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【摘 要】 随着石油工业的快速发展，输油管道受自然老化、磨损、外力损伤及其它各种不利因素的影响越来越大，管道泄漏风险加剧。本文概述了目前常用的管道抢维修技术，分析其适用条件及技术要求，并对管道快速抢修的新技术、新方法进行展望和探讨。
【关键词】 输油管道泄漏抢维修技术现状发展
1、引言
国内原油管道多数为20世纪70—90年代建成，自然腐蚀老化磨损程度较为严重，管道安全运行风险逐年增大。其次，受打孔盗油、第三方施工破坏、管道占压、施工质量缺陷、企业本身管理的不完善以及自然地质灾害等诸多不利因素的影响，管道泄漏现象时有发生。由于所输原油介质的危险性和污染性，一旦发生泄漏火灾爆炸事故还会造成严重的环境污染和巨大的生命财产损失。
2、管道泄漏事故的類型及因素分析
2.1、腐蚀
长输管道一般均为埋地敷设，腐蚀穿孔是埋地钢质管道发生泄漏事故的主要因素之一。由于管道防腐层破坏或阴保失效，极易造成管道电化学腐蚀、土壤腐蚀、应力腐蚀和杂散电流腐蚀等。腐蚀破坏即有可能形成管道大面积壁厚减薄、导致管道过度变形或破裂，也有可能直接引发管道穿孔泄漏跑油。据有关资料报道，在所发生的长输管道事故中约有30.40%是由于腐蚀引起的，而美国45%的管道损坏是由外壁腐蚀引起的[A]。
2.2、第三方破坏
当管道经过经济发达地区或人口稠密的城镇范围内时，由于地方经济发展，土地资源紧张，加之市政规划科学性不强，原有的管道保护范围不断被压缩。在缺乏有效监督报批机制和管道保护观念淡漠的情况下，各种建筑基坑开挖、地基打桩、市政管网建设、河道疏浚等施工难以统一有效协调，野蛮施工，所以在施工时经常会出现损坏长输管道的现象。
2.3、施工缺陷
长输管道工程在埋设施工过程中产生的一些质量问题不能被及时发现并消除，容易形成事故隐患，在累加外力作用下，可能导致管道焊口破裂事故。如焊接中产生的焊接缺陷；管道安装不规范；防腐层补口补伤质量不合格；管沟开挖及回填的质量不良；穿跨越河流冲刷等。
2.4、其它
自然灾害、设备及材料缺陷、操作失误、抢修次生灾害等也是造成管道泄漏的因素。如由地震、洪水、滑坡、地层沉降和泥石流等自然力而造成的管道断裂；管材质量问题、防腐材料不合格、设备阀门密封泄漏；工艺流程切换失误；抢修作业处理不当等。
3、常用的抢维修技术方法
由于油品特性、管道材质、地理环境、地质条件、管道破坏程度和抢修技术水平等因素的差异，现有的输油管道技术也是多种多样、各具优劣。目前，常用的管道抢维修技术方法按正常维修与应急抢修分为如下形式：
3.1、维修技术方法
3.1.1、补丁修复
补丁焊接适用于表面金属损失缺陷的维修，焊缝缺陷不应采用补丁修复。弧板宜采用与母材相类似的材质，设计强度应等于或大于钢管的强度。焊接完成后，应使用磁粉检测或渗透检测方法对角焊缝进行检测，表面应无裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。
3.1.2、套袖修复
套袖修复适用于外表面金属损失、焊缝缺陷的维修。安装前应对安装区域进行清理，对影响安装的焊道可适当打磨至与母材平整。为保证套袖安装质量，常用链钳配合。单个套袖长度不满足管道修复长度时，可在套袖串联部位安装一环形垫板，使用对焊的方法连接两个套袖。
3.1.3、复合材料修复
复合材料修复适用于管道、异型管件外部非泄漏缺陷的补强，不适于裂纹、内腐蚀等缺陷，以及易滑坡、洪水冲击等地质灾害频发区域。现在常用的复合材料修复是以树脂为粘结剂，以玻璃纤维、碳纤维等作为增强材料包敷在含缺陷管道外壁，通过树脂的粘结和固化作用，在管道表面形成具有较高的抗压、抗拉强度和粘结力的玻璃钢外套，从而达到恢复甚至超过管道设计运行压力的目的。[c]
3.1.4、换管修复
换管修复主要应用于输油管道动火连头、工艺改造、局部裂缝、变形、断管等管段维修。根据不同的工作原理，主要分为高压盘式封堵、筒式封堵、折叠封堵、低压囊式等。
3.2、抢修技术方法
管道在线抢修技术主要为应对和处理管道突发险情及事故，主要是利用带引流装置的补强套袖、抢修卡具、机械三通、管道机械连接等抢修机具，在管道发生险情后有针对性的实现快速处理和恢复生产。
3.2.1、引流式补强套袖修复
引流式补强套袖适用于泄漏缺陷的抢修，利用链钳等机具将套袖上下护板固定在待修复腐蚀管线上，上下护板坡口对接间距宜为3mm～6mm。在压力引流的状态下，完成焊接作业，最后再应将引流孔封堵，实现带压应急堵漏。
3.2.2、顶针式卡具修复
顶针式卡具修复适用于腐蚀穿孔泄漏缺陷的快速抢修，适用于各种规格的管线。利用导针引导锥尖进入泄漏的凹洞中，再用扳手拧动加力螺丝，将锥尖压入漏孔中，附加的扳手压力将锥体压成平盘形，将漏点堵死。
3.2.3、带压机械夹具密封修复
带压机械夹具密封修复适用于腐蚀穿孔、法兰密封泄漏等缺陷，夹具是最常用的消除低压泄漏的专用工具。可采用机械式对开夹具、法兰夹具、弯头夹具等方法。利用夹具内部的密封胶条使夹具体内壁与管线外壁之间形成一个密封腔，在夹具的顶部设有引流孔，将管线泄漏的介质排出，从而达到抢修的目的。带压密封安装后应持续监护，发现泄漏则应重新紧固、加压。
3.2.4、带压注剂堵漏修复
带压注剂堵漏修复是在介质处于流动条件下，将具有热塑性、热固化的密封剂用大于管道系统内介质压力的外部推力，使其注入并充满由专用夹具与泄漏部位外表面构成的密闭空间，堵塞管道泄漏空隙和通道。注入的密封剂延滞一定时间、获得一定温度后，先变成可塑体，然后迅速固化，在泄漏部位建立起一个固定的新密封结构与泄漏介质平衡，从而彻底的消除管内介质泄漏。 3.2.5、带压粘接堵漏
带压粘接堵漏是一种冷焊修复技术，由于黏合剂与金属的粘接是晶界之间的相互渗透，所以粘接强度高[d]。带压粘接堵漏有顶压法、磁压法、引流粘接法、紧固粘接法等，使用这种复合材料不需要准备清洁的金属表面，而是在油中等恶劣环境中即可进行直接粘接，适用不具备焊接的现场。如美特铁钢陶瓷，抗拉强度大80MPa，用于输油管道、储油罐等因腐蚀、应力裂纹等造成德泄漏应急抢修。
4、新技术新方法展望
随着科技的日益发展和新设备、新材料的出现，管道抢修技术也在不断发展更新，未来发展趋势将转向智能化、专业化、标准化、集成化，在功能适用性、安全可靠性、机动高效性上会得到进一步提高，以下介绍几种抢维修的新技术和新装备。
4.1、大口径快速挤压截堵和剪切封堵技术
挤压截堵和剪切封堵技术是近年新发展的管道应急抢修技术，具有安装简单、效率高的特点。据相关资料显示，国内已开展DN400以下快速挤压截堵装备的应用研究，而剪切封堵技术研究还是空白，在国外也仅是开展DN400以下剪切封堵应用研究，未来能适应大口径管道快速剪切封堵和挤压截堵的抢修技术是发展的趋势。
4.2、封堵抢修装备向智能化方向发展
智能封堵技术突破了开孔封堵时封堵器必须由开孔进入管道的结构局限，工艺更简单，停输损失更小，封堵压力更大，极大地扩展了在陆地及海底的应用领域。管内高压智能封堵器通过清管器的发球端进入管内，在管道介质推动下向前运动，到达欲封堵管段时在超低频电磁脉冲信號（ELF）的控制下启动微型液压系统实现刹车并封堵。作业完成后在ELF信号控制下自动解封，继续在管内介质的推动下直至收球端取出。
4.3、腐蚀管道凯夫拉纤维补强技术
凯夫拉纤维补强技术是新型的复合材料补强材料，强度高（是钢材强度的5倍）、韧性好、耐高温、防腐蚀，适用各种规格管道内外腐蚀、裂纹、几何缺陷的单点缺陷管道及整体管段的修复补强。在同样情况下，其防护能力至少比玻璃纤维增加一倍，其韧性和抗冲击能力远远大于碳纤维。如果在管道外部在配合环氧钢套筒技术，对焊缝缺陷的补强效果更好。
4.4、柔性带压快速不动火堵漏技术
适用于陆地及水下油气管道直管段、弯头、焊缝、变径等部位泄漏应急处理，不需要动火作业，降低施工作业风险。可在狭小空间作业，不会给管道增加额外的负荷，10分钟左右即完成堵漏。另外，在完成应急堵漏的基础上，外部焊接特制套筒也可以实现永久修复。
4.5国外海底管道封堵换管技术
国外封堵抢修技术发展较早，已从陆上管道发展到海底管道的封堵和维修（如图20所示），建立了深水管道深水海底管道维修系统DPRS，用于解决深水海底管线建设和运营时的维修问题，该系统包括深水海底管道维修技术、工具和设备、方案及系统管理等。目前，仅由国外的Sonsub、OilStates、Oceaneering和Statoil等装备公司设计和制造了DPRS。
5、结论
油气管道抢维修作业是一项高风险的作业，各种抢维修技术各有优劣，靠单一的技术也不能解决所有的问题，要加快抢维修技术体系标准化建设，综合利用现有各种抢维修技术的优势，针对实际问题，选择最优最安全的技术方案。这样，对于减小事故损失，提高突发管道事故的应急响应处置能力，降低管道运营成本，保障输油生产以及维护社会安定，构建和谐社会等方面都具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]于清武，吴昭.输油气管道在线抢维修[M].石油工业出版社，2011.10.
[2]夏于飞，焦光伟，朴文平.油气管道抢维修技术[M].中国科学技术出版社，2010.9.
[3]Q/SY1592-2013油气管道管体修复技术规范[S].中国石油天然气集团公司.
[4]SY/T6150.1-2011钢制管道封堵技术规程第1部分：塞式、筒式封堵[S].
[5]冯耀荣，陈浩，张劲军.油气输送管道工程技术进展[M].石油工业出版社，2006.6.
[6]PR218-9307J.F.KiefnerW.A.BruceD.R.Stephens管道修复手册[M]管道科技研究中心编译，1999修订版.
[7]刘应平.在用压力管道若干常见缺陷的分析与检验[J].工业安全与防尘，1998，（3）.
[8]王志明，张伟明.输油管道抢修技术研究与发展趋势[R].国际石油天然气管道会议，2011，（9）.
[9]宋生奎，石永春.输油管道修复业现状及其发展趋势[J].石油工程建设，2006，（6）.
【关键词】 输油管道泄漏抢维修技术现状发展
1、引言
国内原油管道多数为20世纪70—90年代建成，自然腐蚀老化磨损程度较为严重，管道安全运行风险逐年增大。其次，受打孔盗油、第三方施工破坏、管道占压、施工质量缺陷、企业本身管理的不完善以及自然地质灾害等诸多不利因素的影响，管道泄漏现象时有发生。由于所输原油介质的危险性和污染性，一旦发生泄漏火灾爆炸事故还会造成严重的环境污染和巨大的生命财产损失。
2、管道泄漏事故的類型及因素分析
2.1、腐蚀
长输管道一般均为埋地敷设，腐蚀穿孔是埋地钢质管道发生泄漏事故的主要因素之一。由于管道防腐层破坏或阴保失效，极易造成管道电化学腐蚀、土壤腐蚀、应力腐蚀和杂散电流腐蚀等。腐蚀破坏即有可能形成管道大面积壁厚减薄、导致管道过度变形或破裂，也有可能直接引发管道穿孔泄漏跑油。据有关资料报道，在所发生的长输管道事故中约有30.40%是由于腐蚀引起的，而美国45%的管道损坏是由外壁腐蚀引起的[A]。
2.2、第三方破坏
当管道经过经济发达地区或人口稠密的城镇范围内时，由于地方经济发展，土地资源紧张，加之市政规划科学性不强，原有的管道保护范围不断被压缩。在缺乏有效监督报批机制和管道保护观念淡漠的情况下，各种建筑基坑开挖、地基打桩、市政管网建设、河道疏浚等施工难以统一有效协调，野蛮施工，所以在施工时经常会出现损坏长输管道的现象。
2.3、施工缺陷
长输管道工程在埋设施工过程中产生的一些质量问题不能被及时发现并消除，容易形成事故隐患，在累加外力作用下，可能导致管道焊口破裂事故。如焊接中产生的焊接缺陷；管道安装不规范；防腐层补口补伤质量不合格；管沟开挖及回填的质量不良；穿跨越河流冲刷等。
2.4、其它
自然灾害、设备及材料缺陷、操作失误、抢修次生灾害等也是造成管道泄漏的因素。如由地震、洪水、滑坡、地层沉降和泥石流等自然力而造成的管道断裂；管材质量问题、防腐材料不合格、设备阀门密封泄漏；工艺流程切换失误；抢修作业处理不当等。
3、常用的抢维修技术方法
由于油品特性、管道材质、地理环境、地质条件、管道破坏程度和抢修技术水平等因素的差异，现有的输油管道技术也是多种多样、各具优劣。目前，常用的管道抢维修技术方法按正常维修与应急抢修分为如下形式：
3.1、维修技术方法
3.1.1、补丁修复
补丁焊接适用于表面金属损失缺陷的维修，焊缝缺陷不应采用补丁修复。弧板宜采用与母材相类似的材质，设计强度应等于或大于钢管的强度。焊接完成后，应使用磁粉检测或渗透检测方法对角焊缝进行检测，表面应无裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。
3.1.2、套袖修复
套袖修复适用于外表面金属损失、焊缝缺陷的维修。安装前应对安装区域进行清理，对影响安装的焊道可适当打磨至与母材平整。为保证套袖安装质量，常用链钳配合。单个套袖长度不满足管道修复长度时，可在套袖串联部位安装一环形垫板，使用对焊的方法连接两个套袖。
3.1.3、复合材料修复
复合材料修复适用于管道、异型管件外部非泄漏缺陷的补强，不适于裂纹、内腐蚀等缺陷，以及易滑坡、洪水冲击等地质灾害频发区域。现在常用的复合材料修复是以树脂为粘结剂，以玻璃纤维、碳纤维等作为增强材料包敷在含缺陷管道外壁，通过树脂的粘结和固化作用，在管道表面形成具有较高的抗压、抗拉强度和粘结力的玻璃钢外套，从而达到恢复甚至超过管道设计运行压力的目的。[c]
3.1.4、换管修复
换管修复主要应用于输油管道动火连头、工艺改造、局部裂缝、变形、断管等管段维修。根据不同的工作原理，主要分为高压盘式封堵、筒式封堵、折叠封堵、低压囊式等。
3.2、抢修技术方法
管道在线抢修技术主要为应对和处理管道突发险情及事故，主要是利用带引流装置的补强套袖、抢修卡具、机械三通、管道机械连接等抢修机具，在管道发生险情后有针对性的实现快速处理和恢复生产。
3.2.1、引流式补强套袖修复
引流式补强套袖适用于泄漏缺陷的抢修，利用链钳等机具将套袖上下护板固定在待修复腐蚀管线上，上下护板坡口对接间距宜为3mm～6mm。在压力引流的状态下，完成焊接作业，最后再应将引流孔封堵，实现带压应急堵漏。
3.2.2、顶针式卡具修复
顶针式卡具修复适用于腐蚀穿孔泄漏缺陷的快速抢修，适用于各种规格的管线。利用导针引导锥尖进入泄漏的凹洞中，再用扳手拧动加力螺丝，将锥尖压入漏孔中，附加的扳手压力将锥体压成平盘形，将漏点堵死。
3.2.3、带压机械夹具密封修复
带压机械夹具密封修复适用于腐蚀穿孔、法兰密封泄漏等缺陷，夹具是最常用的消除低压泄漏的专用工具。可采用机械式对开夹具、法兰夹具、弯头夹具等方法。利用夹具内部的密封胶条使夹具体内壁与管线外壁之间形成一个密封腔，在夹具的顶部设有引流孔，将管线泄漏的介质排出，从而达到抢修的目的。带压密封安装后应持续监护，发现泄漏则应重新紧固、加压。
3.2.4、带压注剂堵漏修复
带压注剂堵漏修复是在介质处于流动条件下，将具有热塑性、热固化的密封剂用大于管道系统内介质压力的外部推力，使其注入并充满由专用夹具与泄漏部位外表面构成的密闭空间，堵塞管道泄漏空隙和通道。注入的密封剂延滞一定时间、获得一定温度后，先变成可塑体，然后迅速固化，在泄漏部位建立起一个固定的新密封结构与泄漏介质平衡，从而彻底的消除管内介质泄漏。 3.2.5、带压粘接堵漏
带压粘接堵漏是一种冷焊修复技术，由于黏合剂与金属的粘接是晶界之间的相互渗透，所以粘接强度高[d]。带压粘接堵漏有顶压法、磁压法、引流粘接法、紧固粘接法等，使用这种复合材料不需要准备清洁的金属表面，而是在油中等恶劣环境中即可进行直接粘接，适用不具备焊接的现场。如美特铁钢陶瓷，抗拉强度大80MPa，用于输油管道、储油罐等因腐蚀、应力裂纹等造成德泄漏应急抢修。
4、新技术新方法展望
随着科技的日益发展和新设备、新材料的出现，管道抢修技术也在不断发展更新，未来发展趋势将转向智能化、专业化、标准化、集成化，在功能适用性、安全可靠性、机动高效性上会得到进一步提高，以下介绍几种抢维修的新技术和新装备。
4.1、大口径快速挤压截堵和剪切封堵技术
挤压截堵和剪切封堵技术是近年新发展的管道应急抢修技术，具有安装简单、效率高的特点。据相关资料显示，国内已开展DN400以下快速挤压截堵装备的应用研究，而剪切封堵技术研究还是空白，在国外也仅是开展DN400以下剪切封堵应用研究，未来能适应大口径管道快速剪切封堵和挤压截堵的抢修技术是发展的趋势。
4.2、封堵抢修装备向智能化方向发展
智能封堵技术突破了开孔封堵时封堵器必须由开孔进入管道的结构局限，工艺更简单，停输损失更小，封堵压力更大，极大地扩展了在陆地及海底的应用领域。管内高压智能封堵器通过清管器的发球端进入管内，在管道介质推动下向前运动，到达欲封堵管段时在超低频电磁脉冲信號（ELF）的控制下启动微型液压系统实现刹车并封堵。作业完成后在ELF信号控制下自动解封，继续在管内介质的推动下直至收球端取出。
4.3、腐蚀管道凯夫拉纤维补强技术
凯夫拉纤维补强技术是新型的复合材料补强材料，强度高（是钢材强度的5倍）、韧性好、耐高温、防腐蚀，适用各种规格管道内外腐蚀、裂纹、几何缺陷的单点缺陷管道及整体管段的修复补强。在同样情况下，其防护能力至少比玻璃纤维增加一倍，其韧性和抗冲击能力远远大于碳纤维。如果在管道外部在配合环氧钢套筒技术，对焊缝缺陷的补强效果更好。
4.4、柔性带压快速不动火堵漏技术
适用于陆地及水下油气管道直管段、弯头、焊缝、变径等部位泄漏应急处理，不需要动火作业，降低施工作业风险。可在狭小空间作业，不会给管道增加额外的负荷，10分钟左右即完成堵漏。另外，在完成应急堵漏的基础上，外部焊接特制套筒也可以实现永久修复。
4.5国外海底管道封堵换管技术
国外封堵抢修技术发展较早，已从陆上管道发展到海底管道的封堵和维修（如图20所示），建立了深水管道深水海底管道维修系统DPRS，用于解决深水海底管线建设和运营时的维修问题，该系统包括深水海底管道维修技术、工具和设备、方案及系统管理等。目前，仅由国外的Sonsub、OilStates、Oceaneering和Statoil等装备公司设计和制造了DPRS。
5、结论
油气管道抢维修作业是一项高风险的作业，各种抢维修技术各有优劣，靠单一的技术也不能解决所有的问题，要加快抢维修技术体系标准化建设，综合利用现有各种抢维修技术的优势，针对实际问题，选择最优最安全的技术方案。这样，对于减小事故损失，提高突发管道事故的应急响应处置能力，降低管道运营成本，保障输油生产以及维护社会安定，构建和谐社会等方面都具有非常重要的意义。
参考文献：
[1]于清武，吴昭.输油气管道在线抢维修[M].石油工业出版社，2011.10.
[2]夏于飞，焦光伟，朴文平.油气管道抢维修技术[M].中国科学技术出版社，2010.9.
[3]Q/SY1592-2013油气管道管体修复技术规范[S].中国石油天然气集团公司.
[4]SY/T6150.1-2011钢制管道封堵技术规程第1部分：塞式、筒式封堵[S].
[5]冯耀荣，陈浩，张劲军.油气输送管道工程技术进展[M].石油工业出版社，2006.6.
[6]PR218-9307J.F.KiefnerW.A.BruceD.R.Stephens管道修复手册[M]管道科技研究中心编译，1999修订版.
[7]刘应平.在用压力管道若干常见缺陷的分析与检验[J].工业安全与防尘，1998，（3）.
[8]王志明，张伟明.输油管道抢修技术研究与发展趋势[R].国际石油天然气管道会议，2011，（9）.
[9]宋生奎，石永春.输油管道修复业现状及其发展趋势[J].石油工程建设，2006，（6）.