【正文】 管道工程施工培訓(xùn)作者：日期：第四章 管道工程施工在油氣田地面工程中，管道工程占有非常重要的地位，通過管道可以進(jìn)行密閉收集和輸送石油、天然氣、含油污水、輕質(zhì)油、凈化水，進(jìn)行油田注水、注聚合物、注氣、工業(yè)及民用采暖供熱、通風(fēng)、排污、消防等作業(yè)。本章主要對油氣田地面建設(shè)中常用的管道從分類、組成、安裝、驗收等方面進(jìn)行介紹。第一節(jié) 管道的分類管道是用管子、管子聯(lián)接件和閥門等聯(lián)接成的用于輸送氣體、液體或帶固體顆粒的流體的裝置。通常，流體經(jīng)鼓風(fēng)機、壓縮機、泵和鍋爐等增壓后，從管道的高壓處流向低壓處，也可利用流體自身的壓力或重力輸送。管道的種類很多，材質(zhì)和用途多樣，在油氣田地面建設(shè)中最為常用的是碳素鋼和低合金鋼質(zhì)管道。1．按設(shè)計壓力（P）來分類（1）真空管道：一般指P＜（絕對壓力）或表壓在負(fù)壓的管道，如油氣田上原油穩(wěn)定的負(fù)壓抽氣管道和天然氣脫水的抽空管道等都是真空管道。（2）低壓管道：≤p≤。這類管道用得最多，如油氣田上的給排水管道、常壓罐進(jìn)出口管道、污水管道、天然氣放空管道、排污管道和通風(fēng)管道等都是低壓管道。（3）中壓管道：＜P≤10MPa的管道。這類管道也經(jīng)常用，如油氣田上的外輸油管線、輸氣管線等一般都是中壓管道。（3）高壓管道：一般指10MPa＜p≤100MPa的管道。如油氣田上的注水、注氣、注聚合物管道等都是高壓管道。（4）超高壓管道：一般指p＞100MPa的管道，習(xí)慣上稱為超高壓管道。油氣田地面工程中尚無此類管道。根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》規(guī)定，壓力管道是指利用一定的壓力，用于輸送氣體或者液體的管狀設(shè)備，（表壓）的氣體、液化氣體、蒸汽介質(zhì)或者可燃、易爆、有毒、有腐蝕性、最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體介質(zhì)，且公稱直徑大于25mm的管道。另外，在《壓力管道安裝許可規(guī)則》TSGD3001中，壓力管道安裝許可類別和級別分為：（1）GA類（長輸管道）：分為GA1級和GA2級。（2）GB類（公用管道）：分為GB1燃?xì)夤艿篮虶B2熱力管道。（3）GC類（工業(yè)管道）：分為GCGC2和GC3 三級。其中GC1 級安全等級最高；GC3 級安全等級最低,該類管道是油田地面建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的管道。（4）GD類（動力管道）：分為GD1級和GD2級。2．按工作溫度來分類（1）低溫管道：一般指工作溫度低于－40℃的管道，如油氣田上用于天然氣深冷加工的管道。為了避免由于低溫使管道產(chǎn)生冷脆而影響管道的機械強度，所以低溫管道一般宜用低合金管材或紫銅管材。（2）常溫管道：一般指工作溫度為﹣40～120℃的管道，如油氣田上的石油、天然氣集輸管道，給排水管道，注水管道等大部分都屬于這種常溫管道。（3）中溫管道：一般指工作溫度為121～450℃的管道，如油氣田上的高壓蒸汽管道、天然氣干醇脫水管道等都是中溫管道。中溫管道一般用優(yōu)質(zhì)碳鋼制成。（2）高溫管道：一般指工作溫度高于450℃的管道，為了保證管道在高溫情況下照樣安全生產(chǎn)，所以高溫管道管材一般應(yīng)選用耐熱不銹鋼或合金鋼。3．按管道材質(zhì)分類（1）鋼制金屬管道。如普通碳鋼、不銹鋼、合金鋼管道、鑄鐵管道等。（2）有色金屬管道。如純（紫）銅管道、黃銅管道和鋁管道等。（3）非金屬管道。如塑料管道、復(fù)合管道、混凝土管道和玻璃鋼管道等。4．按管道敷設(shè)方式分類 （1）室內(nèi)管道：室內(nèi)管道又分明裝和暗裝兩大類。明裝分架空敷設(shè)和地面敷設(shè)。架設(shè)在支架或支墩上，即架空敷設(shè)的管道。一些高架和低架的架空管道形成管廊和管帶。（2）室外管道：室外管道又分地下管道和地上管道。地下管道敷設(shè)分有地溝敷設(shè)和無地溝敷設(shè)（埋置）。地下有地溝敷設(shè)分為通行式地溝、半通行式地溝和不通行地溝。5．其它分類管道除上述幾種分類外，還可以按用途分類，油田常見的有油氣集輸管道、原油外輸管道、天然氣外輸管道、注水管道、污水管道、供熱管道等。此外，管道還可以根據(jù)管道相對位置和管子的通徑進(jìn)行劃分，本章不進(jìn)行詳細(xì)敘述。第二節(jié) 管道組成件為了輸送液體或氣體，必須使用各種管道，管道中除了主要的各種管子以外，還要用到各種管道配件（簡稱管件），例如，管道拐彎時要用彎頭，管道變徑時要用大小頭，管道分叉時要用三通，管道接頭與接頭相連接時要用法蘭，為達(dá)到開啟輸送介質(zhì)的目的，還要用各種閥門，為減少熱漲冷縮或頻繁振動對管道系統(tǒng)的影響，還要用膨脹節(jié)等等。此外，在管路上，還有與各種儀器儀表相連接的各種接頭﹑堵頭等。一、管子管子是管道中應(yīng)用最普遍、用量最大的元件，管子的好壞及其安裝的質(zhì)量，直接影響著油氣田地面工程的生產(chǎn)安全。在油氣田地面工程中，最為常用的管子有鋼制管道、不銹鋼管道、防腐保溫鋼制管道、玻璃鋼管道、復(fù)合管道等。1．鋼制管道鋼制管道俗稱鋼管，是目前油氣田地面建設(shè)工程上使用最為廣泛的一種管道，約占整個油田地面管道工程的90%，所以本章重點介紹鋼制管道的工程。鋼管按其制造方法分為無縫鋼管和焊接鋼管兩種。無縫鋼管用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金鋼制成，有熱軋、冷軋（拔）之分。焊接鋼管是由卷成管形的鋼板以對縫或螺旋縫焊接而成，按成型方法分為螺旋焊縫鋼管和直焊縫鋼管。1）無縫鋼管無縫鋼管是油氣田地面工程中應(yīng)用最多的管子，無縫鋼管的強度高、規(guī)格全，廣泛用在油氣田原油集輸管道、天然氣集輸管道、注水管道、蒸汽管道等。無縫鋼管可以用普通碳素鋼、普通低合金鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼制成，在油氣田地面工程常見有碳素鋼、低合金鋼制成。無縫鋼管按照生產(chǎn)工藝的不同分為熱軋和冷拔兩種。目前我國油氣田常用冷拔管外徑是4~200mm，~9m的各種規(guī)格；熱軋鋼管的外徑較大，油田常見的是32~630mm，通用長度是3~。熱軋無縫鋼管包括一般無縫鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、鍋爐鋼管、石油鋼管等。2）焊接鋼管焊接鋼管（俗稱黑鐵管），將焊接鋼管鍍鋅后則稱為鍍鋅鋼管（俗稱白鐵管）。按焊縫的形狀可分為直縫鋼管、螺旋縫鋼管和雙層卷焊鋼管；按其介質(zhì)不同又可分為水、天然氣、油輸送鋼管；按壁厚分薄壁管和加厚管；按其生產(chǎn)時采用的焊接工藝不同可分為連續(xù)爐焊（鍛焊）鋼管、電阻焊鋼管和電弧焊鋼管三種。直縫鋼管主要用于輸送水、儀表空氣等低壓流體和制作結(jié)構(gòu)零件等。鍍鋅管能防銹蝕，常用于儀表空氣系統(tǒng)。螺旋縫鋼管按照生產(chǎn)方法可以分為單面螺旋縫焊管和雙面螺旋縫焊管兩種。單面螺旋縫焊管用于輸送水等一般用途，雙面螺旋焊管用于輸送石油和天然氣等特殊用途。3）防腐保溫鋼制管道在油氣田地面工程建設(shè)中，地下敷設(shè)的管道占油田管道的一大部分，為了提高管道敷設(shè)效率和安裝質(zhì)量，一般情況下，地下管道為管道預(yù)制廠加工合格的防腐保溫成品管道。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近幾年防腐保溫管道類型越來越多，性能也越來越好，在油氣田地面建設(shè)中主要包括：瀝青防腐管、PE防腐管和聚氨酯泡沫塑料保溫管等。瀝青防腐管按防腐結(jié)構(gòu)分為普通級、加強級和特加強級，在使用時要考慮輸送的介質(zhì)情況、土壤環(huán)境和現(xiàn)場實際需要確定瀝青防腐管的防腐等級。PE防腐管是近幾年在油氣田發(fā)展起來的防腐管道，它具有使用壽命長、防腐強度高，不易損壞等優(yōu)點，不但延長了地下管道的更換周期，而且大大節(jié)約了成本。常用的有2PE防腐管和3PE防腐管等類型，常用的管徑范圍在Φ60～Φ1420mm之間，～24mm之間。聚氨酯泡沫塑料保溫管是油氣田管網(wǎng)施工中最為常見的防腐保溫管道，它具有保溫效果好、耐溫性好、防水性強、抗壓性高等優(yōu)點，主要用在油田輸油管道、摻水熱洗管道、熱水管道等領(lǐng)域。2．非金屬管材油田集輸系統(tǒng)多在高溫、高壓條件下運行，對非金屬管道的可靠性要求非常高。目前，在油氣田使用的非金屬管道品種有玻璃鋼管道、鋼骨架塑料復(fù)合管、連續(xù)增強塑料復(fù)合管和塑料合金復(fù)合管等。1）玻璃鋼管道玻璃纖維增強塑料簡稱“玻璃鋼（FRP）”，是由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合材料。新型復(fù)合玻璃鋼材料已經(jīng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們生活中發(fā)揮著越來越重要作用。90年代中期，我國首次在三次采油工藝中采用高壓玻璃鋼管道和玻璃鋼儲罐。玻璃鋼管是由玻璃纖維增強材料、熱固性樹脂和填料通過復(fù)合工藝組合而成的復(fù)合型管材。玻璃鋼管道通常分為中、低壓型和高壓型，其中工作壓力2MPa以下為低壓型，工作壓力2～7MPa為中壓型，工作壓力7～25MPa為高壓管道。高壓玻璃鋼管道主要應(yīng)用于高壓注水、注聚合物工程，中低壓玻璃鋼管道主要應(yīng)用于給排水系統(tǒng)。不同工作壓力的管道其連接方式不同，低壓管道通常采用承插連接、法蘭連接或管接連接等多種形式；高壓管道通常采用帶API圓螺紋的敦粗管端和整體接頭方式，管道采用50～100mm優(yōu)化接頭定位環(huán)固定，API標(biāo)準(zhǔn)8螺距外加厚長螺紋連接，螺紋接頭采用螺紋密封劑密封，接頭處按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行局部加厚。螺紋壓制成形，玻璃纖維不切斷。國產(chǎn)纖維纏繞酸酐固化環(huán)氧樹脂藍(lán)條紋玻璃鋼管直徑范圍為40～150mm，～24MPa，最高工作溫度為80℃，使用壽命為35年。進(jìn)口玻璃鋼管直徑范圍為25～1200mm，最高工作溫度為135℃。玻璃鋼管具有多項優(yōu)異特性，其水力坡降僅為鋼管的50%，重量僅為鋼管的1/5～1/3，比模量是鋼管的4倍，輕質(zhì)高強，耐腐蝕性好，并具有較好的韌性，最小彎曲半徑為60m。但也有薄弱之處，低壓玻璃鋼管道強度低，抗沖擊能力差，易破損；材質(zhì)脆性大，施工要求條件高；在施工或維修時，粘接條件的環(huán)境溫度必須在6℃以上進(jìn)行，同時固化時間一般需要4h以上，冬季維修有一定難度。玻璃鋼管道的連接形式可分為兩大類，即膠接連接和機械連接。其中膠接連接分為：對接包纏連接、搭接包纏連接、承插口斜面膠接。機械連接分為：承插口連接、法蘭連接、螺紋連接。目前油田地面建設(shè)工程上，大口徑玻璃鋼管道多以承插連接，然后進(jìn)行包纏密封。小口徑管道多以螺紋連接，然后進(jìn)行刷膠密封。2）連續(xù)增強塑料復(fù)合管（RTP）連續(xù)增強塑料復(fù)合管（英文名稱為：Reinforced Thermoplastic Pipe簡稱RTP）是以交聯(lián)聚乙烯（PEXb）或耐熱聚乙烯（PERT）為基體材料，高強度鋼絲編織網(wǎng)為增強材料，在基體與增強材料間通過高效粘接劑熱粘接而形成的多層復(fù)合非金屬管材。它以耐高壓和輸送介質(zhì)溫度高為其主要特點，并且根據(jù)用戶要求長度定長制造，中間無需管件連接,可靠實現(xiàn)了高壓高溫介質(zhì)連續(xù)輸送。連續(xù)增強塑料復(fù)合管采用增強電熔套管連接，與設(shè)備或金屬管道連接采用扣壓接頭或增強電熔接頭法蘭。該管道使用的溫度為﹣42℃～65℃，普通管道使用壓力為10MPa，增強管道使用壓力最大可達(dá)32MPa。該管道最大的特點是單管長度200～1500m，因此現(xiàn)場連接接頭少，如果內(nèi)敷鋼絲或鋼帶，方便探測。目前在油氣田地面建設(shè)工程中主要用于油、氣、水集輸管線，特別適用于高含硫的油、氣、水等介質(zhì)的輸送。3）鋼骨架塑料復(fù)合管鋼骨架塑料復(fù)合管是以壁厚為5mm的普通低碳鋼絲網(wǎng)為骨架，高密度聚乙烯為基體，在生產(chǎn)線上將鋼絲點焊成網(wǎng)并同步進(jìn)行塑料擠出填注、連續(xù)拉膜成型的雙面防腐壓力管道。該管道具有較高的強度、剛度和抗沖擊性，主要用于石油、天然氣、化工、市政、船舶領(lǐng)域作中壓管道等。目前在油氣田地面建設(shè)中主要用于聚合物母液管道、污水管道、清水管道等領(lǐng)域。鋼骨架塑料復(fù)合管連接采用法蘭或電熔連接，技術(shù)成熟，管件規(guī)格配套齊全。其優(yōu)點是：抗機械性能好，能夠承受一定的沖擊強度和拉伸強度；內(nèi)表面光滑，水力摩阻小，不易結(jié)蠟、結(jié)垢；熱傳導(dǎo)系數(shù)低，保溫性能優(yōu)良。但也存在不足：施工過程中需要的設(shè)備比較多，必須由專業(yè)隊伍施工和維護(hù)；和鋼制管道相比，在外力作用下易于破損；另外，管道一但凍結(jié)后，會出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象，無法采取電加熱解堵。4）耐蝕合金復(fù)合管結(jié)構(gòu)耐蝕合金復(fù)合管結(jié)構(gòu)管道以碳鋼管為基管，將薄壁耐蝕合金鋼管同軸裝入基管內(nèi)表面，用炸藥或燃爆氣體產(chǎn)生的瞬間動能，使襯管發(fā)生塑性變形，基管發(fā)生彈性變形，基管襯管粘合緊密形成復(fù)合層。基管承受輸送壓力，內(nèi)襯管耐腐蝕、耐高溫。根據(jù)不同介質(zhì)，內(nèi)襯層材料的特點也不同：（1）316L不銹鋼：是含鉬不銹鋼，%，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和良好的機械力學(xué)性能，具有良好的抗氯化物侵蝕和焊接性能，可焊性好。（2）雙相不銹鋼：耐應(yīng)力腐蝕、耐孔蝕、耐腐蝕疲勞等性能較奧氏體有顯著改善，強度硬度高，可焊性良好，熱裂傾向小，導(dǎo)熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小。（3）鎳基合金鋼：具有較高的高溫強度、持久強度和蠕變強度，特別是具有良好的高溫耐蝕性，即具有較高的抗氧化性、抗硫化性、抗氮化性和抗?jié)B碳性。5）塑料管在油氣田地面建設(shè)中常用的塑料管有硬聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管、聚丙烯（PP）管和耐酸酚醛塑料管等。塑料管具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、加工容易（易成型）和施工方便等特點，常用于清水管線、排水管線、含聚合物的排污管線等領(lǐng)域。二、管件一般地講，在整條管線中，除管子以外的各種配件可以統(tǒng)稱為管配件。習(xí)慣上將彎頭、三通、大小頭、管帽及各種管接頭通稱為管件，它是用來改變管道方向、改變管徑大小、進(jìn)行管道分支、局部加強、實現(xiàn)特殊連接等作用的。在油氣田地面建設(shè)中，廣泛應(yīng)用的是鋼制管件，這里主要介紹常用的一些鋼制管件。1．彎頭彎頭是用于改變管道方向的管件，根據(jù)一個彎頭可改變管道方向的角度不同，常用的彎頭可分為45176。和90176。兩種型式。根據(jù)彎頭拐彎的曲率半徑不同，又可將常用彎頭分為短半徑（曲率半徑R=）彎頭和長半徑（曲率半徑R=）彎頭兩種，如圖41所示。一般情況下，應(yīng)優(yōu)先采用長半徑彎頭，而短半徑彎頭多用于結(jié)構(gòu)尺寸受限制的場合。有時為了緩和介質(zhì)在拐彎處的沖刷和動能，還可能用到R=、R=6DN、R=10DN、R=20DN的彎管。a) 90176。彎頭 R= b) 90176。彎頭 R= c) 45176。彎頭 R=圖41 彎頭根據(jù)采用的制造方法不同，可將彎頭分為推制彎頭、擠壓彎頭和焊制斜接彎頭三種。推制彎頭和擠壓彎頭常用于介質(zhì)條件比較苛刻的中小尺寸管道上，焊制斜接彎頭則常用于介質(zhì)條件比較緩和的大尺寸管道上。當(dāng)斜接彎頭的斜接角度大于45176。時，不宜用于劇毒、可燃介質(zhì)管道上，或承受機械振動、壓力脈動及由于溫度變化產(chǎn)生交變載荷的管道上。2．三通它是用作管道分支的管件。通常有同徑三通（即分