海底管线保护类型

1、海海底管线敷设保护类型底管线敷设保护类型 1 1、混凝土混凝土涂层涂层保护保护 3 3、导流板保护、导流板保护 4 4、柔性材料的保护、柔性材料的保护 5 5、人为埋入、人为埋入法保护法保护 6 6、其他保护方法、其他保护方法 7 7、海底管线损害预防措施、海底管线损害预防措施 2 2、聚合物包层保护、聚合物包层保护 8 8、小结、小结 1 1、混凝土涂层混凝土涂层保护保护 在海底管道上施加混凝土涂层在海底管道上施加混凝土涂层, , 主要主要是为了：是为了： 对管道提供对管道提供负浮力负浮力, , 以保持管以保持管 道在海底位置稳定道在海底位置稳定 ( (故称加重层故称加重层) ) 对管道的外

2、防腐层和钢管提供对管道的外防腐层和钢管提供 机械保护机械保护, , 以防止防腐涂层和钢以防止防腐涂层和钢 管在吊装、运输、安装和运行期管在吊装、运输、安装和运行期 间被损伤。间被损伤。 混凝土涂层还能增加管道的混凝土涂层还能增加管道的热绝缘度热绝缘度, , 增加管道对增加管道对屈曲稳定屈曲稳定 的抵抗能力的抵抗能力。 海底管道混凝土涂层的功能决定了混凝土涂层海底管道混凝土涂层的功能决定了混凝土涂层 应具备的技术性能应具备的技术性能, , 主要包括几项技术要求主要包括几项技术要求 密度密度 抗压强度抗压强度 抗弯能力抗弯能力 抗冲击能力抗冲击能力 界面抗剪强度界面抗剪强度 1 1、混凝土涂层混凝

3、土涂层保护保护 混凝土加重涂层的密度混凝土加重涂层的密度 在海底危及管道在海底危及管道横向位置稳定性横向位置稳定性的浪、的浪、 流、水动力流、水动力, , 一般是随管径的增大而增加的。一般是随管径的增大而增加的。 若采用低密度混凝土涂层若采用低密度混凝土涂层, , 要满足稳定要求要满足稳定要求, , 就得就得增加混凝土涂层厚度增加混凝土涂层厚度。 而增加厚度则导致管道外径加粗而增加厚度则导致管道外径加粗, , 使作使作 用在管道上的水动力随之增加用在管道上的水动力随之增加, , 这样又需要这样又需要 更大的水下重量才能保持管道稳定。更大的水下重量才能保持管道稳定。 如此恶性循环如此恶性循环,

4、, 所需混凝土涂层厚度就所需混凝土涂层厚度就 越来越厚。若采用越来越厚。若采用高密度混凝土涂层高密度混凝土涂层, , 可使可使 涂层厚度减薄涂层厚度减薄, , 方便施工方便施工, , 也使管道安装容也使管道安装容 易。易。 1 1、混凝土涂层混凝土涂层保护保护 混凝土加重涂层的吸水率混凝土加重涂层的吸水率 混凝土混凝土涂层的吸水率涂层的吸水率, , 也是也是影响海底管道水影响海底管道水下重量下重量的不容的不容 忽视的因素。吸水率越高忽视的因素。吸水率越高, , 增加的水增加的水下重量下重量越大越大, , 给铺管施工给铺管施工 对海底管道的控制带来对海底管道的控制带来不利不利。因此在设计中要对吸

5、水率提出明。因此在设计中要对吸水率提出明 确的规定确的规定, , 一般一般要求重量吸水率小于要求重量吸水率小于 5%5%。 混凝土加重涂层的抗压强度混凝土加重涂层的抗压强度 当当海底管道用铺管船铺设时海底管道用铺管船铺设时, , 管段在铺管船管段在铺管船甲板甲板上经过焊上经过焊 接站连成较长的管道接站连成较长的管道, , 然后通过然后通过张紧器和张紧器和船尾托管架下水。混船尾托管架下水。混 凝土加重涂层在通过凝土加重涂层在通过张紧器时张紧器时, , 局部长度的圆周方向被挤压局部长度的圆周方向被挤压, , 靠此压力摩擦靠此压力摩擦在管道在管道上形成上形成几十至上百吨的轴向张力几十至上百吨的轴向张

6、力, , 以抵抗以抵抗 管道水管道水下部分因重力等作用产生的下滑下部分因重力等作用产生的下滑, , 因此要求因此要求混凝土混凝土具有具有 较高的抗压强度。较高的抗压强度。 1 1、混凝土涂层混凝土涂层保护保护 混凝土加重涂层的抗弯能力混凝土加重涂层的抗弯能力 在在滩海地区滩海地区采用采用拖管法铺设管拖管法铺设管 道时道时, , 在管道下沉、弃管和从在管道下沉、弃管和从海底海底 起吊起吊连管作业时都有较大的连管作业时都有较大的弯曲应弯曲应 力力, , 这些都这些都要求加重要求加重层混凝土具有层混凝土具有 较高的抗弯能力。较高的抗弯能力。 采用采用S S型铺管船铺型铺管船铺 管时管时, ,管道从铺

7、管船下管道从铺管船下 放到海床的形态可以分放到海床的形态可以分 为为拱弯区和垂弯区拱弯区和垂弯区( (如如 图所示图所示),),这样的状态要这样的状态要 求混凝土加重层具有较求混凝土加重层具有较 高的抗弯能力高的抗弯能力, ,否则混否则混 凝土层会发生凝土层会发生弯曲破坏弯曲破坏 而脱落而脱落, ,以至于不能起以至于不能起 到加重和保护的作用到加重和保护的作用 1 1、混凝土涂层混凝土涂层保护保护 混凝土加重涂层的抗冲击能力混凝土加重涂层的抗冲击能力 对于对于后挖沟管道后挖沟管道, , 挖沟设备也有可能挖沟设备也有可能损伤管道损伤管道。 混凝土加重涂层除了为管道提供负浮力混凝土加重涂层除了为管

8、道提供负浮力, , 还有一个作用就是保还有一个作用就是保 护管道在护管道在受到外来物体冲受到外来物体冲击时不遭到破坏。击时不遭到破坏。 外部冲击外部冲击 当海况恶劣时当海况恶劣时, , 在铺管过程中在铺管过程中, , 波浪力交替地使管波浪力交替地使管 道升沉道升沉, , 可能与托管架上的滚轮发生剧烈的撞击。可能与托管架上的滚轮发生剧烈的撞击。 若铺管船在波浪中升沉若铺管船在波浪中升沉, , 而且海底是岩石而且海底是岩石, , 刚刚着刚刚着 地的管道随之升沉与海底岩石碰撞也可能引起进一地的管道随之升沉与海底岩石碰撞也可能引起进一 步损伤。步损伤。 海底管道还可能经受渔网拖板和投锚冲的作用。海底管

9、道还可能经受渔网拖板和投锚冲的作用。 1 1、混凝土涂层混凝土涂层保护保护 混凝土加重涂层的界面抗剪切强度混凝土加重涂层的界面抗剪切强度 采用铺管船铺管时采用铺管船铺管时, ,一般要通过张紧器对管道施加几十吨的轴向张力。一般要通过张紧器对管道施加几十吨的轴向张力。 这种轴向张力要经过混凝土与防腐蚀涂层或保温防护层界面的抗剪能力来这种轴向张力要经过混凝土与防腐蚀涂层或保温防护层界面的抗剪能力来 传传递。抗剪强度不足时会导致混凝土加重层与聚乙烯套管间滑脱递。抗剪强度不足时会导致混凝土加重层与聚乙烯套管间滑脱, ,从而造从而造 成严重后果。成严重后果。 采用拖管法铺管采用拖管法铺管, ,在管道下沉、

10、弃管和从海底起吊连管作业时在管道下沉、弃管和从海底起吊连管作业时, ,也会遇也会遇 到管道层间的剪切强度问题到管道层间的剪切强度问题, , 特别是在采用底拖法施工时特别是在采用底拖法施工时, ,混凝土加重层混凝土加重层 与海底之间的与海底之间的摩擦阻力也要靠混凝土加重层与防腐蚀涂层或保温防护层的摩擦阻力也要靠混凝土加重层与防腐蚀涂层或保温防护层的 界面抗剪能力来传递界面抗剪能力来传递。 因此因此, , 混凝土加重层与钢管外防腐蚀涂层或保温防护层界面之间要有混凝土加重层与钢管外防腐蚀涂层或保温防护层界面之间要有 足够的抗剪强度足够的抗剪强度, , 以保证铺设过程中这两者之间不发生滑脱。以保证铺设

11、过程中这两者之间不发生滑脱。 1 1、混凝土涂层混凝土涂层保护保护 海底管道混凝土加重涂层涂敷技术海底管道混凝土加重涂层涂敷技术 采用抛射原理的喷射冲击法采用抛射原理的喷射冲击法挤压缠绕法挤压缠绕法 滑模法滑模法离心灌浆法离心灌浆法 目前国内外主要目前国内外主要 有有 4 4 种种不同的不同的 混凝土加重涂层混凝土加重涂层 涂敷方法涂敷方法: : 1 1、混凝土涂层混凝土涂层保护保护 2 2、聚合物包层保护、聚合物包层保护 海底管道海底管道的结构形式主要取决于其输送的结构形式主要取决于其输送介质介质的特性和其所的特性和其所 在服役海域的环境条件，钢质海底管道的结构形式主要有在服役海域的环境条件

12、，钢质海底管道的结构形式主要有 4 4 种种，如，如图所图所示。其中示。其中结构型结构型a a用于用于经脱水处理而不进行深分馏经脱水处理而不进行深分馏 处理处理的的天然气富天然气富气气，b b用于用于未经处理酸性的天然气富气未经处理酸性的天然气富气复合管。复合管。 而而 c c、d d为为用于用于原油输送的保温管原油输送的保温管结构型式。结构型式。 为了为了防止海底管道遭受外界环境的腐蚀，防止海底管道遭受外界环境的腐蚀，钢管钢管的外表的外表 面采用面采用防腐涂层覆盖防腐涂层覆盖和和安装安装牺牲阳极牺牲阳极的的方法对管道进行保方法对管道进行保 护。防腐涂层的选择护。防腐涂层的选择主要与主要与环境

13、条件和输送介质温度环境条件和输送介质温度有关有关 2 2、聚合物包层保护、聚合物包层保护 海底管道海底管道外防腐涂层将外防腐涂层将钢管外表面与钢管外表面与外部腐蚀环境外部腐蚀环境隔隔 离开离开，阻止环境中的腐蚀介质，阻止环境中的腐蚀介质进入钢管进入钢管的钢质外表面，以的钢质外表面，以 达到钢管外表面免遭达到钢管外表面免遭环境介质环境介质引起的腐蚀引起的腐蚀破坏破坏. . 外防腐涂敷层与牺牲阳极的关系外防腐涂敷层与牺牲阳极的关系 2 2、聚合物包层保护、聚合物包层保护 海底管道外防腐层选择海底管道外防腐层选择 在在2020世纪世纪, ,我国长距我国长距 离的海底管道防腐离的海底管道防腐 涂层均采

14、用煤焦油涂层均采用煤焦油 瓷漆瓷漆(CTE)(CTE)加玻璃丝加玻璃丝 纤维纤维, ,例如崖城例如崖城13-113-1 和平湖油气田海底和平湖油气田海底 管道。管道。 虽然工程证明这种虽然工程证明这种 防腐涂层具有良好防腐涂层具有良好 的防腐性能，但由的防腐性能，但由 于在涂敷过程中产于在涂敷过程中产 生环境污染及对生环境污染及对操操 作人员的健康有一作人员的健康有一 定的影响定的影响，这种防，这种防 腐材料已被腐材料已被3 3层层PEPE或或 3 3层层PPPP材料所取代。材料所取代。 这种外防腐涂敷层这种外防腐涂敷层 是由直接喷涂在处是由直接喷涂在处 理后钢管表面上的理后钢管表面上的 熔结

15、环氧熔结环氧(FBE)(FBE)涂层、涂层、 中间的聚合物胶黏中间的聚合物胶黏 剂和外层聚乙烯剂和外层聚乙烯(PE)(PE) 或聚丙烯或聚丙烯(PP)(PP)涂层涂层 组成，被分别称为组成，被分别称为 3LPE3LPE或或3LPP3LPP防腐涂防腐涂 层层。 2 2、聚合物包层保护、聚合物包层保护 海底管道海底管道外防腐涂层的主要性能要求是外防腐涂层的主要性能要求是绝缘性能绝缘性能、粘、粘 结性能结性能( ( 附着力附着力) ) 、抗阴极剥离性能、抗阴极剥离性能、抗机械抗机械损伤损伤等指标，等指标， 且且FBEFBE应应具有良好的阻透气具有良好的阻透气透水性透水性能。粘结性是能。粘结性是指指F

16、BEFBE与与处处 理后钢质表面理后钢质表面的附着力的附着力，良好的附着力能提高其，良好的附着力能提高其抗阴极剥抗阴极剥 离的离的性能性能和剪切应力传递能力和剪切应力传递能力。 3LPE 3LPE 和和 3LPP 3LPP 性能要求性能要求 2 2、聚合物包层保护、聚合物包层保护 当当防腐涂层防腐涂层完全有效地覆盖完全有效地覆盖管道钢质管道钢质表面时表面时阴极保护系统阴极保护系统 不起作用不起作用，只有在，只有在防腐涂层防腐涂层本身存在本身存在缺陷或在运输、施工及服缺陷或在运输、施工及服 役过程中由于役过程中由于渔业活动渔业活动等对防腐涂层产生损伤等对防腐涂层产生损伤，以及在服役期，以及在服役

17、期 间间由于由于防腐涂层老化而产生防腐涂层老化而产生防腐涂层局部剥落防腐涂层局部剥落而而导致导致钢管钢质钢管钢质 裸露裸露，这时裸露的钢质表面就很，这时裸露的钢质表面就很容易产生容易产生海水腐蚀，此时由牺海水腐蚀，此时由牺 牲阳极给钢管裸漏牲阳极给钢管裸漏表面通表面通以阴极电流，钢管金属表面阳极极化，以阴极电流，钢管金属表面阳极极化， 使其使其处于处于阴极状态，裸露的钢管表面电子释放被抑制阴极状态，裸露的钢管表面电子释放被抑制，从而，从而达达 到防止钢管腐蚀的目的到防止钢管腐蚀的目的。 外防腐涂层与阴极保护的关系外防腐涂层与阴极保护的关系 外加电流法和牺牲阳极法统称外加电流法和牺牲阳极法统称阴

18、极保护阴极保护。对海底管道而言，。对海底管道而言， 由于受环境条件的限制，其阴极保护一般采用由于受环境条件的限制，其阴极保护一般采用牺牲阳极法牺牲阳极法。 2 2、聚合物包层保护、聚合物包层保护 海底管道海底管道阴极保护设计参阴极保护设计参 数主要取决于数主要取决于管道管道服役所处的服役所处的 环境条件环境条件，如海水海泥的，如海水海泥的电阻电阻 率率、阳极、阳极电容量、防腐涂层破电容量、防腐涂层破 损系数、管道设计损系数、管道设计寿命寿命等等因素。因素。 其中管道防腐涂层破损率除去其中管道防腐涂层破损率除去 其其固有的固有的针孔、露点外，主要针孔、露点外，主要 与管道的结构型式和与管道的结构

19、型式和施工方法施工方法 以及服役过程中各种渔业活动以及服役过程中各种渔业活动 有关。有关。 海底管道阴极保护设计海底管道阴极保护设计 2 2、聚合物包层保护、聚合物包层保护 在在管线顶部管线顶部添加导流添加导流板便是一板便是一种较为高效的防护种较为高效的防护措施措施，其，其 工作原理是当水流经过海底管线时，受到导流板的阻挡会改变工作原理是当水流经过海底管线时，受到导流板的阻挡会改变 流向且增强管线附近流体区域涡动强度，流向且增强管线附近流体区域涡动强度，管线管线两侧压差增大，两侧压差增大， 管线底部泥沙冲刷速度加快，同时利用管线的自重和导流板产管线底部泥沙冲刷速度加快，同时利用管线的自重和导流

20、板产 生的向下驱动力，将生的向下驱动力，将管线管线逐步逐步嵌入海底泥沙中嵌入海底泥沙中，最终会将导流最终会将导流 板也埋设到海底板也埋设到海底。 3 3、导流板保护、导流板保护 但导流板在促使但导流板在促使 管线自埋的同时，增管线自埋的同时，增 大了管线周围的冲刷大了管线周围的冲刷 深度和宽度，深度和宽度，同时也同时也 使管线受力明显增加使管线受力明显增加， 可能会对管线造成可能会对管线造成更更 大的威胁大的威胁。 4 4、柔性材料的保护、柔性材料的保护 柔性材料防护是指在管线周围布置一些柔性材料防护是指在管线周围布置一些柔性的附属品柔性的附属品， 减缓水流流速，增加管线周围悬浮泥沙的淤积量，

21、从而对减缓水流流速，增加管线周围悬浮泥沙的淤积量，从而对 管线进行了保护。目前采用和研究的有仿生态的管线进行了保护。目前采用和研究的有仿生态的人工草、人工草、 悬浮帘、柔性导流板悬浮帘、柔性导流板。 悬浮帘及人工草防护悬浮帘及人工草防护 悬浮帘和悬浮帘和“人工草人工草”均由柔性材料制成，其可在水中均由柔性材料制成，其可在水中 悬浮，并在水流作用下来回摆动，悬浮，并在水流作用下来回摆动，形成一个阻力围栅形成一个阻力围栅，减，减 缓水流流速，使水流中的泥沙及携带的其它微小物质透过缓水流流速，使水流中的泥沙及携带的其它微小物质透过 “人工草人工草”迅速沉积，填充在水底。经过一段时间的沉积，迅速沉积，

22、填充在水底。经过一段时间的沉积， 便可将管道覆盖。便可将管道覆盖。 4 4、柔性材料的保护、柔性材料的保护 柔性导流板防护柔性导流板防护 管道两侧压力差管道两侧压力差是导致管道冲刷的主要因素。柔性导是导致管道冲刷的主要因素。柔性导 流板的安装能明显减小管线两侧的压差，当其减小至临界流板的安装能明显减小管线两侧的压差，当其减小至临界 值时，即可防止管线尾流区的管涌及冲刷。值时，即可防止管线尾流区的管涌及冲刷。 4 4、柔性材料的保护、柔性材料的保护 5 5、人为埋入法保护、人为埋入法保护 为防止管线受海床上复杂的水动力、渔业等因素的破为防止管线受海床上复杂的水动力、渔业等因素的破 坏，管线铺设中

23、经常是把坏，管线铺设中经常是把管线埋入海床一定深度管线埋入海床一定深度。 人为埋入法是指采用机械对海床进行挖掘，将管线安人为埋入法是指采用机械对海床进行挖掘，将管线安 装到沟渠中，然后将其掩埋，使装到沟渠中，然后将其掩埋，使管线位于海床以下管线位于海床以下，所处，所处 的海洋环境相对较稳定，因此达到了保护管线的目的。的海洋环境相对较稳定，因此达到了保护管线的目的。 6 6、其他保护方法、其他保护方法 是指将裸露于海床上的管线用是指将裸露于海床上的管线用不易被冲刷的砾石或沉不易被冲刷的砾石或沉 排覆盖排覆盖，以此来增大其周围泥沙的起动流速，从而实，以此来增大其周围泥沙的起动流速，从而实 现对床面

24、的保护。目前的覆盖法现对床面的保护。目前的覆盖法主要采用混凝土沉排主要采用混凝土沉排 或较粗的砾石覆盖或较粗的砾石覆盖。 覆 盖 法 是指将管线支撑起来，使其是指将管线支撑起来，使其高于床面一定距离高于床面一定距离，从而其，从而其 周围变化的流场无法冲刷或影响床面的稳定性。常用的周围变化的流场无法冲刷或影响床面的稳定性。常用的 方法为：方法为：水下短桩支撑和混凝土块支撑水下短桩支撑和混凝土块支撑。 支 撑 法 6 6、其他保护方法、其他保护方法 7 7、海底管线损害预防措施、海底管线损害预防措施 按标准施工按标准施工 很多国家对海底油气管道的铺很多国家对海底油气管道的铺 设有设有严格的工业标准

25、严格的工业标准，比如掩埋不足，比如掩埋不足 就难以提供足够的防锚保护，这就要就难以提供足够的防锚保护，这就要 求管线所有者在铺设过程中严格按照求管线所有者在铺设过程中严格按照 工业标准指导进行工业标准指导进行, ,一丝不苟达到足一丝不苟达到足 够的防锚保护深度够的防锚保护深度, ,同时主管部门应同时主管部门应 对施工者的铺设质量加以监督。以渤对施工者的铺设质量加以监督。以渤 海湾这样的浅海为例海湾这样的浅海为例, ,考虑到海床特考虑到海床特 征、水面运输密度和海下作业机械对征、水面运输密度和海下作业机械对 海底管线的损害范围海底管线的损害范围, ,沟堑应达到沟堑应达到 1.5-21.5-2米的

26、深度较为安全。米的深度较为安全。 设立明显标志设立明显标志 应会同主管部门在管线集中的海底走廊应会同主管部门在管线集中的海底走廊, ,设立醒目设立醒目 的海上标志的海上标志, ,提醒其他用海者防止对海底管线的误操作。提醒其他用海者防止对海底管线的误操作。 7 7、海底管线损害预防措施、海底管线损害预防措施 全方位防腐全方位防腐 通过通过规范使用材料、监督制造质量、严格把关焊接质规范使用材料、监督制造质量、严格把关焊接质 量量以及用以及用“智能猪智能猪”探査等手段探査等手段, ,减少腐蚀造成的破裂事减少腐蚀造成的破裂事 故。对于作业者则要求故。对于作业者则要求严格进行水下巡检严格进行水下巡检,

27、,作为环保承诺作为环保承诺 的具体措施。的具体措施。 7 7、海底管线损害预防措施、海底管线损害预防措施 增强泄漏检测能力增强泄漏检测能力 在海底油气管道破裂中在海底油气管道破裂中, ,泄漏检测水平的高低泄漏检测水平的高低起着起着 至关重要的作用至关重要的作用, ,也是能否也是能否及时堵漏及时堵漏、进行海上收油进行海上收油的的 前提条件。因此前提条件。因此, ,不少国家提出了可参考的工业标准。不少国家提出了可参考的工业标准。 比如对于油品输运管线比如对于油品输运管线, ,在泄漏规模达管线内总量的在泄漏规模达管线内总量的2%2% 时时, ,无论管线和阀门间隔多长，检测设备应于无论管线和阀门间隔多

28、长，检测设备应于2020分钟内分钟内 检测到信号。检测到信号。 7 7、海底管线损害预防措施、海底管线损害预防措施 提高监测水平提高监测水平 管线所有者应严格执行定腿检管线所有者应严格执行定腿检 制度制度, ,并提高并提高泄漏检测和监测水平泄漏检测和监测水平。 但目前但目前, ,检测系统和设备都检测系统和设备都有其局有其局 限性限性, ,在灵敏度、精确度、可靠性、在灵敏度、精确度、可靠性、 可操作性和连续检测能力等方面还可操作性和连续检测能力等方面还 亟待提高。比如由腐蚀产生的破裂亟待提高。比如由腐蚀产生的破裂 点面积通常都很小点面积通常都很小, ,特别在焊点、特别在焊点、 阀门连接处等出现的

29、破裂点阀门连接处等出现的破裂点, ,溢出溢出 率不大率不大, ,会在相当长一段时间会在相当长一段时间, ,检测检测 设备并无明显指示设备并无明显指示, ,以至于很多事以至于很多事 故发生后故发生后, ,是海上人工观察或海事是海上人工观察或海事 卫星最先发现的。卫星最先发现的。 7 7、海底管线损害预防措施、海底管线损害预防措施 制定应急响应计划制定应急响应计划 海底油气管道所有者首先要制定有海底油气管道所有者首先要制定有针对性的应急响针对性的应急响 应计划应计划, ,保证油气管线破裂事故发生后保证油气管线破裂事故发生后, ,能够清楚界定不能够清楚界定不 同区域和层次的主管部门、应急机构和海底油气管道所同区域和层次的主管部门、应急机构和海底油气管道所 有者、作业者的职责有者、作业者的职责, ,需要哪些应急资源需要哪些应急资源, ,同时配套清晰同时配套清晰 简洁的行动策略方案。这一应急计划还应考虑扩展的可简洁的行动策略方案。这一应