海底管道混凝土加重技术现状分析.docx

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1、海底管道混凝土加重技术现状分析作者：丁新龙，韩雪艳，张长民，陈国祥等 2010年04月29日 [字体：放大缩小默认]  我要评论·摘要：文章综述了海底管道混凝土加重技术发展现状，从混凝土涂层密度、吸水率、强度、抗弯能力、抗冲击能力和抗剪切强度等方面论述了混凝土加重涂层的技术要求及解决方案；详细介绍了喷射冲击法、挤压缠绕法、滑模法和离心灌浆法4种混凝土涂层加重涂敷技术的设备组成、原理及施工方法，其中离心灌浆法为中国石油集团工程技术研究院2005年研究开发的拥有自主知识产权的混凝土加重层涂敷新技术。·标

2、签：涂敷技术,性能,离心灌浆法,混凝土加重层,海底管道,·自1954年美国Brown&Root公司在墨西哥湾气田铺设了世界上第一条长距离(长16km)海底管道以来，迄今为止在墨西哥湾、北海、地中海、澳大利亚、西非拉海域累计铺设了超过10万km的海底管道，铺设水深已达2000m，管径已达1066.8mm。我国的海底管道是在近20年发展起来的，已先后在渤海、东海以及南海累计铺设了约2000km的海底管道。海底输油保温管道一般采用两种结构形式:管中管的双层钢管结构和混凝土加重的单层钢管结构。双层钢管结构的

3、钢质内管用于输送油、气等介质，钢质外管对保温层提供可靠的保护和加重作用，钢质内外管之间有防腐层和聚氨酯泡沫保温材料层。混凝土加重的单层钢管结构则由内及外分别为钢管、防腐层、聚氨酯泡沫保温层、聚乙烯防护层和混凝土加重层，采用这种单层钢管结构，用混凝土加重层代替双层管结构的外套钢管，不仅可以节约2/3的钢材，减少铺管焊接工作量，也不存在外套管的腐蚀和防腐问题，从而提高铺管效率，降低管道造价。因此，在浅水海域，混凝土加重的单层钢管结构形式具有很好的发展应用前景。1海底管道混凝土加重涂层的功能及技术要求在海

4、底管道上施加混凝土涂层，主要是对管道提供负浮力，以保持管道在海底位置稳定(故称加重层)；其次是对管道的外防腐层和钢管提供机械保护，以防止防腐涂层和钢管在吊装、运输、安装和运行期间被损伤。混凝土涂层还能增加管道的热绝缘度，增加管道对屈曲稳定的抵抗能力。海底管道混凝土涂层的功能决定了混凝土涂层应具备的技术性能，主要有以下几项技术要求:较高的密度、抗压强度、抗弯能力、抗冲击能力以及足够的界面抗剪强度等。1.1混凝土加重涂层的密度在海底危及管道横向位置稳定性的浪、流、水动力，一般是随管径的增大而增加的。若采

5、用低密度混凝土涂层，要满足稳定要求，就得增加混凝土涂层厚度。而增加厚度则导致管道外径加粗，使作用在管道上的水动力随之增加，这样又需要更大的水下重量才能保持管道稳定。如此恶性循环所需混凝土涂层厚度就越来越厚。若采用高密度混凝土涂层，可使涂层厚度减薄，方便施工，也使管道安装容易。混凝土主要由水泥、砂、石、水和外加剂组成，水泥的密度一般为3.1g/cm3，砂、石的密度一般为2.6g/cm3，水的密度为1.0g/cm3，这些材料组成的混凝土密度一般约为2400kg/m3为了使混凝土获得较高密度一般是通过掺加

6、重骨料(如铁矿石)、降低水灰比、适当提高水泥用量等措施来达到。目前混凝土能达到的密度约3500kg/m3。混凝土所需要的密度取决于实际工程要求的海底管道水下重量。1.2混凝土加重涂层的吸水率混凝土涂层的吸水率，也是影响海底管道水下重量的不容忽视的因素。吸水率越高，增加的水下重量越大，给铺管施工对海底管道的控制带来不利。因此在设计中要对吸水率提出明确的规定，一般要求重量吸水率小于5%。《OFFSHORESTANDARDDNV-OS-F101SUBMARINEPIPELINESYSTEMS2000》中要

7、求体积吸水率小于8%。通过降低混凝土的孔隙率、减小连通孔的大小和数量，可以降低混凝土加重涂层的吸水率，最终增加混凝土的密实度。1.3混凝土加重涂层的抗压强度当海底管道用铺管船铺设时，管段在铺管船甲板上经过焊接站连成较长的管道，然后通过张紧器和船尾托管架下水。混凝土加重涂层在通过张紧器时，局部长度的圆周方向被挤压，靠此压力摩擦在管道上形成几十至上百吨的轴向张力，以抵抗管道水下部分因重力等作用产生的下滑，因此要求混凝土具有较高的抗压强度。挪威海底管道系统规范《OFFSHORESTANDARDDNV-OS

8、-F101SUBMARINEPIPELINESYSTEMS2000》中要求混凝土涂层最小轴心圆柱体抗压强度为40MPa，换算成国内常用的立方体抗压强度还要更高。提高混凝土涂层的抗压强度最主要的措施是掺加高效减水剂，降低混凝土水灰比(或水胶比)，或适当提高水泥等胶结料用量等。1.4混凝土加重涂层的抗弯能力采用S型铺管船铺管时，管道从铺管船下放到海床的形态可以分为拱弯区和垂弯区(如图3所示)，这样的状态要求混凝土加重层具有较高的抗弯能力，否则混凝土层会发生弯曲破坏而脱落，