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1、闲 置 油 管 改 造为地面集输工程管的可行性论 证 报 告 大庆鑫科油田设备科技开发有限公司2012年5月闲置油管改造成为地面集输工程管的可行性论证报告一、 改造意义目前各采油厂，都存有大量的闲置油管。如何有效地利用这些闲置油管，具有极其重要的经济价值。大庆科联防腐厂，经过大量的现场实验及科技攻关，成功地把闲置油管改造成地面集输工程管，现已取得旧油管再利用的黄夹克管国家专利权。变闲置为实用，为采油厂节能降耗，增产节支提供了一条有效的技改途径。二、 改造工艺把闲置油管改造成埋地地面集输工程管的主要工艺流程如下：旧油管进厂高压洗清喷沙除锈探伤检测静水试压制 壳缠胶带涂底胶静电喷涂做坡口 上防水帽
2、检验出厂发 泡温 纳米油管 层 高 层密 护度 保 保 聚 料 乙 塑 烯 图一 改造后地面集输工程管剖面结构图地面集输工程管的结构为：闲置油管+防腐层（纳米）+底胶及胶带+硬质聚氨脂泡沫（保温层）+高密度聚乙烯塑料（保护层），如图一所示。防腐层（纳米）：油管内壁进行了纳米防腐防蜡处理，内涂层表面光滑，滞流层变薄，管内液流阻力下降，加快了流体速度，降低能耗。同时防腐层（纳米）是热的不良导体，导热率为0.15千卡/m.h,钢的导热率为70100千卡/m.h，防腐层（纳米）对体系温度的下降和近管壁的温度梯度改善起到了良好作用。在保证防腐防蜡效果时，由于体系粘度的下降也降低了能耗。底胶及胶带：底胶增
3、强了油管外壁与胶带层间的粘力和密封性，有效的防止腐蚀性气体、液体的渗入，充分发挥了胶带良好的防腐蚀性能。硬质聚氨脂泡沫（保温层）：硬质聚氨脂泡沫具有突出绝热性能，油管外面包上了保温材料，从而增加了热阻，减少了流体温降。高密度聚乙烯塑料（保护层）：由于高密度聚乙烯良好的耐酸、耐碱、耐低温及防渗透性，用高密度聚乙烯管作防水、机械损伤保护层，有效的阻止了保温材料进水和机械破坏。改造后地面集输工程管具有独特的亲水憎油性能，因此该管适合于作输送含蜡原油、高粘原油及聚合物原油的管道。同时防腐、防垢效果突出也适合用于输水管线。三、闲置油管剩余机械性能分析油管的疲劳断裂，是一个渐变过程。由局部的塑性变形微裂纹
4、萌生微裂纹扩展宏观裂纹扩展等系列事件组成的损伤累积演变过程。在裂纹形成期的损伤形式主要表现为位错组态改变，胞状亚结构形成及局部连续性丧失，即微裂纹形成。裂纹一旦形成后，疲劳损伤便集中于裂纹顶端局部地区，并主要表现为裂纹尺寸增加。因此，在疲劳过程的不同阶段上，损伤是按不同机理进行的，损伤累积的规律也不相同。疲劳损伤过程实质上是一种不可逆的耗能过程。金属中发生的一系列不可逆变化不断地改变着油管材料的状态。油管材料的状态变化可用状态变量来衡量。选择合适的状态变量，并研究其变化规律，即可确定油管的机械性能损伤与状态变量的关系。大庆油田使用油管的主要材质为J55、N80、P110、C90其平均机械性能指
5、标如下： 表一抗拉强度MPa屈服强度MPa延伸率%断面收缩率%冲击韧性J93562828545185而普通地面集输工程用管的管材材料为20#钢，其平均机械性能指标为： 表二抗拉强度MPa屈服强度MPa延伸率%断面收缩率%冲击韧性J380240222814设油管服役t年时间后，油管材料的机械性能损伤为D（t）；服役T年时间后材料的剩余有效机械性能为M（t），则按照损伤力学中Rabotnov模型： D（t）=1-M（t）/M0 （1）M（t）=M01-D（t） （2）式中，M0为油管材料的原始机械性能，如，抗拉强度、屈服强度、弹性模量等。 油管材料的机械性能总损伤等于：疲劳引起的材料机械性能损伤+
6、腐蚀引起的材料机械性能损伤。油管材料的机械性能总损伤可根据报废油管材料的机械性能试验数据，依据上面公式（1）、（2）求得。它们随时间的变化曲线如图二所示： 图二 闲置油管机械性能的衰减曲线试验表明，闲置油管的机械性能已衰减至原机械性能的70%80%，经修复处理后油管材料的平均剩余机械性能指标如下： 表三抗拉强度MPa屈服强度MPa延伸率%断面收缩率%冲击韧性J650380226315148与表二对比可知，闲置油管经漏磁探伤检测等修复处理后的机械性能完全满足埋地地面集输工程管的机械性能要求。改造后的埋地地面集输工程管具有以下性能：1、有足够的强度、刚度和弹性以抵抗保温段在预制和铺设过程中的各种载
7、荷2、有足够高的抗压强度以抵抗土壤或地下水的静压力，保证其不被压破。3、导热系数低。4、吸水率低或不吸水。5、表面粗糙度小等特点（具体数据可参考数据附表及检测参数表）。四、 改造后地面集输工程管的可焊性分析经焊接专家实践论证，并且通过拉伸强度、屈服强度、及断后伸长率等检测实验证明，闲置油管改造成地面集输工程管施工过程中的连接，只要闲置油管的坡口为300400角时，采用T H J 506碳钢焊条进行焊接，完全可以满足需求。油管材质为J55、N80、P110、C90，而埋地地面集输工程管的材质一般为20#钢。考虑两者的可焊性差别较大，为了解决施工中可能存在的各种焊接隐患，我们与哈尔滨焊接研究所共同
8、研制出了油管与20#钢管材的焊接工艺。该对接过程在车间完成，出厂的地面集输工程管的两端经材质转换后均为20#钢材质，从而解决了改造后地面集输工程管与20#无缝钢管的连接问题。五、 改造闲置油管的经济效益分析目前73*5.51、88.9*6.45两种外硬质聚氨脂泡沫塑料内缠胶带保温管 (含修复纳米坡口管,不含油管主材) ,与同型号的内缠胶带硬质聚氨酯泡沫外夹克30mm无缝管20#钢价格相比较,每公里均可节余6万余元,总而言之，油田的判废油管即得到了再利用，又大大节余了采油厂的成本，可见效益十分可观。同时作为闲置油管改造地面集输工程管材质等诸多因素都优于20#钢无缝管，从而延长了地面集输工程管的使
9、用寿命。六、 修复纳米坡口管可参考数据附表普通油管部分参数 (单位:mm)规格型号壁厚外径内径备注73*5.51 J55N5.5173.026288.9*6.45 J55N6.4588.976纳米涂料防腐后的检验参数（防腐层40m）1、纳米防腐性能序号检验项目检验结果检验单位1耐冲击性cm50国家涂料质量监督检验中心2柔韧性mm1国家涂料质量监督检验中心3附着力（划格间距1mm）级1国家涂料质量监督检验中心4附着力（拉开法）MPa4.7A国家涂料质量监督检验中心5弯曲试验（圆柱轴）mm2国家涂料质量监督检验中心6硬度133国家涂料质量监督检验中心7耐磨性（1000g/1000r）g0.014国
10、家涂料质量监督检验中心2、物理性能条件结果检测单位平均表面精糙度10m5m自检气压起泡（10 MPa）无起泡自检水压起泡（20 MPa）无起泡自检3、耐蚀性能条 件结果检测单位700C油田污水浸泡1个月涂层无变化胜利油田海水浸泡1个月涂层无变化胜利油田50mg/1 H2S溶液中浸泡30d涂层无变化自检耐盐雾1000h涂层为1级厦门检测站CaCO3饱合溶液中浸泡30d涂层无变化自检4、防垢性能条 件结果检测单位污垢沉积速率mg/cm2 mon0.0886鞍山钢铁集团公司技术中心污垢系数m20C/KJ0.185X10-45、耐温性能条 件结果检测单位3%NaCl溶液中1500C 144小时涂层无变
11、化金属腐蚀与防腐国家重点试验室6、压力与导热率名 称计量单位数 值备 注静水压力mpa46水压试验压力mpa/5秒20.7导热率千卡/m.h0c0.15七、 改造后的外硬质聚氨脂泡沫塑料内缠胶带保温管检测参数表：（保温层: 30mm）序号检测项目单位技术指标检测结果检测标准1表面密度kg/m3406053.5GB/T6343-19952压缩强度（10%）mpa0.200.20GB/T8813-19883汲水率（96HhHHHhh）g/cm30.030.0282SY/T0415-96(附录B)4导热系数W/(m.K)0.030.0286SY/T0415-96(附录C)5断裂伸长率%600667GB/T1040-926压痕硬度mm0.20.1SY/T0413-2002(附录F)7拉伸强度环向Mpa2021GB/T1040-92轴向Mpa2020GB/T1040-92偏差%152GB/T1040-928耐热性1000C96h尺寸变化%长度30.29SY/T0415-96(附录D)宽度0.43厚度2.4重量变化率21.8强度增长率1011大庆鑫科油田设备科技开发有限公司技术部- 12 -
闲置油管改造为地面集输工程管的项目建设可行性研究报告
