田集輸管道大多數(shù)是直徑114 mm以下小口徑的特點(diǎn)，我們重點(diǎn)研究開發(fā)“翻轉(zhuǎn)法內(nèi)襯玻璃鋼軟管”技術(shù)。

　　翻轉(zhuǎn)法內(nèi)襯玻璃鋼軟管的基本原理是將帶有防滲透層并浸有熱固性樹脂的纖維增強(qiáng)軟管(以下簡(jiǎn)稱軟管)，采用水壓(或氣壓)將軟管反翻并送入舊管道內(nèi)，使軟管帶有熱固性樹脂層的一面貼附于舊管道內(nèi)壁， 防滲透層成為新管道的內(nèi)表面，采用特定的技術(shù)措施固化成型，形成堅(jiān)固的鋼塑復(fù)合管。本文介紹該技術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

1　玻璃鋼軟管的結(jié)構(gòu)

       玻璃鋼軟管由纖維增強(qiáng)管坯、外防滲透層和管坯內(nèi)浸熱固性樹脂組成。玻璃鋼軟管結(jié)構(gòu)如圖1所示。
     
2　玻璃鋼軟管的材料

       2.1　纖維增強(qiáng)管坯

　　纖維增強(qiáng)管坯是滌綸纖維編織的無縫圓形管筒，它具有強(qiáng)度高、耐熱性好、耐油、耐水、耐化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)，可在70～170 環(huán)境下長(zhǎng)期使用。

       2.2　防滲透層

　　按照油田集輸系統(tǒng)管道輸送原油和污水的要求，我們選擇了兩種防滲透層原料，一是聚氨酯彈性體，二是改性聚氯乙烯。

　　聚氨酯彈性體具有高強(qiáng)度、高彈性和優(yōu)異的耐磨性。聚氨酯彈性體分聚酯型和聚醚型兩種，它們的特點(diǎn)不同，其中聚酯型耐油性好，耐水性稍差；而聚醚型既耐水又耐油。

　　改性聚氯乙烯是在疏松型中等黏度聚氯乙烯(其表面不規(guī)則，斷面疏松多孔呈網(wǎng)狀，容易吸收增塑劑，塑化速度快，加工工藝性能好)中加入丁腈橡膠，使聚氯乙烯具有極好的耐油性、耐熱性和耐磨性；再加入增塑劑提高其柔順性，加入硬脂酸鹽，提高其熱穩(wěn)定性，使其適應(yīng)集輸管道各種使用條件。其最大優(yōu)點(diǎn)就是價(jià)格便宜，僅為聚氨酯彈性體的1／3～1／2。因此，優(yōu)先選擇改性聚氯乙烯作為防滲透層材料。

       2.3　熱固性樹脂膠粘劑

　　經(jīng)過廣泛調(diào)研和大量的試驗(yàn)研究．最后確定用乙烯基酯聚酯樹脂作為膠粘劑。該膠粘劑是酚醛改性環(huán)氧樹脂，除具有環(huán)氧樹脂線脹系數(shù)低、防腐性能好、粘接牢固、強(qiáng)度高、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)外，還具有通用型不飽和聚酯樹脂室溫固化等優(yōu)異的工藝性能，而且價(jià)格較低。

　　由于乙烯基酯聚酯樹脂可在室溫下固化，因此可采用壓縮空氣進(jìn)行翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯，與用水壓翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯比較，其工藝簡(jiǎn)單，操作方便，節(jié)約能源，不污染環(huán)境。

3　翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯玻璃鋼軟管工藝
          

3.1　翻襯工藝

　　翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯玻璃鋼軟管是通過“蝸牛翻轉(zhuǎn)器”實(shí)現(xiàn)的。見圖2。翻轉(zhuǎn)過程如下：
　　將浸有熱固性樹脂(亦稱膠粘劑)的玻璃鋼軟管放置在蝸牛翻轉(zhuǎn)器內(nèi)，在壓縮空氣壓力作用下軟管開始翻轉(zhuǎn)，即浸有熱固性樹脂層朝外，涂有防滲透層朝里轉(zhuǎn)換，而且轉(zhuǎn)換部位不斷前移，直至全部翻轉(zhuǎn)完畢。將翻轉(zhuǎn)的玻璃鋼軟管置入舊管道內(nèi)，則構(gòu)成內(nèi)襯玻璃鋼防腐層。

       3.2　室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

　　2008年我們?cè)谑覂?nèi)對(duì)直徑60 mm的鋼管進(jìn)行內(nèi)翻襯玻璃鋼軟管模擬試驗(yàn)，一次翻襯長(zhǎng)度達(dá)330 m。2008年10月我們?cè)诖髴c油田采油九廠龍虎泡作業(yè)區(qū)，利用蝸牛翻轉(zhuǎn)器對(duì)D 89 mm×4.5 mm摻水管道進(jìn)行內(nèi)翻襯玻璃鋼1.1 km，壓風(fēng)機(jī)壓力≤0.4 MPa，平均翻襯速度10～40 m／min。現(xiàn)場(chǎng)分段修復(fù)，最長(zhǎng)一段達(dá)300 m。創(chuàng)目前國(guó)內(nèi)外翻襯玻璃鋼軟管直徑最小、距離最長(zhǎng)的記錄。

　　據(jù)調(diào)研，國(guó)外采用翻轉(zhuǎn)法內(nèi)襯玻璃鋼技術(shù)修復(fù)管道的口徑都比較大，一般在D 200～1 000 mm之間，一次翻襯長(zhǎng)度為100～300 m。未發(fā)現(xiàn)管徑100 mm 以下鋼管用翻轉(zhuǎn)法內(nèi)襯玻璃鋼一次超過300m的報(bào)道。

4　試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中的技術(shù)難點(diǎn)

       4.1　膠粘劑問題

　　內(nèi)襯玻璃鋼所用膠粘劑除了滿足耐溫、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性要求外，更重要的是要與滌綸纖維有親和性和相容性。

　　我們選用以雙酚A型和雙酚F型環(huán)氧樹脂為基礎(chǔ)，通過與丙烯酸等原料化學(xué)反應(yīng)制得的乙烯基酯聚酯樹脂為內(nèi)襯玻璃鋼膠粘劑。

       4.2　翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯玻璃鋼工藝和配套機(jī)具問題

　　根據(jù)翻襯工藝需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了第二代蝸牛翻轉(zhuǎn)器，對(duì)軟管進(jìn)行多次翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為：直徑60、76和114 mm管道一次翻轉(zhuǎn)長(zhǎng)度最多分別為50、100和150 m，顯然達(dá)不到預(yù)定的目標(biāo)要求。

　　在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)軟管進(jìn)入到管內(nèi)且長(zhǎng)度達(dá)到被修復(fù)管段的一半之后，翻襯速度明顯降低，所需翻襯壓力明顯加大，甚至出現(xiàn)翻不動(dòng)的情況，說明此時(shí)軟管所受阻力最大，阻力主要來自軟管之間的摩擦力。

　　試驗(yàn)時(shí)還發(fā)現(xiàn)，軟管從翻轉(zhuǎn)器出口翻出時(shí)，明顯感覺有阻力，使軟管翻出不暢通，需要提高壓力才能繼續(xù)試驗(yàn)。說明翻襯出口角度不合適。

　　根據(jù)試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度，選擇合適的膠粘劑各組分。確定膠粘劑的配方。經(jīng)混合攪拌均勻，然后灌入玻璃鋼軟管內(nèi)，經(jīng)過碾壓使整根軟管浸透膠粘劑，然后裝入翻轉(zhuǎn)器內(nèi)進(jìn)行翻襯試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，為適應(yīng)工藝要求，膠粘劑不能很黏稠，否則將導(dǎo)致膠粘劑固化時(shí)間長(zhǎng)，需要增加輔助措施(比如加溫)才能固化。

　　試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)軟管結(jié)構(gòu)不合理、承壓低的問題。當(dāng)翻轉(zhuǎn)器壓力表壓力達(dá)到300 kPa時(shí)，軟管覆膜爆開，造成壓力泄放，試驗(yàn)終止。

5　解決問題的辦法

       (1)改進(jìn)內(nèi)襯軟管制作工藝，即將聚氨酯彈性體防滲透層和改性聚氯乙烯防滲透層利用塑料擠出機(jī)擠制成膠管，經(jīng)拉伸縮徑包覆在管坯外面，冷卻定型成為玻璃鋼軟管。玻璃鋼軟管敷膠工藝如圖3所示。
      

(2)經(jīng)過多次試驗(yàn)確立了膠粘劑的基本配方，明確了膠粘劑的凝膠期主要受兩個(gè)因素的影響：一是環(huán)境溫度的影響，氣溫越高，膠粘劑凝膠期越短，相反，氣溫越低，膠粘劑凝膠期越長(zhǎng)：二是受配比的影響，引發(fā)劑和促進(jìn)劑所占比例增大．膠粘劑凝膠期縮短，相反，引發(fā)劑和促進(jìn)劑所占比例減少。膠粘劑凝膠期延長(zhǎng)。掌握了膠粘劑凝膠期的規(guī)律變化。就可根據(jù)環(huán)境溫度配制出合適的膠粘劑。

　　(3)重新研制了第三代蝸牛翻轉(zhuǎn)器(見圖4)，改變軟管出口裝置結(jié)構(gòu)，增大了殼體的空間尺寸。
     

在第三代蝸牛翻轉(zhuǎn)器加工完成后，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。一是將空氣壓縮機(jī)工作壓力降低到0.5 MPa以下：二是減少軟管與軟管之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。經(jīng)過反復(fù)多次試驗(yàn)研究，最后研發(fā)成功了“加牽引助力繩” 和“加減阻劑”兩項(xiàng)新技術(shù)。形成新的翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯玻璃鋼軟管工藝技術(shù)，見圖5。
         
6　實(shí)施過程和效果

       翻襯時(shí)利用“翻襯入口”將翻轉(zhuǎn)軟管送人被修復(fù)管道內(nèi)。此時(shí)，開啟潤(rùn)滑油箱，隨軟管前移將潤(rùn)滑劑帶入軟管內(nèi)潤(rùn)滑軟管相對(duì)滑動(dòng)表面。同時(shí)啟動(dòng)牽引機(jī)，拖拉牽引繩，這樣在壓風(fēng)機(jī)推動(dòng)力和牽引繩拉力共同作用下，使作業(yè)變得既輕松又快捷，取得了很好的效果，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，直徑114 mm管道一次翻襯長(zhǎng)度達(dá)到了520 m，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)。

7 　結(jié)　論

       我們研究開發(fā)的“管道不開挖長(zhǎng)距離內(nèi)襯玻璃鋼軟管修復(fù)技術(shù)”經(jīng)過大慶油田采油九廠龍虎泡作業(yè)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)證明：
　　(1)內(nèi)翻襯玻璃鋼修復(fù)舊管道的工藝技術(shù)不但取得成功，而且處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。
　　(2)襯里材料和軟管結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)是首創(chuàng)。能夠滿足施工要求。
　　(3)施工機(jī)具基本實(shí)現(xiàn)配套，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。
　　(4)該技術(shù)既節(jié)能(膠粘劑室溫自然固化)又環(huán)保(用空氣做翻襯介質(zhì)無二次污染)。
　　(5)經(jīng)實(shí)際測(cè)算，直徑100 mm以下的管道內(nèi)翻襯玻璃鋼軟管修復(fù)成本是新建管道成本的50％左右。