杜应军，贾璐瑾，雷 林，张红强，田瑞南

海洋石油工程股份有限公司，天津 300452

海底管道一旦出现损伤，传统的修复方法是将损伤管段在水下切除，然后安装新管段替代原损伤管段，新旧管道之间通过水下法兰连接，最后对整条管道进行试压，以验证法兰的密封有效性。这种试压方案需要较长时间，且很难判断压降是否由维修段渗漏导致。由于自试压法兰可验证法兰自身安装密封的有效性，从而避免了管道整体试压，可大幅缩短管道密封测试的施工工期，因而具有良好的推广应用价值。为此，本文以渤海某D14 in（1 in=25.4 mm）天然气管道损伤点修复为例，介绍自试压法兰在海底管道损伤修复中的应用。

1 自试压法兰与传统法兰的对比

海底管道采用的传统对接法兰由旋转法兰（或球法兰）、焊颈法兰、传统法兰垫圈和螺栓、螺母组成。传统法兰的安装结构示意如图1所示。

图1 传统法兰的安装结构示意

与传统法兰相比，自试压法兰的自试压功能通过自试压垫圈来实现。试压组件由试压垫圈本体上的T型试压孔、试压管（通常焊接在试压垫圈上，与T型试压孔相连）以及试压管上的快速接头组成[1-2]，自试压法兰安装的局部结构如图2所示。由于自试压垫圈上设置有T型试压孔，试压孔位置局部强度降低。为提高试压垫圈的整体强度以满足承压强度要求，试压垫圈厚度比普通垫圈厚2～3 mm。

图2 自试压法兰安装的局部结构示意

法兰和自试压垫圈安装完成后，水上连接试压泵，潜水员下水将试压软管安装到试压垫圈的快速接头上。水上操作试压泵，注水打压，试压介质沿着自试压垫圈上的T型孔分别进入试压垫圈与旋转法兰垫圈槽以及试压垫圈与焊颈法兰垫圈槽所形成的环形空间内，若无压降，说明环形空间密封良好，无泄漏，法兰安装成功。

2 自试压法兰的应用实例

渤海湾的一条长91 km的D14 in海底天然气管道因外力作用发生损伤，导致平台停产，管道停输。项目部采用水下切除损伤管段、安装法兰短节替代损伤管段的方式，实现了对损伤管段的修复。损伤管道修复方式如图3所示。

图3 管道修复方式

由于管道较长，整条管道试压需要1 d以上的时间，且很难分析出稳压期间产生的压降是否为修复段法兰渗漏所致。因此本项目采用了自试压法兰，当每个短节安装完成后，对法兰进行自试压，以验证法兰处密封的有效性。管道全线连接后，从平台端向管道内注入直板排水泡沫球，并使用天然气介质推动泡沫球排水。排水完成后，管道直接升压复产。自试压法兰的使用大幅降低了管道修复的停产时间，提高了修复效率，具有良好的推广价值。

3 应用自试压法兰修复损伤管段的具体做法

3.1 平管起吊及法兰焊接

先将破损管段切除回收，然后将海底管道的两端管头起吊出水面，焊接焊颈法兰，再放回海底。平管起吊采用3个舷吊和2个浮袋配合完成。起吊前，先对浮袋充气，然后将卷扬机钢丝绳挂扣到海底管道上，根据计算报告对3个舷吊依次提升，直至将管头提升出水面。平管起吊作业如图4所示。

图4 平管起吊示意

管头出水后，向管内注入泡沫球以隔离管内残余天然气，然后进行法兰焊接，焊接完成后进行射线检测和焊口防腐，最后将管道放回海底。平管下放到海床后的状态如图5所示。

图5 平管下放到海底后的状态

3.2 法兰短节安装

海底管道下放至海床后，经初步测量两个焊颈法兰的海底间距为108 m。为了保证吊装安全和安装质量，一般每段短节的制作长度不超过36 m。考虑到施工区域海床地形地貌复杂，为方便短节安装，本方案设计制作了4段短节，每段短节的长度和布置如图3所示。

短节制作完成后，依次将法兰短节1到法兰短节4吊装下水并进行法兰组对，向法兰垫圈槽内放入试压垫圈，穿上全部法兰螺栓，使用棘轮扳手对螺栓进行对称均匀预紧，然后使用液压拉伸器对螺栓进行100%拉伸。本次施工所用法兰规格为D14 in、600 lb（1 lb=0.453 6 kg），螺栓拉伸值12 000 psi（1 psi=6.895 kPa），液压拉伸器达到拉伸值后，将全部螺母拧紧，完成法兰安装工作[3-5]。法兰短节吊装配扣如图6所示。

图6 法兰短节吊装下水

3.3 法兰试压

每对法兰安装完成后，单独进行法兰试压，试压介质为淡水。先用备用垫圈在船舶甲板上进行试验，以验证试压泵的功能正常和试压软管无泄漏，如图7所示。

图7 法兰试压甲板试验

水下法兰试压步骤：甲板上人员将试压软管连接到试压泵上，同时潜水员下水将试压软管的另一端安装到法兰试压垫圈的快速接头上。甲板上人员通过试压泵给法兰注水升压，试压压力为管道设计压力的1.15倍，即8.8 MPa，稳压时间30 min，试压泵上的压力表无压降则说明试压合格。水下法兰试压位置如图8所示。

图8 法兰自试压位置

自试压合格后，在平台侧向管道内放入直板排水球，并注入天然气升压，将海底管道内的海水和原注入的泡沫球一起排出管外。排水工作完成后，将天然气升压至正常工作压力，潜水员观测确认法兰无泄漏后，管道可以恢复生产。

3.4 海底管道的后保护

管道复产后，对法兰及海底管道进行保护，包括在法兰位置安装保护器、利用沙袋回填作业坑，垫实支撑海底管道以避免管道悬空，最后使用压块覆盖在管道上方防止落物损伤管道。修复管段的后保护如图9所示。

图9 修复管段的后保护

4 结束语

在海底管道维抢修作业中，法兰是最为常用的施工部件之一。对长输管道使用的传统法兰实施损伤点修复，采用整体试压法验证法兰密封的有效性往往需要较长时间才能完成，且稳压过程中容易因温度、环境等各种复杂因素变化而产生压降。使用自试压法兰可有效规避这些因素的影响，可直接验证法兰连接处的密封有效性，且验证效果好，因此具有很好的推广应用价值。