海底天然气管道不停产改线方案研究

第２７卷第ｌ期　２０１２年Ｏ２月　文章编号：１００１—４５００（２０１２）０１－００１３—０４　中国海洋平台　ＣＨＩＮＡ　０ＦＦＳＨ０ＲＥ　ＰＬＡＴＦ（）ＲＭ　Ｖｏ１．２７　ＮＯ．１　Ｆｅｂ．，２Ｏ１２　海底天然气管道不停产改线方案研究　马洪新　，　潘悦然。　（１．海洋石油工程股份有限公司，天津　３００４５２；２．天津大学，天津３０００７２）　摘　要：本文以国内一条为天然气发电厂供气的外输天然气管道为例，介绍了海底天然气管道不停产改　线方案，其重点和难点在于水下带压开孔封堵和新建管线水下试压、清管、干燥和惰化等水下作业。　关键词：海底管道；试压；天然气　中图分类号：ＴＥ９７３．６　文献标识码：Ａ　Ｒｅｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｕｂｓｅａ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｂｙ　Ｈｏｔ　Ｔａｐｐｉｎｇ　ＭＡ　Ｈｏｎｇ—ｘｉｎ　。ＰＡＮ　Ｙｕｅ—ｒａｎ　（１．Ｃｈｉｎａ　０ｆｆｓｈｏｒｅ　Ｏｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００４５２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔａｋｅｓ　ｏｎｅ　ｇａｓ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ　ｅｘｐｏｒｔ　ｌｉｎｅ　ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｒｅｌｏｃａｔｅ　ｔｈｅ　ｓｕｂｓｅａ　ｇａｓ　ｌｉｎｅ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｓｈｕｔ　ｄｏｗｎ．Ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｓ　ｈｏｔ　ｔａｐｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏ—　ｓｔａｔｉｃ　ｔｅｓｔ，ｐｉｇｇｉｎｇ，ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｗａｔｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｓｅａ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ；ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ　ｔｅｓｔ；ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　０　引言　为适应港口发展需要，广州港出海航道需要进一步扩建，根据规划，扩建后航道将按３Ｏ万吨级油轮单向　乘潮标准进行整治。已建海底天然气管线穿越拟扩建航道，出于对海底天然气管道保护考虑，需要对该管线　进行迁移改造，现有管道埋深为海床下２　ｍ，需要下卧至海床下６．５　ｍ，以满足航道扩建要求。跨越航道管　线总长超过７００　ｋｍ，将海上平台生产的天然气输送给陆地电厂发电，日送气量为６７０万ｍ。，承担着为该地　区提供四分之一电力所需的天然气。管线迁移改造的整体思路是分别在管线与航道理论跨越点两端沿管线　方向新建１　２００　ｍ支路，采用双封双堵不停产方案完成新旧管线水下连接。　１　总体思路　按照设计成果铺设新管线，然后分别在原管线的两处连接点同时开展水下不停产开孔封堵作业，切断原　管线并安装机械连接器。之后，水下安装膨胀弯连接新旧管线。最后，拆除原管线上的带压开孔封堵设备，　并回收废弃管线，完成整个改线作业。天然气管道改线项目的难点和关键点在于水下带压开孑Ｌ封堵和新建　管线水下清管、试压、干燥和惰化处理。根据改线管道的埋设深度、铺设长度及路由进行预挖沟作业，沟底宽　度５　ｍ，边坡比为１：３。改道管线的预挖沟作业完成后，需要对挖沟情况进行调查，确定预挖沟是否满足本次　收稿日期：２０１１—０１－２５　作者简介：马洪新（１９７９一），男，高级工程师。　中国海洋平台　第２７卷第１期　施工的要求，并出具调查报告。预挖　沟调查主要是利用ＤＧＰＳ定位系统、　多波速水深测量仪和旁扫声纳进行定　位以及检查测量改道管线预挖沟的沟　槽是否能够满足工程的需要。对于不　合格的位置要求重新挖沟，直至满足　要求为止。　本项目拟建支路海底管线所处海　域水深在８　ｍ～２８．５　ＩＴＩ之间，拟建支　路与原天然气管线连接处水深约８　ｍ，　跨越航道段水深约２８．５　１ＴＩ。采用经　图１铺管船Ｓ型铺管　济可靠的铺管船法在预先挖好的管沟中铺设１　２００　ｍ管道（如图１所示）。　２　新管线试压、排水、干燥和惰化　新管线铺设结束后，需要进行水下试压、排水、干燥和惰化作业。清管的目的是把施工期间留在管道内　的杂物清除并进行通径测量，检验是否满足设计要求。试压的目的是检验在设计的压力强度和水密性是否　好。干燥的目的是避免在天然气管道中形成水化物堵塞管道。　２．１清管与试压　海管铺设作业有杂物进入海管，施工过程中海管大部分容积为空气占据，试压前必须进行清管。在管道　终端安装清管球发射器，并预装清管球和测径球（９７　９，６内径），在管道另外一端水下接收清管球和测径球。　（１）设计专用清管球收发器，其中发球器内预装１个泡沫清管球和１个测径球。　（２）两艘施工船分别在新管线两端就位，将清管球收发器分别安装到新管线的两端，并连接高压软管至　施工船（如图２所示）。　图２试压连接　（３）派潜水员水下打开球阀Ｂ、球阀Ｃ、球阀Ｄ、球阀Ｅ、球阀Ｇ，关闭球阀Ａ和球阀Ｆ。然后通过注水泵　向新管内注入５０　ｍ。海水，海水推动泡沫清管球前进，将新管线内空气从排气口排出。　（４）当１００　ｍ。水注入后，关闭球阀Ｂ，打开球阀Ａ；继续注水，海水经球阀Ａ推动测径球前进；根据管容　第１期　马洪新，等海底天然气管道不停产改线方案研究　推算出泡沫清管球到达收球器的时间，派潜水员观察收球器上的过球指示器。　（５）当确认泡沫清管球进入收球器后潜水员水下关闭球阀Ｇ，打开球阀Ｆ。然后继续注水，这时新管线　内的水会从排水口排出；当测径球通过过球指示器进入收球器，关闭所有的球阀；潜水员水下拆除清管球收　发器，并在球阀Ｄ端安装试压盲板。由增压泵向新管线内打压，当压力增大到设计压力１．１５倍后，进行稳　压，稳压２４小时，并做好试压记录。　２．２排水、干燥和惰化　天然气管道在试压结束后，要进行排水、干燥工作，彻底除去管道中的游离水和水蒸汽。海管干燥至露　点一３０℃即可保证海管投产不会出现水合物问题。　（１）分别将清管球发射器和清管球接收器安装到新管线两端的球阀上。　（２）连接后，关闭球阀Ａ，球阀Ｆ，打开球阀Ｂ、球阀Ｃ、球阀Ｄ、球阀Ｅ和球阀Ｇ，然后用注水泵将水箱内　的三甘醇经球阀Ｂ注入到发球器中，推动清管球１向新管线内移动，之后从排水口向外排水。　（３）三甘醇注入完毕后，打开球阀Ａ，关闭球阀Ｂ，然后通过制氮机产生的氮气推动清管球２向新管线　内移动。这时，氮气推着清管球２，清管球２再推着三甘醇和清管球１向前移动，在排水的同时干燥和惰化　新管线；当清管球１进入收球器后，关闭球阀Ｇ，打开球阀Ｆ；继续注入氮气，通过球阀Ｆ回收三甘醇至水箱　内。　（４）当与球阀Ｆ连接的软管排出氮气时，持续检测管口的含氧量降低至２　后通知停止注入氮气，关闭　球阀Ｄ和球阀Ｅ，这时新管线内充满了氮气，排水、干燥惰化作业完毕（如图３所示）。　图３排水干燥和惰化连接不意图　３　带压开孔封堵作业　在新管线排水、干燥和惰化后，分别在两个改线点同时不停产带压开孔封堵作业：　（１）首先在带压开孔封堵设备的安装位置进行吹泥作业，使管线暴露出泥面。在机械三通的安装位置　要吹泥至管线悬空１　ｍ（距管底），以便安装机械三通。　（２）在安装位置清除管线水泥配重层和防腐层，露出金属表面为止。在安装位置按照时钟位，用ＵＴ设　备对海管壁厚进行测量，满足要求后，安装四个机械三通和三文治阀，同时通知平台开始降压生产。　（３）开孔后，将三文治阀关闭，并将开孑Ｌ机安装到下一个三文治阀上开孔，直至四个机械三通处的管线全　中国海洋平台　第２７卷第ｌ期　部开孔为止（如图４所示）；在开孔作业时，甲板预制临时旁通管线，临时旁通管线的管径选择管线管径的１／２。　图４开孔作业　图５放空天然气　（４）安装封堵机；先打开旁通管线上的球阀和与旁通管线连接的三文治阀，然后用封堵机放下堵塞堵住　待切除的管段。使原管线内的天然气经临时旁通管线输送。　（５）在两个机械三通之间的管段上开两个孔，放空这段管线内的天然气（如图５所示）；使用冷切割设备　切除管段，管段的切割长度为ｉ０　ｍ，包括两个用于放空天然气的孔（如图６所示）。　图６管段切除　图７膨胀弯连接　（６）水下清理法兰机械连接器安装位置处的水泥配重层和防腐层；在清理位置安装法兰机械连接器；膨　胀弯安装，完成新旧管线的连接作业；膨胀弯连接后，对连接的法兰独立进行水压试验，合格后，确认连接成　功（如图７所示）。　４　膨胀弯排水、干燥和惰化　当新旧管线连接后，开展膨胀弯的排水、干燥　和惰化作业。采用干燥氮气持续置换膨胀弯内的海　水，利用干燥氮气带走膨胀弯内残留水汽，达到干　燥和惰化目的（如图８所示）。　（１）将软管水下连接到膨胀弯的球阀Ａ上，　依次打开球阀Ａ和球阀Ｂ，通过球阀Ａ向膨胀弯　内注入氮气，潜水员水下观察球阀Ｂ的情况。　（２）当球阀Ｂ持续不断的冒气泡后，再持续通　干燥氮气６Ｏ分钟，潜水员关闭球阀Ｂ，并通知船上　停止排水作业，然后，潜水员关闭膨胀弯上的球阀　图８膨胀弯排水　Ａ，拆除软管；施工作业船移船至另一膨胀弯处就位，使用同样的方法排干另一膨胀弯内的海水。　（３）膨胀弯排水后，新管线投入使用。　５　结论　利用双封双堵技术实现海底管道不停产改造是技术可行、经济效益好的施工方案。该方案能最大限度　地减少对下游用户的影响和生产单位经济损失。天然气管道投产前的整体试压、干燥和惰化工作需要在水　下完成，通过合理设计收发球装置可以有效提高水下作业效率，提高干燥和惰化质量，满足管道投产要求。