刘月芳 王宪军 吴阳 李雅男

中油管道防腐工程有限责任公司

 

摘要：针对国内油田小口径集输管线内补口施工困难、造成内腐蚀严重的问题，为解决小口径管道内涂层连续性问题，开展机械连接新技术及新工艺研究。介绍了机械连接原理及连接件材质选择，提出钢管预制要求和机械连接施工要点。经在油田小口径集输管道试验段实际应用并开挖验证，确定技术及工艺可行，为相关管道建设工程应用打下了良好基础。

关键词：小口径管道；管道内涂层；机械连接件；机械连接施工

 

应用金属塑性变形原理，可将金属连接件主体与管道表面高强度压合，实现耐高压、抗振动、永久性的纯机械连接。连接过程中增加防腐工艺使连接后的管道内防腐层具有连续性，以增强内补口处的耐腐蚀性能，从而延长管线使用寿命。目前，国内常用的内补口方法有：内补口机法、内衬保护套（管）焊接法、不锈钢接头法、管端喷涂防腐层法等。美国于 20 世纪 80 年代末研制出两种内补口机，分别是“热熔环氧粉末现场内补口装置与工艺”和“自动推进自动表面处理与涂敷补口装置”，但两者都存在施工作业不便及其他缺陷。目前，国内外多家公司都在研究新型的小口径管道内补口技术，突破这一技术难题，探索实现小口径管道内涂层连续性的机械连接新技术及新工艺，将为管道建设和运行管理提供有力的技术支撑。

1  机械连接技术概况

1.1  机械连接原理

根据金属力学特性和金属塑性变形原理，将连接件主体与管道表面高强度压合，实现纯机械连接。首先，液压工具推动外套轴向向前挤压，外套内斜面对连接件主体向内环形均匀挤压，造成主体结构塑性变形，外套自防脱结构可以保持主体结构永久不回弹。其次，主体内部密封环均匀嵌入管体内表面，同时主体内表面也与管体表面压接贴合，最终形成耐高压抗振动的高强度纯金属连接（图 1）。

图 1 机械连接过程示意图

为得到最优的机械连接效果，拟将镦粗型与咬合型两种机械连接件合二为一优化为混合型连接件，同时保留镦粗型的液压密封结构和咬合型的内嵌式结构。混合型连接件的碳钢外套不会与管道本体发生接触。

1.2  机械连接件材质选择

机械连接件的可适用材质为非脆性材质（脆性材质指铸铁等），选取原则依据管道材质而定。

（1）与管道接触的连接件主体材质与管道材质保持同一等级或更高等级，以确保材质性能和防腐性能要求。

（2）连接件主体材质硬度和其他参数值需高于或等于管道材质硬度和其他参数值（表 1）。

表 1 管道材质与机械连接件材质选择

2  机械连接工艺

2.1  工厂预制钢管要求

（1）钢管两端内外壁倒角。在制管厂（包括防腐）将钢管两端的内外壁做倒角处理。如钢管壁厚为5 mm，内外壁为1 mm的圆形倒角，钢管端部壁厚余 3 mm。

（2）钢管内外防腐。按SY/T 0442―2010 《 钢质管道熔结环氧粉末内防腐层技术标准》对钢管进行内防腐施工（不留端）并进行质量检测，检测合格后按SY/T 0315―2013 《钢质管道熔结环氧粉末外涂层技术标准》进行外防腐施工并进行质量检测。

（3）安装管端保护器。对已做好防腐的钢管两端端口安装管端保护器，避免破坏端口防腐层。

2.2  机械连接现场施工

（1）用砂纸或钢丝刷手工去除钢管外预留端端部补口处的表面浮锈。在钢管外预留端及管口端面手工涂刷液体环氧涂料，用辊子对机械连接件的内表面涂刷液体环氧涂料。涂刷后均不需检测，以阻隔腐蚀介质的扩散，起双重保护作用。用专用的小口径钢管对接夹具将钢管夹紧固定。

（2）将机械连接件插入钢管的一端，深度为机械连接件长度的一半。插入时保证不损坏钢管端部及机械连接件内壁的防腐层。插好后用专用夹具夹紧机械连接件进行压合，观察压力表达到设定值后松开夹具。将第二根钢管的一端插入机械连接件内部，保证两根钢管端部对接紧密，不留缝隙。插好后用专用夹具夹紧机械连接件进行压合，观察压力表达到设定值后松开夹具，完成机械连接安装施工。去除连接件表面、钢管预留端表面的灰尘，用丙酮擦洗连接件外表面。在机械连接件的中缝、外表面、钢管预留端外表面涂覆高温型粘弹体，保证被涂部位与相邻表面平滑过渡。找准位置安装热收缩套。

2.3  机械连接件性能测试

机械连接施工结束后根据CDP-G-OGP-AC-011-2013-1《埋地钢质管道粘弹体胶带防腐补口技术规定》要求进行机械连接件性能检测。

（1）拉伸及静水压、内压试验。依据GB/T 9711―2017《石油天然气工业：管线输送系统用钢管》、SY/T 6128―2012《套管、油管螺纹接头性能评价试验方法》，进行机械连接件的拉伸、静水压、内压试验，结果见表 2。

表 2 机械连接件拉伸、静水压、内压试验结果

（2）全尺寸疲劳试验。依据DNV-C203-2012《海上钢结构疲劳设计》，机械连接件全尺寸疲劳试验16天，累计循环次数184 418次，管道发生疲劳失效。

（3）内外防腐层检测。内防腐层检测项目及结果见表 3。

表 3 连接件内防腐层检测项目及结果

外防腐层检测依据GB/T 23257―2017《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》，检测项目及结果见表 4。

表 4 连接件外防腐层检测结果

3  工程应用

2019年8月，采用机械连接工艺在陕西吴起长庆油田某厂2 km试验段管道开展现场施工（图 2）。施工管道管径76.1 mm，壁厚5 mm，坡口角度32°，材质L245N；连接件材质为40 Cr，输送介质温度﹣25℃～50℃，输送压力5 MPa。外防腐采用粘弹体+热收缩套外护形式，对接端头用无溶剂液态环氧树脂密封。施工完成后，机械连接件通过现场试压检测，各项性能指标满足要求。

图 2 试验管段机械连接施工现场

该管道运行1年后，邀请科委会专家到现场进行开挖验证工作，每间隔10道口以上开挖1道口，共开挖3道口。目测开挖道口的外防腐层表面完好，无开裂、褶皱、鼓泡、翘皮等现象，管道机械连接处附近土壤正常，无任何漏油现象。确定技术及工艺可行。该机械连接技术及工艺在长庆油田小口径集输管道试验段中的成功应用，为后续管道建设工程应用打下了良好基础。

 

作者简介：刘月芳，1973年生，高级工程师，中油管道防腐工程有限责任公司科研所所长，本科毕业于大庆石油学院，现从事管道防腐技术工作。联系方式：18526365828，24188643@qq.com。