徐騫，趙喜峰，董明遠(yuǎn)，杜國強(qiáng)，李記忠，李偉

FBE管線連接形式及選擇方法

徐騫，趙喜峰，董明遠(yuǎn)，杜國強(qiáng)，李記忠，李偉

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

FBE管線的連接方式包括內(nèi)襯套筒、法蘭、耐蝕合金短節(jié)和節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口。介紹了這幾種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合某國外項(xiàng)目實(shí)例分析了FBE管線連接形式的選取方法，供海洋石油工程管道工程師參考和借鑒。

FBE；內(nèi)襯套筒；法蘭；耐蝕合金短節(jié)；節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口；連接方式

FBE是Fusion Boning Epoxy的簡(jiǎn)稱，是一種熱固性重防腐環(huán)氧粉末涂料，可以在預(yù)熱后的鋼制品表面熔化、流平、固化，形成一層均勻的涂層，從而對(duì)鋼制管線進(jìn)行保護(hù)，以較低的成本極大地提高鋼管的防腐能力[1]。

熔結(jié)環(huán)氧粉末涂裝過程無三廢污染，是一種環(huán)保型涂料[2]。采用FBE涂覆的管線具有優(yōu)良的耐海水腐蝕以及耐硫、氯等酸性介質(zhì)性能。自1960年熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層（FBE）首次用于管道防腐以來，全世界已有超過10萬km管道采用此種涂層進(jìn)行防腐[3]。通過40多年成功應(yīng)用，F(xiàn)BE已被充分證實(shí)是可用于多種環(huán)境下保護(hù)金屬管道并抵抗外界腐蝕的一種有效涂層[4]。

與其他涂塑材料一樣，F(xiàn)BE無法承受高溫，一般最高操作溫度不超過95 ℃[5]，因此無法采用直接焊接的方式連接管線，以避免焊接時(shí)的高溫破壞FBE涂層。通常，F(xiàn)BE管線的連接方式有內(nèi)襯套筒、法蘭、耐蝕合金短節(jié)和節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口這4種。

本文結(jié)合某國外項(xiàng)目自FEED、投標(biāo)到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段FBE管線連接方式的探討，介紹和分析這4種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)及選擇方法。

1 項(xiàng)目背景介紹

某國外大型原油增產(chǎn)項(xiàng)目，由生產(chǎn)平臺(tái)、氣體壓縮平臺(tái)、供電平臺(tái)、集輸平臺(tái)等若干組塊組成，管線口徑最大達(dá)到152.4 cm。由于原油組分中含有較高的硫化氫，常規(guī)材質(zhì)的管線無法滿足防腐要求，因此采用了大量的Inconel 625鎳基耐蝕合金（UNS N06625）作為基礎(chǔ)材料。

625鎳基合金的價(jià)格昂貴，大大提高了油田開發(fā)投資額。因此在FEED設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)方引入了大量FBE管線，以部分替代625鎳基合金的使用。FBE管線的適用范圍如下：

1）低流速、間歇流、滯流工況管線；

2）最小流速小于4.6 m·s-1的單相天然氣管線；

3）最小流速在1 m·s-1以內(nèi)的液相管線；

4）最小流速在3.05 m·s-1以內(nèi)的氣/液雙相流管線；

5）公用管線如飲用水、公用水、開排及生活污水管線。

2 FEED階段FBE管線連接方式

在該項(xiàng)目FEED階段，由于設(shè)計(jì)深度有限，設(shè)計(jì)方并沒有明確上部組塊FBE管線的連接方式，這也給后續(xù)詳細(xì)階段FBE管線連接方式的討論和變化埋下了伏筆。但是對(duì)海管和組塊立管，由于絕大部分是長直管線，對(duì)采用FBE內(nèi)涂的管線，明確使用節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口連接方式。

節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口連接方案首先是將直管段做好FBE內(nèi)涂，兩端預(yù)留一小段裸管，待管段完成焊接后，再將焊縫周圍的裸露區(qū)域進(jìn)行節(jié)點(diǎn)修補(bǔ)和內(nèi)涂，以實(shí)現(xiàn)FBE涂層的完整性。這項(xiàng)工作一般由自動(dòng)化的補(bǔ)口機(jī)器人或補(bǔ)口車完成，由在管道內(nèi)部工作的主機(jī)和管道外部的遙控設(shè)備兩部分組成。管內(nèi)主機(jī)一般包括動(dòng)力系統(tǒng)、除銹系統(tǒng)、吸塵系統(tǒng)以及涂覆系統(tǒng)組成，如圖1所示。

相對(duì)于上部組塊的復(fù)雜管系，海管和立管的管線路由單一，以長直管線為主，非常適合這種節(jié)點(diǎn)補(bǔ)口連接方式。其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，效率高，但僅適用于大批量長輸管線，且需要運(yùn)送設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)施工，對(duì)場(chǎng)地有一定的要求，對(duì)涂覆質(zhì)量的要求也比較高。對(duì)少數(shù)不能實(shí)施自動(dòng)化補(bǔ)口的位置，也可以采用人工的方式手動(dòng)補(bǔ)口，但不論效率和施工質(zhì)量都不能與自動(dòng)化設(shè)備相比，甚至業(yè)主不接受手動(dòng)補(bǔ)口。

3 投標(biāo)階段FBE管線連接方式

投標(biāo)階段，由于招標(biāo)文件中沒有明確FBE管線連接方式，其中一家競(jìng)標(biāo)商在澄清中就此詢問業(yè)主。業(yè)主回復(fù)并明確采用內(nèi)襯套筒的連接方式，如圖2所示。

圖2 FBE管線內(nèi)襯套筒連接示意圖

采用套筒短節(jié)分別插入已完成FBE內(nèi)涂的兩段管段端部，然后將兩段管段焊接在一起（短節(jié)在環(huán)焊縫處有隔熱層）。短節(jié)本身具備防腐能力，兩端使用環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑和密封環(huán)進(jìn)行多級(jí)密封。即使焊接時(shí)的高溫破壞了管段端部原有的部分FBE涂層，短節(jié)的密封也能阻止腐蝕性介質(zhì)進(jìn)一步侵入到被焊接破壞掉FBE涂層的部分。

內(nèi)襯套筒連接方式雖然也有應(yīng)用范例，且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，物流和安裝都比較方便，但也存在明顯缺點(diǎn)。一是沒有業(yè)主批準(zhǔn)的AVL廠家，且沒有同等復(fù)雜度和尺寸（最大152.4 cm）的項(xiàng)目應(yīng)用業(yè)績(jī)；二是針對(duì)管線管件，很難達(dá)到緊固尺寸的公差要求，存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)；三是焊后熱處理過程中的高溫有可能對(duì)套筒的表面產(chǎn)生破壞，而相應(yīng)的檢查根本無法實(shí)施；四是焊接時(shí)可能產(chǎn)生焊渣并殘留在密封圈與焊縫之間的縫隙中，這些焊渣無法清除且可能導(dǎo)致RT檢驗(yàn)失敗；五是由于引入內(nèi)襯套筒，焊縫處的壁厚增加，在進(jìn)行RT無損檢驗(yàn)時(shí)不得不增加曝光時(shí)間，對(duì)檢驗(yàn)效率和項(xiàng)目工期都有一定影響。

4 詳細(xì)設(shè)計(jì)階段FBE管線連接方式

考慮到內(nèi)襯套筒連接方式的諸多缺點(diǎn)，在詳細(xì)設(shè)計(jì)初期（30%設(shè)計(jì)審查前），承包商聯(lián)系了相關(guān)廠家，搜尋了多種方案，試圖解決該問題，但并未獲得完美的解決方案。在向業(yè)主解釋了FEED和投標(biāo)階段內(nèi)襯套筒連接方案的擔(dān)心后，業(yè)主建議尋求替代方案。

4.1 法蘭連接

承包商首先提出法蘭連接方式。該方案使用配對(duì)法蘭連接管段，避免破壞FBE涂層，而且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工非常友好，安裝簡(jiǎn)單快速。但是法蘭，特別是高磅級(jí)法蘭，重量較大。經(jīng)過計(jì)算，如果該組塊的FBE管線均采用法蘭連接方式，總共將增加幾百噸的平臺(tái)重量，給本已接近臨界值的海上浮拖安裝增加了額外風(fēng)險(xiǎn)。如果因此選擇更大的安裝船舶，將導(dǎo)致巨大額外成本，得不償失。另一方面，對(duì)含有烴類的系統(tǒng)管線，法蘭存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)，特別是該油田組分中含有硫化氫，一旦泄漏會(huì)導(dǎo)致不可忽視的安全風(fēng)險(xiǎn)?？梢姺ㄌm連接并非完美的解決方案。

4.2 PUP Piece連接

承包商隨后研究了耐蝕合金短節(jié)（PUP Piece）的連接方案。該方案是在碳鋼短節(jié)的一端均勻堆焊一層3 mm厚的Inconel 625合金，另一端保留一部分碳鋼裸管。首先將碳鋼管段的兩端均焊接一個(gè)PUP Piece（管段與PUP Piece的碳鋼端焊接）形成一個(gè)Spool，然后將該Spool送入廠家進(jìn)行FBE內(nèi)涂，再運(yùn)至組塊建造場(chǎng)地進(jìn)行Spool的組裝和焊接。采用625焊材將兩個(gè)PUP Piece的堆焊端進(jìn)行焊接，從而將兩個(gè)Spool焊接在一起，如圖3所示。

圖3 PUP Piece連接方式

這種方案的優(yōu)點(diǎn)是大量取代了法蘭，最大可能降低了油氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，而且大幅降低了法蘭導(dǎo)致的增重。當(dāng)然缺點(diǎn)也同樣存在：首先是費(fèi)用，PUP Piece這種連接方式對(duì)管線的布置有一定要求和限制，一部分管件不得不使用625堆焊管件，加上PUP Piece本身的堆焊，特別是遇到有焊后熱處理的工況，PUP Piece的長度將達(dá)到1.2 m，堆焊部分的長度也更大，這就導(dǎo)致整體的管線成本更高；其次，管線完成焊接組裝后的檢驗(yàn)和修復(fù)比較困得，一旦破壞涂層將導(dǎo)致整體管段重新涂裝；再者，使用PUP Piece短節(jié)，噴涂FBE的時(shí)候必須覆蓋625堆焊與碳鋼裸管的搭接處，過渡段的FBE附著力需要試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；最后是目前在主工藝系統(tǒng)管線大量使用PUP Piece短節(jié)的項(xiàng)目應(yīng)用案例很少，在承包商以往的項(xiàng)目中雖有使用，但主要用在hook up段。

4.3 最終連接方案

綜合考慮以上連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，承包商最終選定了最為科學(xué)合理的連接方案，歸納如下：

1）內(nèi)襯套筒連接方案存在難以解決的缺點(diǎn)和問題，技術(shù)上不可行。

2）法蘭連接方案使用受限，對(duì)于含有烴類的工藝系統(tǒng)，法蘭方案技術(shù)上不可行；對(duì)于大尺寸高磅級(jí)管線，引入法蘭增重較大。因此法蘭連接方案可應(yīng)用于開排、飲用水、公用水等公用系統(tǒng)及非關(guān)鍵系統(tǒng)。

3）對(duì)含有烴類的工藝系統(tǒng)，使用PUP Piece耐蝕合金短節(jié)連接是技術(shù)上可以接受的方案，且相對(duì)于使用純625鎳基合金管線或625堆焊的碳鋼管線在費(fèi)用上要更加經(jīng)濟(jì)。

4）對(duì)介質(zhì)流速較高的天然氣管線，F(xiàn)BE涂層有脫落風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)上更推薦使用625堆焊的碳鋼管線。

5 結(jié)束語

FBE管線是一種新型的耐腐蝕材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。作為一名配管工程師，應(yīng)充分了解FBE管線各種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮項(xiàng)目各方面的影響因素，認(rèn)真分析和權(quán)衡，從而選取最為經(jīng)濟(jì)和科學(xué)合理的連接形式及技術(shù)方案。

[1] 師立功. 管道用熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層長效防腐的關(guān)鍵[J]. 涂料工業(yè), 2017，47（2）：73-80.

[2] 畢學(xué)振. 熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料的應(yīng)用與施工介紹[J]. 中國涂料，2006，21（12）：43-49.

[3] KEHR J A, ENOS D. FBE, a foundation for pipeline corrosion coatings [C]. NACE International annual conference & exposition;Corrosion, 2000.

[4] 馮少廣，饒珊. 油氣采輸行業(yè)對(duì)高溫FBE 涂層的新需求[J]. 涂層與防護(hù)，2018，39（5）：1-8.

[5] 馮少廣，饒珊，李東陽. 市場(chǎng)與高溫FBE涂層的新需求[M].煙臺(tái)：中國粉末涂料與涂裝行業(yè)年會(huì)，2017.

Discussion on Types and Principle of Assembly Methodology forFBE Coated Piping

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（Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China）

The assembly methodology of FBE coated piping includes insert sleeve, flange, PUP Piece and field joint coating. In this paper, the advantages and disadvantages of these connection methods were introduced. Combined with an example of a foreign project, the selection method of FBE pipeline connection form was analyzed,providing some reference for offshore oil piping engineers.

FBE;Lining sleeve; Flange; Corrosion-resistant alloy pup joint; Joint patch; Connection method

2021-01-07

徐騫（1983-），男，工程師，碩士， 2009年畢業(yè)于東北石油大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，研究方向：海陽石油平臺(tái)總體管道設(shè)計(jì)。

TE54

A

1004-0935（2022）01-0136-03