閑置油管改造為地面集輸工程管的建設(shè)項目可行性論證報告

PAGE1-閑置油管改造為地面集輸工程管的可行性 論證報告大慶鑫科油田設(shè)備科技開發(fā)有限公司2012年5月閑置油管改造成為地面集輸工程管的可行性論證報告改造意義目前各采油廠，都存有大量的閑置油管。如何有效地利用這些閑置油管，具有極其重要的經(jīng)濟價值。大慶科聯(lián)防腐廠，經(jīng)過大量的現(xiàn)場實驗及科技攻關(guān)，成功地把閑置油管改造成地面集輸工程管，現(xiàn)已取得舊油管再利用的黃夾克管國家專利權(quán)。變閑置為實用，為采油廠節(jié)能降耗，增產(chǎn)節(jié)支提供了一條有效的技改途徑。改造工藝把閑置油管改造成埋地地面集輸工程管的主要工藝流程如下：探傷檢測靜水試壓探傷檢測靜水試壓制殼纏膠帶涂底膠靜電噴涂制殼纏膠帶涂底膠靜電噴涂做坡口 上防水帽檢驗出廠發(fā)泡上防水帽檢驗出廠發(fā)泡 溫納米油管溫納米油管層密護度保保聚料乙塑烯圖一改造后地面集輸工程管剖面結(jié)構(gòu)圖地面集輸工程管的結(jié)構(gòu)為：閑置油管+防腐層（納米）+底膠及膠帶+硬質(zhì)聚氨脂泡沫（保溫層）+高密度聚乙烯塑料（保護層），如圖一所示。防腐層（納米）：油管內(nèi)壁進行了納米防腐防蠟處理，內(nèi)涂層表面光滑，滯流層變薄，管內(nèi)液流阻力下降，加快了流體速度，降低能耗。同時防腐層（納米）是熱的不良導(dǎo)體，導(dǎo)熱率為0.15千卡/m.h℃,鋼的導(dǎo)熱率為70—100千卡/m.h℃，防腐層（納米）對體系溫度的下降和近管壁的溫度梯度改善起到了良好作用。在保證防腐防蠟效果時，由于體系粘度的下降也降低了能耗。底膠及膠帶：底膠增強了油管外壁與膠帶層間的粘力和密封性，有效的防止腐蝕性氣體、液體的滲入，充分發(fā)揮了膠帶良好的防腐蝕性能。硬質(zhì)聚氨脂泡沫（保溫層）：硬質(zhì)聚氨脂泡沫具有突出絕熱性能，油管外面包上了保溫材料，從而增加了熱阻，減少了流體溫降。高密度聚乙烯塑料（保護層）：由于高密度聚乙烯良好的耐酸、耐堿、耐低溫及防滲透性，用高密度聚乙烯管作防水、機械損傷保護層，有效的阻止了保溫材料進水和機械破壞。改造后地面集輸工程管具有獨特的親水憎油性能，因此該管適合于作輸送含蠟原油、高粘原油及聚合物原油的管道。同時防腐、防垢效果突出也適合用于輸水管線。三、閑置油管剩余機械性能分析油管的疲勞斷裂，是一個漸變過程。由局部的塑性變形—>微裂紋萌生—>微裂紋擴展—>宏觀裂紋擴展等系列事件組成的損傷累積演變過程。在裂紋形成期的損傷形式主要表現(xiàn)為位錯組態(tài)改變，胞狀亞結(jié)構(gòu)形成及局部連續(xù)性喪失，即微裂紋形成。裂紋一旦形成后，疲勞損傷便集中于裂紋頂端局部地區(qū)，并主要表現(xiàn)為裂紋尺寸增加。因此，在疲勞過程的不同階段上，損傷是按不同機理進行的，損傷累積的規(guī)律也不相同。疲勞損傷過程實質(zhì)上是一種不可逆的耗能過程。金屬中發(fā)生的一系列不可逆變化不斷地改變著油管材料的狀態(tài)。油管材料的狀態(tài)變化可用狀態(tài)變量來衡量。選擇合適的狀態(tài)變量，并研究其變化規(guī)律，即可確定油管的機械性能損傷與狀態(tài)變量的關(guān)系。大慶油田使用油管的主要材質(zhì)為J55、N80、P110、C90其平均機械性能指標如下：表一抗拉強度MPa屈服強度MPa延伸率%斷面收縮率%沖擊韌性J93562828．54518．5而普通地面集輸工程用管的管材材料為20#鋼，其平均機械性能指標為：表二抗拉強度MPa屈服強度MPa延伸率%斷面收縮率%沖擊韌性J380240222814設(shè)油管服役t年時間后，油管材料的機械性能損傷為D（t）；服役T年時間后材料的剩余有效機械性能為M（t），則按照損傷力學(xué)中Rabotnov模型：D（t）=1-[M（t）/M0]（1）M（t）=M0[1-D（t）]（2）式中，M0為油管材料的原始機械性能，如，抗拉強度、屈服強度、彈性模量等。油管材料的機械性能總損傷等于：疲勞引起的材料機械性能損傷+腐蝕引起的材料機械性能損傷。油管材料的機械性能總損傷可根據(jù)報廢油管材料的機械性能試驗數(shù)據(jù)，依據(jù)上面公式（1）、（2）求得。它們隨時間的變化曲線如圖二所示：圖二閑置油管機械性能的衰減曲線試驗表明，閑置油管的機械性能已衰減至原機械性能的70%~80%，經(jīng)修復(fù)處理后油管材料的平均剩余機械性能指標如下：表三抗拉強度MPa屈服強度MPa延伸率%斷面收縮率%沖擊韌性J65038022．631．514．8與表二對比可知，閑置油管經(jīng)漏磁探傷檢測等修復(fù)處理后的機械性能完全滿足埋地地面集輸工程管的機械性能要求。改造后的埋地地面集輸工程管具有以下性能：1、有足夠的強度、剛度和彈性以抵抗保溫段在預(yù)制和鋪設(shè)過程中的各種載荷2、有足夠高的抗壓強度以抵抗土壤或地下水的靜壓力，保證其不被壓破。3、導(dǎo)熱系數(shù)低。4、吸水率低或不吸水。5、表面粗糙度小等特點（具體數(shù)據(jù)可參考數(shù)據(jù)附表及檢測參數(shù)表）。改造后地面集輸工程管的可焊性分析經(jīng)焊接專家實踐論證，并且通過拉伸強度、屈服強度、及斷后伸長率等檢測實驗證明，閑置油管改造成地面集輸工程管施工過程中的連接，只要閑置油管的坡口為300—400角時，采用THJ506碳鋼焊條進行焊接，完全可以滿足需求。油管材質(zhì)為J55、N80、P110、C90，而埋地地面集輸工程管的材質(zhì)一般為20#鋼?？紤]兩者的可焊性差別較大，為了解決施工中可能存在的各種焊接隱患，我們與哈爾濱焊接研究所共同研制出了油管與20#鋼管材的焊接工藝。該對接過程在車間完成，出廠的地面集輸工程管的兩端經(jīng)材質(zhì)轉(zhuǎn)換后均為20#鋼材質(zhì)，從而解決了改造后地面集輸工程管與20#無縫鋼管的連接問題。改造閑置油管的經(jīng)濟效益分析目前73*5.51、88.9*6.45兩種外硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料內(nèi)纏膠帶保溫管(含修復(fù)納米坡口管,不含油管主材),與同型號的內(nèi)纏膠帶硬質(zhì)聚氨酯泡沫外夾克30mm無縫管20#鋼價格相比較,每公里均可節(jié)余6萬余元,總而言之，油田的判廢油管即得到了再利用，又大大節(jié)余了采油廠的成本，可見效益十分可觀。同時作為閑置油管改造地面集輸工程管材質(zhì)等諸多因素都優(yōu)于20#鋼無縫管，從而延長了地面集輸工程管的使用壽命。修復(fù)納米坡口管可參考數(shù)據(jù)附表普通油管部分參數(shù)(單位:mm)規(guī)格型號壁厚外徑內(nèi)徑備注73*5.51J55N5.5173.026288.9*6.45J55N6.4588.976納米涂料防腐后的檢驗參數(shù)（防腐層≥40Чm）1、納米防腐性能序號檢驗項目檢驗結(jié)果檢驗單位1耐沖擊性cm50國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心2柔韌性mm1國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心3附著力（劃格間距1mm）級1國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心4附著力（拉開法）MPa4.7．A國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心5彎曲試驗（圓柱軸）mm2國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心6硬度133國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心7耐磨性（1000g/1000r）g0.014國家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心2、物理性能條件結(jié)果檢測單位平均表面精糙度10Чm5Чm自檢氣壓起泡（10MPa）無起泡自檢水壓起泡（20MPa）無起泡自檢3、耐蝕性能條件結(jié)果檢測單位700C油田污水浸泡1個月涂層無變化勝利油田海水浸泡1個月涂層無變化勝利油田50mg/1H2S溶液中浸泡30d涂層無變化自檢耐鹽霧1000h涂層為1級廈門檢測站CaCO3飽合溶液中浸泡30d涂層無變化自檢4、防垢性能條件結(jié)果檢測單位污垢沉積速率mg/cm2mon0.0886鞍山鋼鐵集團公司技術(shù)中心污垢系數(shù)m2．ｈ．0C/KJ0.185X10-45、耐溫性能條件結(jié)果檢測單位3%NaCl溶液中1500C144小時涂層無變化金屬腐蝕與防腐國家重點試驗室6、壓力與導(dǎo)熱率名稱計量單位數(shù)值備注靜水壓力mpa46水壓試驗壓力mpa/5秒20.7導(dǎo)熱率千卡/m.h0c0.15改造后的外硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料內(nèi)纏膠帶保溫管檢測參數(shù)表：（保溫層:30mm）序號檢測項目單位技術(shù)指標檢測結(jié)果檢測標準1表面密度kg/m3406053.5GB/T6343-19952壓縮強度（10%）mpa0.200.20GB/T8813-19883汲水率（96h）g/cm30.030.0282SY/T0415-96(附錄B)4導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.K)0.030.0286SY/T0415-96(附錄C)5斷裂伸長率%60066