CN111473157A - 一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，涉及油气管道架设施工技术领域。该冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，包括有如下步骤：S1、施工前准备，S2、施工作业带清理和碎石路施工便道修筑，S3、支撑架架设，S4、管端口清理及打磨，S5、管道焊接，S6、管道保温处理。该冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，采用低温锚固法，管桩采用低温锚固法，热管使管桩的下部地基土冻结成一个很大的球状体，管桩与多年冻土之间产生很大的摩阻，这样，管桩既不会上抬也不会下沉，管桩附近的地基土入冬时先于其它地方开始冻结，然后向四周放射性地冻结起来，因此失去了向上抬的作用，减少管道的融沉。

Description

一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法

技术领域

本发明涉及油气管道架设施工技术领域，特别的为一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法。

背景技术

多年冻土区石油和经济开发不断推动输油管道技术的发展，但是多年冻土区输油管道的融沉和冻胀问题仍是关键性难题，寒区管道设计和施工必须考虑沿线的地形和环境条件对冻胀和融沉，以及相应的管道工程基础和结构整体性的影响，阿拉斯加输油管道工程取得成功的原因在于充足的科研投入、讨论和决策时间，以及最终采用的一系列创新设计来保护多年冻土和抑制融沉。这些研究围绕的关键问题是温热油管在多年冻土中的水热效应和差异性融沉和冻胀所导致的管道变形破坏，这些研究对可能出现问题的及早发现、充分理解和正确预测以及最终合理的设计、施工和维护至关重要。目前国内仅有三条已建冻土区长输管道，分别是1977年投产的格尔木-拉萨成品油管道、2006年投产的中俄原油管道一线和2018年投产中俄原油管道二线，它们均采用传统的埋地敷设方式，在管道运营过程中，冻胀和融沉都比较显著，所以现在急需一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，来解决上述背景技术中的融沉和冻胀问题。

发明内容

本发明提供的发明目的在于提供一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，该解决上述背景技术中的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，包括有如下步骤：

S1、施工前准备：施工机器要适应寒季施工的特点，地表冻层较厚，管沟开挖困难，施工前应准备开挖冻土的专用设备，在多年冻土区铺设管道前，需提前修筑冰路，以保护地表冻土带。

S2、施工作业带清理和碎石路施工便道修筑：高含冰的多年冻土分布地段，植被在清理的时候在寒季进行清理，低含冰量多年冻土分布地段，植被清理可以在任何时候进行，尽量采取填方的方式，尽量减少作业的宽度。在修筑碎石路施工便道时，筑路材料采用空气钻井技术开采地表下一定深度或湖底碎石土。

S3、支撑架架设：采用低温锚固法，热管内无水液氨吸热后由液体转换为气体，冷却后又转换为液体，利用这种循环特性，将无水液氨装在金属管中，一端装有散热片，置于大气中，金属管插在管桩的内部，下端埋在管桩下部的冻土层中。

S4、管端口清理及打磨：冬季施工管口在组对前，必须清理钢管上的尘土、积雪等，同时将坡口处和坡口端内外表面进行打磨，打磨出金属光泽，高于母材的地方应打磨与母材基本相平。

S5、管道焊接：焊口预热经测温合格后应立即进行根焊，焊接过程中应继续对管道进行加热，根焊完成后用点温仪对焊道层间温度进行测量，当测量温度达到80℃以上，方可进行填充焊接、盖面焊接施工，每道焊口宜连续焊接完成，在工休前要完成三层焊道并不低于壁厚的50％，同时，采取保温缓冷措施，焊接完成后立即采用保温被进行覆盖，在覆盖保温层前，先用电暖气烘烤保温被到80℃以上，严禁用冰冷的保温被对焊口覆盖。

S6、管道保温处理：管道常规支撑架和固定支撑架上的保温材料，可采用模铸形成壳式外套，铸模层外可涂一层凝胶质的保护层，两半合拢处用法兰扣合保持密封，架空管道在原有的三层PE防腐层外，再涂一层复合无机涂料，与外面的保温层相粘合，此外，保温材料既要适应宽幅度的气温条件。

进一步的，将根据S1中的操作步骤，专用设备采用液压挖掘机，将液压挖掘机单斗换成单钩，需提前修筑冰路，以保护地表冻土带。

进一步的，将根据S3中的操作步骤，管桩采用低温锚固法，热管使管桩的下部地基土冻结成一个很大的球状体。

进一步的，将根据S4中的操作步骤，打磨时，打磨不得减薄母材厚度，厚度不小于15mm。

进一步的，将根据S5中的操作步骤，加热温度控制在100℃，发生焊接错误时，需要重新焊接时：重新焊接时必须首先将焊道两侧各300～500m范围内加热到50℃以上，去除管内水汽，再用加热带加热到焊接温度。

进一步的，将根据S6中的操作步骤，保温材料一般用聚氨酯泡沫分层铸成两半，中间夹一层玻璃纤维层以加强其结构，铸模层用材为硬质的塑料玻璃纤维，衬里为一层低密度玻璃纤维，气温条件为：﹣52～40℃。

本发明提供了一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法。具备以下有益效果：

此方法采用低温锚固法，热管内无水液氨吸热后由液体转换为气体，冷却后又转换为液体，利用这种循环特性，将无水液氨装在金属管中，一端装有散热片，置于大气中，金属管插在管桩的内部，下端埋在管桩下部的冻土层中，管桩采用低温锚固法，热管使管桩的下部地基土冻结成一个很大的球状体，管桩与多年冻土之间产生很大的摩阻，这样，管桩既不会上抬也不会下沉，在多年冻土较浅的地区采用热管低温锚固设施，管桩附近的地基土入冬时先于其它地方开始冻结，然后向四周放射性地冻结起来，因此失去了向上抬的作用，减少输油管道的融沉。

此方法管道常规支撑架和固定支撑架上的保温材料，可采用模铸形成壳式外套，保温材料一般用聚氨酯泡沫分层铸成两半，中间夹一层玻璃纤维层以加强其结构，铸模层用材为硬质的塑料玻璃纤维，衬里为一层低密度玻璃纤维，以便减少空气渗透，铸模层外可涂一层凝胶质的保护层，以降低长期气候的影响，两半合拢处用法兰扣合保持密封，架空管道在原有的三层PE防腐层外，再涂一层复合无机涂料，与外面的保温层相粘合，防止保温层的滑动，此外，保温材料要适应宽幅度的气温条件，能耐大雪和大雨，气温条件为：﹣52～40℃，防止管道冻胀的问题。

具体实施方式

本发明提供一种技术方案：一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，包括以下具体实施步骤：

实施例：

S1、施工前准备：施工机器要适应寒季施工的特点，地表冻层较厚，管沟开挖困难，施工前应准备开挖冻土的专用设备，专用设备采用液压挖掘机，将液压挖掘机单斗换成单钩。在多年冻土区铺设管道前，需提前修筑冰路，以保护地表冻土带。

S2、施工作业带清理和碎石路施工便道修筑：高含冰的多年冻土分布地段，植被在清理的时候在寒季进行清理，低含冰量多年冻土分布地段，植被清理可以在任何时候进行，尽量采取填方的方式，尽量减少作业的宽度。在修筑碎石路施工便道时，筑路材料采用空气钻井技术开采地表下一定深度或湖底碎石土。

S3、支撑架架设：采用低温锚固法，热管内无水液氨吸热后由液体转换为气体，冷却后又转换为液体，利用这种循环特性，将无水液氨装在金属管中，一端装有散热片，置于大气中，金属管插在管桩的内部，下端埋在管桩下部的冻土层中，管桩采用低温锚固法，热管使管桩的下部地基土冻结成一个很大的球状体，管桩与多年冻土之间产生很大的摩阻。

S4、管端口清理及打磨：冬季施工管口在组对前，必须清理钢管上的尘土、积雪等，同时将坡口处和坡口端内外表面进行打磨，打磨时，打磨不得减薄母材厚度，厚度不小于15mm，打磨出金属光泽，高于母材的地方应打磨与母材基本相平。

S5、管道焊接：焊口预热经测温合格后应立即进行根焊，焊接过程中应继续对管道进行加热，加热温度控制在100℃，根焊完成后用点温仪对焊道层间温度进行测量，当测量温度达到80℃以上，方可进行填充焊接、盖面焊接施工，为保证层间温度，焊接过程中应继续对管道进行加热，为保证低温条件下焊接质量，每道焊口宜连续焊接完成，在工休前要完成三层焊道并不低于壁厚的50％，同时，采取保温缓冷措施，焊接完成后立即采用保温被进行覆盖，在覆盖保温层前，先用电暖气烘烤保温被到80℃以上，严禁用冰冷的保温被对焊口覆盖，以防止产生冷淬现象，发生焊接错误时，需要重新焊接时：重新焊接时必须首先将焊道两侧各300～500m范围内加热到50℃以上，去除管内水汽，再用加热带加热到焊接温度。

S6、管道保温处理：管道常规支撑架和固定支撑架上的保温材料，可采用模铸形成壳式外套，保温材料一般用聚氨酯泡沫分层铸成两半，中间夹一层玻璃纤维层以加强其结构，铸模层用材为硬质的塑料玻璃纤维，衬里为一层低密度玻璃纤维，以便减少空气渗透，铸模层外可涂一层凝胶质的保护层，以降低长，期气候的影响，两半合拢处用法兰扣合保持密封，架空管道在原有的三层PE防腐层外，再涂一层复合无机涂料，与外面的保温层相粘合，防止保温层的滑动，此外，保温材料要适应宽幅度的气温条件，气温条件为：﹣52～40℃。

实施例的方法进行检测分析，并与现有技术进行对照，得出如下数据：

	管道融沉	管道冻胀
			实施例	全地带不会发生	全地带不会发生
对比例	少部分地带发生	少部分地带发生

根据上述表格数据可以得出，当实施实施例时，通过本发明冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法获得参数为输油管道的融沉：全地带不会发生，管道冻胀：全地带不会发生。

本发明提供了一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，包括以下具体实施步骤：S1、施工前准备：施工机器要适应寒季施工的特点，地表冻层较厚，管沟开挖困难，施工前应准备开挖冻土的专用设备，专用设备采用液压挖掘机，将液压挖掘机单斗换成单钩。在多年冻土区铺设管道前，需提前修筑冰路，以保护地表冻土带，冰路必须在冬季施工，一般11月修建冰路，12月底至4月中旬管道施工。冰路修建是在路由附近选定取水湖泊，提前报政府批准取水量，在开工前确定好被批准的取水点位置和通向水源路径，在冰湖钻孔，确保冰湖冻深度不低于5.5米，用专用凿冰车在湖面凿冰，车运至道路施工现场，均匀布满小冰渣，泼水冰冻成路面。取水是从冰湖面下泵送取水(冰湖上层是冰，下层是水)，若不用冰渣，用冰块也可以，但冰块不方便运输。在通过河流时，需建设冰桥，不允许修建冰路。用特殊设计来应对极寒天气，各种车辆24小时不熄火，长期保持待机状态，车辆要求是多用途，主要零部件可以拆组装实现凿冰、运冰、铲冰等不同功能。冰路每隔一段距离安装温度检测仪表，数据要可远传，50公里冰路需安装5个温度检测仪表。S2、施工作业带清理和碎石路施工便道修筑：高含冰的多年冻土分布地段，植被在清理的时候在寒季进行清理，低含冰量多年冻土分布地段，植被清理可以在任何时候进行，尽量采取填方的方式，尽量减少作业的宽度，减少对冻土的扰动。在修建碎石路施工便道时，筑路材料的来源是一个很大问题，一般多年冻土区地表至4m深度处为粉土夹碎石，不适宜用于筑路，埋深4m以下为碎石，是比较好的筑路材料，为此需要进行爆破。采用空气钻井技术，成孔直径约8cm，深度4m，装入炸药后起爆，将其上永久冻土清除，可开采下面的碎石土进行筑路。在高速公路路基上修建施工便道时，需修建卵石或碎石路，以提高施工机具施工效率，冬夏季均能施工。卵石或碎石均可以在高速两旁湖底获取，采石流程一般是通过勘察确定采石区域，用翻斗机和卡车清除表层2-3米高膨胀土，部分区域钻孔4米，埋设炸药，爆破，采集小石块，若需要细沙，通过搅碎机处理。S3、支撑架架设：采用低温锚固法，热管内无水液氨吸热后由液体转换为气体，冷却后又转换为液体，利用这种循环特性，将无水液氨装在金属管中，一端装有散热片，置于大气中，金属管插在管桩的内部，下端埋在管桩下部的冻土层中。管桩采用低温锚固法，热管使管桩的下部地基土冻结成一个很大的球状体，管桩与多年冻土之间产生很大的摩阻。这样，管桩既不会上抬也不会下沉，在多年冻土较浅的地区采用热管低温锚固设施，管桩附近的地基土入冬时先于其它地方开始冻结，然后向四周放射性地冻结起来，因此失去了向上抬的作用。S4、管端口清理及打磨：冬季施工管口在组对前，必须清理钢管上的尘土、积雪等，同时将坡口处和坡口端内外表面进行打磨，打磨时，打磨不得减薄母材厚度，厚度不小于15mm，打磨出金属光泽，高于母材的地方应打磨与母材基本相平。S5、管道焊接：焊口预热经测温合格后应立即进行根焊，焊接过程中应继续对管道进行加热，加热温度控制在100℃，根焊完成后用点温仪对焊道层间温度进行测量，当测量温度达到80℃以上，方可进行填充焊接、盖面焊接施工，为保证层间温度，焊接过程中应继续对管道进行加热，为保证低温条件下焊接质量，每道焊口宜连续焊接完成，在工休前要完成三层焊道并不低于壁厚的50％，同时，采取保温缓冷措施，焊接完成后立即采用保温被进行覆盖，在覆盖保温层前，先用电暖气烘烤保温被到80℃以上，严禁用冰冷的保温被对焊口覆盖，以防止产生冷淬现象，发生焊接错误时，需要重新焊接时：重新焊接时必须首先将焊道两侧各300～500m范围内加热到50℃以上，去除管内水汽，再用加热带加热到焊接温度。S6、管道保温处理：管道常规支撑架和固定支撑架上的保温材料，可采用模铸形成壳式外套，保温材料一般用聚氨酯泡沫分层铸成两半，中间夹一层玻璃纤维层以加强其结构，铸模层用材为硬质的塑料玻璃纤维，衬里为一层低密度玻璃纤维，以便减少空气渗透，铸模层外可涂一层凝胶质的保护层，以降低长期气候的影响，两半合拢处用法兰扣合保持密封。架空管道外部有三层PE防腐层对于连续多年冻土区，特别是对于饱冰冻土和含土冰层，土壤硬度较高，管道沿线地貌类型多样，主要有山地、丘陵、平原、冰川、河谷、湖泊、湿地等，沿线土壤环境复杂，同时管道在大型河流穿越以及山区等地段的地形环境复杂，管道现场施工、运输条件较差，以上因素均对管道外防腐涂层的机械强度提出了很高的要求。因此，在进行防腐层选择时，除考虑防腐层的绝缘性能以及易于施工、补口、价格等因素外，还应着重考虑外防腐层的机械性能，选择抗冲击性能、耐磨性能好的外防腐材料。不同的土壤、地质环境，可以选择不同的防腐类型，但对冻土区管道，由于一般管道规模非常大，必须综合考虑外防腐层的选择，如不同防腐层的补口形式、不同防腐层与阴极保护的匹配能力、阴保站的数量、防腐层的施工预制能力、长距离搬运、整体防腐形式的统一性等。同时，防腐管需要经过长距离运输，由于管径较大，单管自重大，在防腐管装卸及长途运输过程中外防腐层受力很大。工程建设过程中也会发生多次搬运，均对防腐层本身的机械性能提出很高的要求。三层PE防腐层具有环氧粉末和聚乙烯防腐层的双重优点，防腐层质量较好，尤其是抗冲击性能突出，同时防腐层绝缘电阻很高，因而管道所需要的阴极保护电流较小，可减少阴极保护站的数量，降低投产运行后的维护和管理费用。目前三层PE防腐层在国内西气东输管道工程、川气东送管道工程等多个大型工程中均有应用，效果优异，实践经验丰富，随着国家能源管道的大力建设，国内三层PE防腐层的生产能力和材料来源比较稳定，防腐层价格适中，技术成熟，易于实施。架空管道在原有的三层PE防腐层外，再涂一层复合无机涂料，与外面的保温层相粘合，防止保温层的滑动，保温材料要适应宽幅度的气温条件，能耐大雪和大雨，气温条件为：﹣52～40℃。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，其特征在于，包括有如下步骤：

S1、施工前准备：施工机器要适应寒季施工的特点，地表冻层较厚，管沟开挖困难，施工前应准备开挖冻土的专用设备，在多年冻土区铺设管道前，需提前修筑冰路，以保护地表冻土带；

S2、施工作业带清理和碎石路施工便道修筑：高含冰的多年冻土分布地段，植被在清理的时候在寒季进行清理，低含冰量多年冻土分布地段，植被清理可以在任何时候进行，尽量采取填方的方式，尽量减少作业的宽度，在修筑碎石路施工便道时，筑路材料采用空气钻井技术开采地表下一定深度或湖底碎石土；

S3、支撑架架设：采用低温锚固法，热管内无水液氨吸热后由液体转换为气体，冷却后又转换为液体，利用这种循环特性，将无水液氨装在金属管中，一端装有散热片，置于大气中，金属管插在管桩的内部，下端埋在管桩下部的冻土层中；

S4、管端口清理及打磨：冬季施工管口在组对前，必须清理钢管上的尘土、积雪等，同时将坡口处和坡口端内外表面进行打磨，打磨出金属光泽，高于母材的地方应打磨与母材基本相平；

S5、管道焊接：焊口预热经测温合格后应立即进行根焊，焊接过程中应继续对管道进行加热，根焊完成后用点温仪对焊道层间温度进行测量，当测量温度达到80℃以上，方可进行填充焊接、盖面焊接施工，每道焊口宜连续焊接完成，在工休前要完成三层焊道并不低于壁厚的50％，同时，采取保温缓冷措施，焊接完成后立即采用保温被进行覆盖，在覆盖保温层前，先用电暖气烘烤保温被到80℃以上，严禁用冰冷的保温被对焊口覆盖；

S6、管道保温处理：管道常规支撑架和固定支撑架上的保温材料，可采用模铸形成壳式外套，铸模层外可涂一层凝胶质的保护层，两半合拢处用法兰扣合保持密封，架空管道在原有的三层PE防腐层外，再涂一层复合无机涂料，与外面的保温层相粘合，此外，保温材料要适应宽幅度的气温条件。

2.根据权利要求1所述的一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，其特征在于，包括以下步骤：将根据S1中的操作步骤，专用设备采用液压挖掘机，将液压挖掘机单斗换成单钩，需提前修筑冰路，以保护地表冻土带。

3.根据权利要求2所述的一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，其特征在于，包括以下步骤：将根据S3中的操作步骤，管桩采用低温锚固法，热管使管桩的下部地基土冻结成一个很大的球状体。

4.根据权利要求1所述的一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，其特征在于，包括以下步骤：将根据S4中的操作步骤，打磨时，打磨不得减薄母材厚度，厚度不小于15mm。

5.根据权利要求1所述的一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，其特征在于，包括以下步骤：将根据S5中的操作步骤，加热温度控制在100℃，发生焊接错误时，需要重新焊接时：重新焊接时必须首先将焊道两侧各300～500m范围内加热到50℃以上，去除管内水汽，再用加热带加热到焊接温度。

6.根据权利要求1所述的一种冻土区和低温条件下油气管道工程地上架设施工方法，其特征在于，包括以下步骤：将根据S6中的操作步骤，保温材料一般用聚氨酯泡沫分层铸成两半，中间夹一层玻璃纤维层以加强其结构，铸模层用材为硬质的塑料玻璃纤维，衬里为一层低密度玻璃纤维，气温条件为：﹣52～40℃。