环氧玻璃钢和光固化保护套在定向钻穿越应用中的探讨13版本课件.pptx
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1、 摘要摘要:本文就目前应用于国内外定向钻穿越管道防腐层外防护技术(环氧玻璃钢及光固化保护套)的技术特点、应用范围及施工工艺进行介绍,并结合浙江石油具体工程实例和新技术的使用效果,对这两种技术在定向钻穿越中的应用进行探讨。 1现状分析现状分析2新防腐层外防护技术的采用新防腐层外防护技术的采用环氧玻璃钢环氧玻璃钢3新防腐层外防护技术的采用新防腐层外防护技术的采用光固化保护套光固化保护套4三三种管道定向钻种管道定向钻防护技术防护技术对比对比目录目录5结论分析结论分析现状分析现状分析 众所周知,在长输管线铺设的过程中经常会遇到各类复杂的穿越地段,例如穿越河流、山体、铁路、公路及特殊地质路段等。这些地段
2、的地质多以砂砾石岩层地带为主,地质条件恶劣,内部结构复杂,管道在穿越过程中极易出现外防腐层大面积破损,甚至“卡壳”导致穿越失败的严重后果。 另外,由于穿越的管道其路由往往具有唯一性,其管线维修成本和难度极大。如何选择合适的穿越段管道外防腐体系,以提高穿越段管道外防腐层整体质量,是亟待解决的难题。 目前国内管道主体防腐层以单环氧和挤压聚乙烯三层结构(3PE)为主,国内外大量的穿越工程实例表明:一般地段的穿越对防腐层的破坏相对较少通常采用单环氧和三层PE进行地下管线的防腐即可。但是遇到多砂砾石、风化岩层甚至岩石层等地质情况,由于PE耐划伤强度不足,经常出现管道3PE防腐层划伤露出基材,补口材料严重
3、破损甚至脱落等现象。图1为浙江管道穿越后3PE防腐层及防腐材料损坏及脱落。现状分析现状分析图1 管道穿越后3PE防腐层及补口材料损坏及脱落 现状分析现状分析1.11.1现状情况分析现状情况分析 浙江甬台温成品油管道于2014年11月11日对宁波宁海白溪段管线定向穿越段管道采用3PE外防腐层检测评估时发现:在管道定向钻施工回拖过程中,由于地下地质结构复杂导致管道受到不规则孔洞、砂质土壤和破碎岩粒等物体影响,管道的外防腐层出现不同程度的损伤,部分管段严重划伤至露出金属管道表体,导致外防腐层防腐效果降低甚至失效。针对管道外防腐层绝缘电阻率检测结果,只得采用了在定向钻两端增加牺牲阳极阴极保护弥补。现状
4、分析现状分析 1.21.2现状现状检测结果分析检测结果分析 定向钻穿越管道长度958m,直径4068.7mm,3PE防腐层厚度大于2.9。定向钻穿越回拖管道是从入土端至出土端,从下图判断出土端管道外防腐层受损最严重。由于此段管道穿越山丘,除了出土端管道可以检测外,其余段管道无法采集信号。现状分析现状分析序号序号管段位置(米)管段位置(米)管段长度(米)管段长度(米)绝缘电阻绝缘电阻(欧欧*平米平米)防腐层分级防腐层分级10.0 5.05.00752劣25.0 8.03.005038良38.0 15.07.002464差415.0 20.05.003644可表1 管线外防腐层检测评估结果现状分析
5、现状分析 从上表可以统计出外防腐层评定为: 评为优级的有0m,占全长的 0% 评为良级的有3m,占全长的 15.0% 评为可级的有5m,占全长的 25.0% 评为差级的有7m,占全长的 35.0% 评为劣级的有5m,占全长的 25.0% 检测长度为20m,管道外防腐层平均绝缘电阻率为:2717.1(*) 防腐层综合等级为:差差现状分析现状分析1.31.3现状结果分析现状结果分析 管道铺设期间,管道防腐层质量和使用安全是保证管道服役寿命的核心、重点和难点。为此,亟需在定向钻穿越段中寻找合适的穿越防护材料或在现有基础上开发一种可以给3PE防腐层提供有效保护的产品。新型环氧玻璃钢和光固化保护套两种管
6、道防腐层外防护技术的出现就很好的解决了定向钻穿越过程出现的问题。现状分析现状分析2.12.1环氧玻璃环氧玻璃技术介绍技术介绍 环氧玻璃钢防护技术是为了解决穿越工程中出现的3PE防腐层划伤、划破或防腐层被拉甚至脱落问题而针对性开发的一种防护新技术。环氧玻璃钢是由改性环氧树脂胶黏剂和玻璃纤维增强材料通过二者之间的界面复合而成的低压成型材料,集合了环氧树脂胶黏剂和玻璃纤维的优点,具有强度高,耐化学介质腐蚀,电绝缘,硬度高,耐划耐磨,抗冲击性能强及成型简单,同时环氧玻璃钢与PE的粘接力好,不会出现脱落,既能抵抗管道在穿越过程外部的摩擦冲击,又能保护里层防腐层。新防腐层外防护技术的采用新防腐层外防护技术
7、的采用环氧玻璃钢环氧玻璃钢2.22.2环氧玻璃钢材料要求及涂层性能环氧玻璃钢材料要求及涂层性能表2 玻璃纤维布技术指标环氧玻璃钢技术特点环氧玻璃钢技术特点序号序号项项 目目指指 标标试验方法试验方法1单位面积质量单位面积质量g/200300GB/T 9914.32含水率(质量)含水率(质量)%0.30GB/T 9914.13碱金属氧化物含量(质量)碱金属氧化物含量(质量)%0.8GB/T15494可燃物含量(质量)可燃物含量(质量)%0.20GB/T 9914.25拉伸断裂强力拉伸断裂强力 N/cm经向经向76GB/T 7689.5纬向纬向726织物密度织物密度 根根/经向经向101GB/T
8、7689.2 纬向纬向 101序号序号项目(单位)项目(单位)指指 标标试验方法试验方法环氧树环氧树脂脂1 1固体含量固体含量 % %9595GB/T GB/T 172517252 2密度密度 g/g/c cm31.401.401.531.53GB/T GB/T 675067503 3粘度粘度 mPamPas s500050001000010000GB/T GB/T 17231723固化剂固化剂5 5密度密度 g/cg/cm31.41.41.61.6GB/T GB/T 675067506 6粘度粘度 mPamPas s50050020002000GB/T GB/T 17231723涂层涂层7
9、7凝胶时间凝胶时间 minmin1515GB/T GB/T 12007.712007.78 8干燥时干燥时间间h h表表干干2 2GB/T GB/T 17281728实实干干8 89 9抗抗1 1弯曲弯曲无裂纹、无裂纹、无漏点无漏点SY/T SY/T 0315-0315-20052005附录附录E E1010抗冲击抗冲击 J J8 8SY/T SY/T 0315-0315-20052005附录附录F F1111邵氏邵氏D D硬度硬度 HDHD8080GB/T GB/T 24112411表3 环氧树脂技术指标环氧玻璃钢技术特点环氧玻璃钢技术特点表4 环氧玻璃钢防护层技术指标序号序号项目项目指指
10、标标试验方法试验方法1 1邵氏邵氏D D硬度硬度 HDHD8585GB/T 2411GB/T 24112 2耐划伤(耐划伤(50kg50kg) m m470470SY/T 4113SY/T 41133 3耐磨性耐磨性 L/L/m m3 3SY/T0315-2005SY/T0315-2005附录附录J J4 4抗抗1 1弯曲弯曲无裂纹无裂纹SY/T 0315-2005SY/T 0315-2005附录附录E E5 5对对PEPE粘结强度粘结强度 MPaMPa3.53.5Q/SY1477-2012Q/SY1477-2012附录附录A A环氧玻璃钢技术特点环氧玻璃钢技术特点2.32.3环氧玻璃钢施工工
11、艺环氧玻璃钢施工工艺 环氧玻璃钢施工为现场涂敷完成穿越管道环氧玻璃钢外护层的整体包覆。环氧玻璃钢施工工艺根据施工环境条件有二布五油、三布六油及四布七油三种工艺。二布五油即为环氧树脂(表干)+环氧树脂+玻璃布+环氧树脂+玻璃布+环氧树脂(表干)+环氧树脂。环氧玻璃钢施工工艺环氧玻璃钢施工工艺PE表面粗糙化处理PE表面除尘处理钢丝刷交叉拉毛或喷砂打毛吸尘器或压缩空气吹扫PE表面激化处理涂敷底层环氧树脂涂敷面层环氧树脂P涂层表干涂敷环氧树脂玻璃纤维浸涂缠绕涂层表干用火焰烘烤机械喷涂或手工涂刷专用浸涂缠绕机往返2次机械喷涂或手工涂刷机械喷涂或手工涂刷环氧玻璃钢施工工艺环氧玻璃钢施工工艺图2工艺流程图
12、环氧玻璃钢采用机械或手工涂敷安装,以二布五油为例,其施工工艺及要求如图2工艺流程图所示:2.42.4环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用 浙江甬台温成品油管道临海段岩石穿越工程,由于该地段地质复杂,管道经过的山体基本为全岩石地段,且为陡坡,地质勘察报告显示岩石强度132203MPa,属于坚硬岩体;周围环境受限,山体坡度较陡,局部坡度达6070,人员站立困难;且周边有2座水窖(有100多农户生活用水)、坟墓等障碍物,外部环境复杂。建设单位组织专家、测量与勘探、设计、监理、施工等单位多次组织对该处管道敷设方案进行反复论证,提出以下三个施工方案。 环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的
13、实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用山体西侧饮用水水道浦东大桥头村蓄水池及山沟水道管道定向穿越点台金高速规划厂房图3甬台温成品油管道台州临海段定向钻施工现场图(南侧)图4甬台温成品油管道台州临海段定向钻施工现场图(北侧)2.4.12.4.1施工技术方案和经济分析施工技术方案和经济分析 采用大开挖由于管道经过的山体基本为全岩石地段,且为陡坡,地质勘察报告显示岩石强度132203MPa,属于坚硬岩体,机械开挖管沟困难,必须采用爆破方式。但管道施工作业带距高速公路只有50m左右,根据公路安全管理条例爆破方式距离应大于高速公路200 m,即使采取安全措施也无法保证高速公路安全通行。
14、且该山体环境和周边环境较为复杂,开挖方案不确定性因素较多,故无法进行大开挖作业施工。环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用 采用开挖隧道施工方式,洞口爆破开挖时同样存在前一方案类似情况 ,且开挖隧道方案每米造价在2.0-2.2万元,预计费用902万元。 采用岩石定向钻,而岩石定向钻方案可以避开上述影响,在工期和安全方面更加可控。每米造价在约8500元,预计费用348.5万元。 该成品油管道穿越类型为山体岩石穿越,穿越条件比较恶劣,前期实验管体防腐层破损严重,管线非常有必要对防腐层进行外防护,若采用环氧玻璃钢整管外防护的穿越,需增加投资约330元/m2,但远比隧道开挖施工方案节约投资,
15、预计费用402万元。实际节约投资约500万元。最后专家推荐采用岩石定向钻方案,最后专家推荐采用岩石定向钻方案,并采用并采用特种改性环氧玻璃钢特种改性环氧玻璃钢技术技术作为管道外作为管道外防防护护。环氧玻璃钢技术的实际应用环氧玻璃钢技术的实际应用2.4.2 2.4.2 实际施工中的情况实际施工中的情况 甬台温成品油管道临海段在采用玻璃钢外防护前,先进行试拖对比试验,在试拖试验中,钢管三层PE防腐层已经被严重划伤,甚至露出钢管,验证了穿越环境条件的恶劣性。环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况图5 3PE管道试拖划伤严重环氧玻璃钢防腐实际施工中的情况环氧玻璃钢防腐实际施工中的
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