杜應(yīng)軍，賈璐瑾，雷 林，張紅強(qiáng)，田瑞南

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

海底管道一旦出現(xiàn)損傷，傳統(tǒng)的修復(fù)方法是將損傷管段在水下切除，然后安裝新管段替代原損傷管段，新舊管道之間通過(guò)水下法蘭連接，最后對(duì)整條管道進(jìn)行試壓，以驗(yàn)證法蘭的密封有效性。這種試壓方案需要較長(zhǎng)時(shí)間，且很難判斷壓降是否由維修段滲漏導(dǎo)致。由于自試壓法蘭可驗(yàn)證法蘭自身安裝密封的有效性，從而避免了管道整體試壓，可大幅縮短管道密封測(cè)試的施工工期，因而具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。為此，本文以渤海某D14 in（1 in=25.4 mm）天然氣管道損傷點(diǎn)修復(fù)為例，介紹自試壓法蘭在海底管道損傷修復(fù)中的應(yīng)用。

1 自試壓法蘭與傳統(tǒng)法蘭的對(duì)比

海底管道采用的傳統(tǒng)對(duì)接法蘭由旋轉(zhuǎn)法蘭（或球法蘭）、焊頸法蘭、傳統(tǒng)法蘭墊圈和螺栓、螺母組成。傳統(tǒng)法蘭的安裝結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)法蘭的安裝結(jié)構(gòu)示意

與傳統(tǒng)法蘭相比，自試壓法蘭的自試壓功能通過(guò)自試壓墊圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。試壓組件由試壓墊圈本體上的T型試壓孔、試壓管（通常焊接在試壓墊圈上，與T型試壓孔相連）以及試壓管上的快速接頭組成[1-2]，自試壓法蘭安裝的局部結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于自試壓墊圈上設(shè)置有T型試壓孔，試壓孔位置局部強(qiáng)度降低。為提高試壓墊圈的整體強(qiáng)度以滿足承壓強(qiáng)度要求，試壓墊圈厚度比普通墊圈厚2～3 mm。

圖2 自試壓法蘭安裝的局部結(jié)構(gòu)示意

法蘭和自試壓墊圈安裝完成后，水上連接試壓泵，潛水員下水將試壓軟管安裝到試壓墊圈的快速接頭上。水上操作試壓泵，注水打壓，試壓介質(zhì)沿著自試壓墊圈上的T型孔分別進(jìn)入試壓墊圈與旋轉(zhuǎn)法蘭墊圈槽以及試壓墊圈與焊頸法蘭墊圈槽所形成的環(huán)形空間內(nèi)，若無(wú)壓降，說(shuō)明環(huán)形空間密封良好，無(wú)泄漏，法蘭安裝成功。

2 自試壓法蘭的應(yīng)用實(shí)例

渤海灣的一條長(zhǎng)91 km的D14 in海底天然氣管道因外力作用發(fā)生損傷，導(dǎo)致平臺(tái)停產(chǎn)，管道停輸。項(xiàng)目部采用水下切除損傷管段、安裝法蘭短節(jié)替代損傷管段的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)損傷管段的修復(fù)。損傷管道修復(fù)方式如圖3所示。

圖3 管道修復(fù)方式

由于管道較長(zhǎng)，整條管道試壓需要1 d以上的時(shí)間，且很難分析出穩(wěn)壓期間產(chǎn)生的壓降是否為修復(fù)段法蘭滲漏所致。因此本項(xiàng)目采用了自試壓法蘭，當(dāng)每個(gè)短節(jié)安裝完成后，對(duì)法蘭進(jìn)行自試壓，以驗(yàn)證法蘭處密封的有效性。管道全線連接后，從平臺(tái)端向管道內(nèi)注入直板排水泡沫球，并使用天然氣介質(zhì)推動(dòng)泡沫球排水。排水完成后，管道直接升壓復(fù)產(chǎn)。自試壓法蘭的使用大幅降低了管道修復(fù)的停產(chǎn)時(shí)間，提高了修復(fù)效率，具有良好的推廣價(jià)值。

3 應(yīng)用自試壓法蘭修復(fù)損傷管段的具體做法

3.1 平管起吊及法蘭焊接

先將破損管段切除回收，然后將海底管道的兩端管頭起吊出水面，焊接焊頸法蘭，再放回海底。平管起吊采用3個(gè)舷吊和2個(gè)浮袋配合完成。起吊前，先對(duì)浮袋充氣，然后將卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩掛扣到海底管道上，根據(jù)計(jì)算報(bào)告對(duì)3個(gè)舷吊依次提升，直至將管頭提升出水面。平管起吊作業(yè)如圖4所示。

圖4 平管起吊示意

管頭出水后，向管內(nèi)注入泡沫球以隔離管內(nèi)殘余天然氣，然后進(jìn)行法蘭焊接，焊接完成后進(jìn)行射線檢測(cè)和焊口防腐，最后將管道放回海底。平管下放到海床后的狀態(tài)如圖5所示。

圖5 平管下放到海底后的狀態(tài)

3.2 法蘭短節(jié)安裝

海底管道下放至海床后，經(jīng)初步測(cè)量?jī)蓚€(gè)焊頸法蘭的海底間距為108 m。為了保證吊裝安全和安裝質(zhì)量，一般每段短節(jié)的制作長(zhǎng)度不超過(guò)36 m?？紤]到施工區(qū)域海床地形地貌復(fù)雜，為方便短節(jié)安裝，本方案設(shè)計(jì)制作了4段短節(jié)，每段短節(jié)的長(zhǎng)度和布置如圖3所示。

短節(jié)制作完成后，依次將法蘭短節(jié)1到法蘭短節(jié)4吊裝下水并進(jìn)行法蘭組對(duì)，向法蘭墊圈槽內(nèi)放入試壓墊圈，穿上全部法蘭螺栓，使用棘輪扳手對(duì)螺栓進(jìn)行對(duì)稱均勻預(yù)緊，然后使用液壓拉伸器對(duì)螺栓進(jìn)行100%拉伸。本次施工所用法蘭規(guī)格為D14 in、600 lb（1 lb=0.453 6 kg），螺栓拉伸值12 000 psi（1 psi=6.895 kPa），液壓拉伸器達(dá)到拉伸值后，將全部螺母擰緊，完成法蘭安裝工作[3-5]。法蘭短節(jié)吊裝配扣如圖6所示。

圖6 法蘭短節(jié)吊裝下水

3.3 法蘭試壓

每對(duì)法蘭安裝完成后，單獨(dú)進(jìn)行法蘭試壓，試壓介質(zhì)為淡水。先用備用墊圈在船舶甲板上進(jìn)行試驗(yàn)，以驗(yàn)證試壓泵的功能正常和試壓軟管無(wú)泄漏，如圖7所示。

圖7 法蘭試壓甲板試驗(yàn)

水下法蘭試壓步驟：甲板上人員將試壓軟管連接到試壓泵上，同時(shí)潛水員下水將試壓軟管的另一端安裝到法蘭試壓墊圈的快速接頭上。甲板上人員通過(guò)試壓泵給法蘭注水升壓，試壓壓力為管道設(shè)計(jì)壓力的1.15倍，即8.8 MPa，穩(wěn)壓時(shí)間30 min，試壓泵上的壓力表無(wú)壓降則說(shuō)明試壓合格。水下法蘭試壓位置如圖8所示。

圖8 法蘭自試壓位置

自試壓合格后，在平臺(tái)側(cè)向管道內(nèi)放入直板排水球，并注入天然氣升壓，將海底管道內(nèi)的海水和原注入的泡沫球一起排出管外。排水工作完成后，將天然氣升壓至正常工作壓力，潛水員觀測(cè)確認(rèn)法蘭無(wú)泄漏后，管道可以恢復(fù)生產(chǎn)。

3.4 海底管道的后保護(hù)

管道復(fù)產(chǎn)后，對(duì)法蘭及海底管道進(jìn)行保護(hù)，包括在法蘭位置安裝保護(hù)器、利用沙袋回填作業(yè)坑，墊實(shí)支撐海底管道以避免管道懸空，最后使用壓塊覆蓋在管道上方防止落物損傷管道。修復(fù)管段的后保護(hù)如圖9所示。

圖9 修復(fù)管段的后保護(hù)

4 結(jié)束語(yǔ)

在海底管道維搶修作業(yè)中，法蘭是最為常用的施工部件之一。對(duì)長(zhǎng)輸管道使用的傳統(tǒng)法蘭實(shí)施損傷點(diǎn)修復(fù)，采用整體試壓法驗(yàn)證法蘭密封的有效性往往需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完成，且穩(wěn)壓過(guò)程中容易因溫度、環(huán)境等各種復(fù)雜因素變化而產(chǎn)生壓降。使用自試壓法蘭可有效規(guī)避這些因素的影響，可直接驗(yàn)證法蘭連接處的密封有效性，且驗(yàn)證效果好，因此具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。