一、海底管道介紹

在海底鋪設輸送石油和天然氣管道的工程。海洋管道包括海底油、氣集輸管道，干線管道和附屬的增壓平臺，以及管道與平臺連接的主管等部分。其作用是將海上油、氣田所開采出來的石油或天然氣匯集起來，輸往系泊油船的單點系泊或輸往陸上油、氣庫站。海洋油、氣管道的輸送工藝與陸上管道相同。海洋管道工程在海域中進行，工程施工的方法則與陸上管道線路工程不同。

　　沿革 20世紀50年代初期，人們開始在淺海水域中尋找石油和天然氣。隨著海洋油氣田的開發，首先出現了海洋輸氣管道。天然氣必須依靠海洋管道外輸，淺海中采出來的原油則可由生產平臺直接裝入油船。在深海中采出來的原油，大型油船停靠生產平臺會威脅到平臺安全，因此出現了海中專用于停靠大型油船的單點系泊。這樣，就要有連接各生產平臺與單點系泊之間的輸油管道。70年代，在海域中開發了大型油氣田以后，開始建設了大型海洋油氣管道，把開采的油氣直接輸往陸上油氣庫站。

　　二、海底管道特點 

主要特點是：①施工投資大。在一般海域中鋪設一條中等口徑的海洋管道需要一支由鋪管船、開溝船和10余只輔助作業的拖船組成龐大的專業船隊。此外，還需要供應材料、設備和燃料的船只等。租用專業船隊的費用是海洋管道施工中的主要費用，由于這一費用較高，致使海洋管道施工費用比陸上同類管道要高1～2倍。②施工質量要求高。不論是在施工期間或投產以后，海洋管道若發生事故,其維修比陸上管道維修困難得多,因此，海洋管道施工要確保質量。③施工環境多變。海況變化劇烈而迅速，如風浪過大，施工船隊難以保持穩定。在這種情況下，往往須將施工的管道下放到海底，待風浪過后再恢復施工。④施工組織復雜。海洋管道施工中，管道的預制，船隊的配件、燃料和淡水的供應等，都需要依靠岸上的基地；船隊位置和移動方向的確定，也是依靠岸上基地的電臺給予緊密配合。因此海洋管道施工具有海陸聯合組織施工的特點。

　　三、海底管道勘察：包括路由選擇和勘測、海浪和水流調查。

　　路由選擇和勘測 尋找一條較平坦、地質條件又穩定的海下走廊是保證管道長期穩定的基礎。首先是在詳細的海圖上選出幾條走向。其次沿著各條走向用聲納測深儀實測海底地形；用覆蓋層探測儀和側向聲納掃描儀，描繪出幾十e799bee5baa6e997aee7ad94e58685e5aeb931333238643632米深的縱斷面工程地質圖，探明海底泥層的構成、巖性、斷層位置以及有無埋設其他管道等。然后將所取得的幾條走向資料進行對比，以確定最優的路由。路由確定后，沿著確定的路由從海底中取出土樣，測定土壤的抗剪切力、致密度和比重等，以便用這些數據來確定管道施工方案。

　　海浪和水流調查 海洋管道施工受到海浪的直接干擾，因此，必須詳細勘察施工海域內不同季節海浪的發生周期、持續時間、方向、浪高、波長以及頻率等；并須取得多年的資料作為選擇施工用的船型、安排施工季節和進度的依據。海浪勘測可采用海浪記錄儀。

　　水流會影響管道施工時的安全和管道投產后的穩定性。施工前應沿著路由實測海水流速的垂直分布和流向等，并收集多年各季度的實測資料，從而對管道的穩定性、振動進行核算。管道在水下承受多種作用力，尤其是水流的作用力，其中包括水平推力和上舉力。在垂直方向上,只有管道的重量大于上舉力和浮力時,管道才能穩定。當管道裸露鋪設在起伏不平的海床上，水流流過管道的懸空段時,管道容易產生振動,甚至導致斷裂。測出海底處海水流速，就可以計算出最大允許懸空段的長度。增加管道重量仍難克服水流對管道的作用力時，應采取開溝埋設或其他穩管措施。

　　四、海底管道施工

施工作業 海洋管道施工包括海上定位、鋪設管道和開溝等項作業。

　　海上定位 指導鋪管船沿著路由方向移動和確定在海域中施工船隊位置的作業。海上定位的方法是在岸上設置兩座以上已知其經緯度的定向電臺，定向電臺發射微波定向信號。作業船上安裝有無線電定向儀，可以精確地測定船與岸上各電臺間的夾角，從而準確地測出船所在的位置。在近海作業時可以用微波發射信號；在遠海作業時一般用 200米的無線電長波發射信號。這兩種方法均能達到鋪管作業定位所需要的精度。

　　鋪管作業 海洋管道鋪設作業是由陸上管道穿越河流、湖泊水域的施工方法發展起來的。鋪管作業主要有三種方法：鋪管船鋪設、牽引法鋪設和用卷筒船鋪設。作業過程中選擇何種方法是根據管徑大小、海水深淺、海況和距岸遠近等條件確定的。近年來海洋油氣田探勘接近千米深的海域，海洋管道施工技術正向這一深度發展。70年代末期已能在600米深的海域中鋪設管道。

　　①鋪管船鋪設。這種方法最為常用。50年代在開發淺海區油氣田時，多采用人工開出一條能通行淺水船的河道，并在一種用浮箱拼裝而成的鋪管駁船上，把管子組裝起來，當駁船向后移動時，焊接好的管段即滑入水中。這種鋪管駁船逐步發展成為大型鋪管船。1956年第一艘較大型的鋪管船投入使用。船上可以堆放管材，設有吊運管子的起重設備和管段的組裝線，還有托管架作為管段下海的滑道。這種鋪管船錨定技術較完善，可在30米深的海域作業。此后，鋪管船不斷地發展，出現了具有自航能力，可鋪設更大口徑的管道，能在較深的海域作業的自航式鋪管船。1965年在開發大西洋的北海油氣田時，這種類型的鋪管船因抗風浪能力差，不能適應北海區的海況，作業經常被中斷,經過改革船體結構,制成半潛式鋪管船，加強了抗風浪能力。70年代初期“喬克陶Ⅰ”號半潛式鋪管船在澳大利亞的巴斯海峽投入使用，證明半潛式鋪管船穩定性好，并能在120～180米深海中進行鋪管作業。1979年半潛式“卡斯特羅”號鋪管船，在建設由非洲阿爾及利亞經突尼斯穿過突尼斯海峽通向歐洲意大利的輸氣管道時,成功地在608米深的海域中鋪設了500毫米管徑的管道。

　　鋪管作業過程是將管子經陸上預制廠加上水泥加重層后，用船運到鋪管船上，將管子逐段組裝焊接，焊好的管段在鋪管船向前移動時，從船尾部的托管架上滑入海中。整個鋪管作業的過程中，管段下滑的長度必須與船的位移量同步，同時，鋪管船必須處于較穩定的狀態。為此,在鋪管船的前后左右布置有4～6個船錨,調節錨纜的松緊可穩定船只；調節錨纜的長短可移動船位。管段自托管架的尾部滑向海底時，懸吊在海水中形成一個由上拱彎轉為下彎曲的S形,使管段受到復雜的彎曲應力的作用,此外,還受到浪涌和水流的沖擊力的作用。為了使管段不產生永久變形，須用托管架保持上拱彎盡可能大的彎曲半徑，并使下彎曲處處于容許彎曲應力的范圍以內。因此船上有能力足夠的張力機夾住管段，使之不能自由滑動，并且使管段下滑同船的位移距離一致。

五、海底管道防腐

1 海底管線外防腐

目前，國外海底長輸管道常用的外防腐層主要有：聚乙烯三層結構（三層PE）、熔結環氧粉末(FBE)和雙層熔結環氧粉末(雙層FBE)。

三層PE第一層為環氧涂料，第二層為膠粘劑，第三層為擠出聚乙烯，各層之間相互緊密粘接，形成一種復合結構，取長補短。它利用環氧粉末與鋼管表面很強的粘結力而提高粘結性；利用擠出聚乙烯優良的機械強度、化學穩定性、絕緣性、抗植物根莖穿透性、抗水浸透性等來提高其整體性能，使得三層PE防腐涂層的整體性能表現較好，價格在88～98元/m2。適合于對覆蓋層機械性能、耐土壤應力性能要求較高的苛刻環境，如碎石土壤、石方段、植物根系發達地區。缺點是當外防腐層破損后，易造成脫膠、滲水、陰極屏蔽，且與混凝土加重層粘結力稍差。

熔結環氧粉末涂層約350～500μm，機械強度高，與鋼管、混凝土加重層表面粘結力強、耐化學介質侵蝕性能、耐溫性能等都比較好，價格相對也便宜，一般在65～73元/m2，但由于涂層較薄，抗尖銳物沖擊力較差，易被沖擊損壞，不適合于石方段，適合于大部分土壤環境，適合于定向鉆穿越粘質土壤，也適合于海底管道。國外60年代開始應用于管道防腐，發展很快，是目前國際管道防腐上采用量最多的涂層。

雙層熔結環氧粉末具有和三層PE相同的綜合性能，機械性能高，涂層表層光滑。另外可避免陰極屏蔽問題，與陰極保護系統的匹配比三層PE好，這是國際上新研制出的涂層，集中了單層環氧粉末和三層PE的優點，克服了二者之不足。缺點是價格較高，約在100～108元/m2。 

通過比選，由于雙層環氧粉末具有：與鋼管、混凝土加重層表面粘接力強、抗化學腐蝕性強、抗陰極剝離、對陰極保護沒有屏蔽效應、抗磨性能好等優點，所以在杭州灣海底管道中選用雙層環氧粉末。

管道防腐層各種補口工藝都有其各自的優缺點和適用條件。熔結環氧粉末管段的補口工藝主要有：環氧涂料現場靜電噴涂、熱收縮套、聚乙烯防腐膠帶等。環氧涂料現場靜電噴涂工藝與管道原有環氧涂層相容性好，但操作工藝相對復雜，施工質量不易掌握；熱收縮套施工簡便，先刷環氧底漆，后熱收縮套包裹；所以海底管道補口選用熱收縮套。混凝土加重層接頭采用瑪腣脂封口。

2 海底管線陰極保護

海底管線一般采用犧牲陽極的保護方法，陽極材料常用的有鋁合金陽極和鋅合金陽極。

 

1） 鋁合金陽極

鋁陽極能夠防止海水中鋼質結構的腐蝕，廣泛應用于 船體、 壓水艙、海水管道、港口碼頭設施、海洋工程、鉆井平臺、冷凝器以及土壤介質的管道等的防腐之用。鋁陽極的性能受合金的化學成分影響，

2）鋅合金陽極

主要性能： 

陽極自溶性小，電流效率高，陽極發生電流的自調節性能好；保護年限較長，可達20～30年,一般不會發生“過保護”現象。 

適用范圍： 

鋅合金犧牲陽極適用于海水、淡海水介質中的船舶、壓載水艙、機械設備、海洋工程和海港設施、鉆井平臺、港口碼頭、海水介質的冷凝器、水泵以及低電阻率土壤中的管道、電纜等設施金屬防腐蝕的陰極保護。