水下管道的破损大体上可分为3类：第1 类是局部小破损,如小孔或小裂纹泄漏,这类泄漏通常由局部腐蚀或焊接缺陷造成;第2 类是锚船钩挂等导致的局部破损,这类破损最常见;第3 类是在相当长的管段上出现大范围破损,造成管道轴向强度大大降低,需要用长管段替换。
1. 1 水上焊接维修
水上焊接维修就是先在水下把管道切断或切除管段,然后把两管端提升到水面工作船上,焊好维修短节部分,并进行NDT 检验和涂层后放回海底。该法仅限于浅水区域和小管径管道,而且要考虑到管道提升过程中所受到的应力和可能产生的危险性。
1. 2 水下维修
a) 钢套维修法 钢套维修法在地面油气管道输送中的使用较多,采用与原管道钢材级别相当的2 个半圆形钢套套在管道损伤处,将2 个半钢套对焊后,在套筒与原管道的环形间隙内注入环氧树脂或环氧砂浆等密封材料[3 ] 。墨西哥Mexsub 公司自1992 年起就开始开发钢套维修立管技术与设备,1994202 在不停输的情况下,为墨西哥国有石油公司Pemex 维了Astasta2Ciudad Pemex 管廊一条<914mm 酸性气体输送管道上的腐蚀缺陷。Mexsub 公司为此项目设计制造了一系列设备,包括用于钢保护套焊接的组装式工作舱、工作舱投放驳船、潜水辅助驳船、生活设施船等。
b) 机械连接器维修法 该法适合维修大范围单层管的破损,将有缺陷或遭破损的管段切掉后用一短管来替换,替换管道用机械连接器与原有管道连接在一起。机械连接器是该法中的关键设备,分为夹套式和压接式2 种。此种维修方法的优点是在任何深度都不需要用到第三方检验合格的焊接程序和焊工,节约费用。不足之处是机械连接器虽可以提供机械强度,但耐用年限一般不超过15 a ,且不能保证原有管道的整体性。在我国东海海域平湖油气田海底管线的维修作业中,采用了Hydratight 公司的MORGRIP 系列产品中的核心设备无缝机械连接器,该设备由DNV、Lloyd’s 发证。
c) 水下机械式三通维修法 水下机械式三通是T2D2Williamson 公司研制开发的用于水下油气管道不停输开孔封堵的专利技术,与陆上油气输送管道的不停输开孔封堵技术基本相同。主要设备包括机械式三通、三明治阀门、开孔机、临时卡子和盲端法兰等。此种维修方法可适用于悬浮物较多、浑浊度较大的海域,也可满足业主不停输抢修的要求,能达到较高的修管质量,但此种维修方法容易受海洋环境的影响[4 ] 。
d) 法兰维修法与外卡维修法 法兰维修法就是用原有的法兰或切除破损管段后在管端安装特种法兰,与中间短节两端的旋转法兰或球法兰进行联接。主要用于原有管道法兰联接处破损的情况,也有破损平管段选用法兰联接维修的案例。维修程序、所用设备与机械联接器维修相类似,优点是节省时间。外卡维修法是在泄漏部位的管道外安装紧固件(外卡) ,达到维修管道泄漏的目的。外卡维修主要用于破损较小的管道维修,如,腐蚀穿孔维修等,所用船舶较小、费用较低、方便快捷;但仅适用于管道操作压力较低和安全要求较低的管道维修。
e) 水下焊接维修法 水下焊接是在水环境中进行的焊接作业,水下焊接修补有3 种方法,即,水下湿法焊接和水下局部干法焊接和水下干式焊接。近年来,又出现了水下摩擦叠焊、等离子焊等新方法。
水下湿法焊接修补时,工件直接置于水环境中,水与电弧之间没有任何隔离设施,电弧仅仅依靠焊条在焊接过程中产生的气体以及水汽化形成的气泡来保护,因此,50 多a 来湿法焊接一直被认为是一种焊接质量差、不敢轻易使用的焊接方法。近年来,国际上十分重视寻求低成本的焊接方法,使得设备简单、操作方便、成本低廉的水下湿法焊接技术重现了生机,其中柔性连接基座法、水下焊接专用焊条等技术的出现进一步推动了水下湿法焊接技术的广泛应用
水下局部干法焊接是将待焊部位一小块区域的水人为排除,从而形成一个局部气相区(气室) ,焊接工作是在这个气相区内进行,全部焊接设备也在水中。局部干法焊接种类较多,日本较多采用水帘式及钢刷式,在英国、美国则是干点式及气罩式,法国新近发展了一种旋罩式。在近海工程结构的修焊中,主要采用局部排水熔化气体保护焊。
水下干式焊接是将全部焊接区域的水通过一个或多个舱室人为排除,按照水下干式焊接时所处的环境压力,可分为高压干式焊接和常压干式焊接。常压干式焊接完全排除了水及其压力的影响,焊接过程和焊接质量与陆上相同,水深较浅时可采用“围堰法”等措施来实现,但水深增加势必使得设备密封难度大大增加。法国LPS 公司1977 年曾用这种方法在北海150 m 处成功地焊接了<426 mm 的海底管线,所用常压气室是一个<2. 4 m ×3. 66 m 的圆筒(两端为椭圆形) ,设备造价比高压干式水下焊接的设备造价还要昂贵,焊接辅助人员多[7 ] 。高压干式焊接因密封问题相对简单而早已成为国际上尤其是欧洲一些海洋石油工程单位的首选,迄今已积累了大量的研究成果和工程应用案例,焊接质量和可靠性也能够得到保证[8 ] 。