近收發(fā)球筒封堵技術(shù)及管道維修工藝設(shè)計(jì)

杜宇龍，曾 鳴，張仕民，王文明

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京102249）

近收發(fā)球筒封堵技術(shù)及管道維修工藝設(shè)計(jì)

杜宇龍，曾 鳴，張仕民，王文明

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院，北京102249）

近收發(fā)球筒封堵是對(duì)靠近收發(fā)球筒的一段管段或者閥類(lèi)控件進(jìn)行維修時(shí)使用的一種管道封堵技術(shù)。介紹了近收發(fā)球筒封堵器可進(jìn)行的3種封堵作業(yè)：收發(fā)球筒閥門(mén)更換與維護(hù)作業(yè)，廢棄分支管線作業(yè)和管線閥門(mén)維修與更換作業(yè)，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的管道維修工藝。相對(duì)于傳統(tǒng)的封堵技術(shù)，近收發(fā)球筒封堵技術(shù)具有操作方便、易于實(shí)施、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

管道封堵；近收發(fā)球筒；維修；工藝

油、氣管道是陸、海油氣田開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與油氣外輸?shù)闹饕a(chǎn)設(shè)施［1］。隨著全世界油氣工業(yè)的發(fā)展，油、氣管道總使用長(zhǎng)度在不斷增加。近年來(lái)一批區(qū)域性大型天然氣干線管道的建成投產(chǎn)，使中國(guó)管道工業(yè)的發(fā)展速度和技術(shù)水平跨入了世界先進(jìn)行列［2］。目前，美國(guó)擁有長(zhǎng)約200萬(wàn)k m的油氣管道網(wǎng)絡(luò)；截至2010年底，我國(guó)已建油氣管道總長(zhǎng)度［3］約8.5萬(wàn)k m，其中天然氣管道4.5萬(wàn)k m，原油管道2.2萬(wàn)k m，成品油管道1.8萬(wàn)k m。

管道一旦發(fā)生泄漏，將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保和生態(tài)影響［4］。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及能源需求的增加，需對(duì)油氣管道輸送技術(shù)、安全保障及維護(hù)技術(shù)裝備進(jìn)一步研究。目前，我國(guó)油氣管道中，管道失效以及閥門(mén)等故障會(huì)逐漸增多，需要對(duì)新型智能管道維搶修裝備加大研發(fā)，從而保障管道的安全運(yùn)行。石油天然氣管道投入運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常需要在不停輸?shù)臈l件下進(jìn)行管道加裝支線、改線等作業(yè)［5］，在管道進(jìn)行維護(hù)的過(guò)程中常采用管道封堵技術(shù)來(lái)封隔管道內(nèi)部的輸送介質(zhì)。

1 近收發(fā)球筒封堵技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 技術(shù)發(fā)展概況

我國(guó)在管道維搶修方面廣泛使用的是帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)和管內(nèi)智能封堵技術(shù)。帶壓開(kāi)孔技術(shù)在維修管道并進(jìn)行封堵作業(yè)時(shí)，工藝復(fù)雜，不適用帶有電伴熱等附加設(shè)施的雙層管道封堵，裝備的開(kāi)發(fā)與施工影響管道正常輸送的時(shí)間較長(zhǎng)；管內(nèi)封堵技術(shù)在應(yīng)用于近收發(fā)球筒管道維修和閥類(lèi)控制元件維修時(shí)，管內(nèi)智能封堵復(fù)雜的操作過(guò)程和設(shè)備都降低了經(jīng)濟(jì)性和操作效率，迫切需要研制可靠的近收發(fā)球筒封堵器完成封堵作業(yè)。

近收發(fā)球筒封堵技術(shù)以及配套工具的開(kāi)發(fā)屬于管端系纜封堵技術(shù)的一種，利用靠近收發(fā)球筒的位置優(yōu)勢(shì)，在處理近收發(fā)球筒管線維搶修的帶壓作業(yè)方面具有操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)施、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

將管內(nèi)智能封堵器的封堵頭應(yīng)用于系纜封堵形式即為近收發(fā)球筒管道封堵技術(shù)的具體封堵方式，圖1所示為中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣管道智能裝備實(shí)驗(yàn)室研制系纜封堵的具體形式。再結(jié)合動(dòng)態(tài)密封技術(shù)和可進(jìn)行手動(dòng)操作的液壓系統(tǒng)即為近收發(fā)球筒管道封堵技術(shù)的關(guān)鍵部分。

圖1 中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣管道智能裝備實(shí)驗(yàn)室的系纜封堵器

1.2 智能封堵技術(shù)

國(guó)外主要有美國(guó)的T.D.Williamson公司和英國(guó)的Stats Group公司專(zhuān)注于管道維修技術(shù)開(kāi)發(fā)。美國(guó)T.D.Williamson公司在管道封堵器方面的相關(guān)產(chǎn)品注冊(cè)名稱(chēng)為Smart Pl ug T M，是一種用于海底油氣管道高壓智能封堵的工具，如圖2所示。作業(yè)時(shí)封堵器被壓力液推入管道，到達(dá)指定位置后由遙控裝置控制完成封堵作業(yè)。在近管端維搶修方面，可以完成更換閥門(mén)等作業(yè)。

圖2 T.D.Williamson公司的管內(nèi)智能封堵器及近管端更換閥門(mén)作業(yè)

英國(guó)Stats Gr oup公司在近管端封堵技術(shù)方面進(jìn)行了先驅(qū)性探索與設(shè)計(jì)，針對(duì)系纜封堵技術(shù)的特點(diǎn)將其應(yīng)用到近管端管道維修領(lǐng)域，并開(kāi)發(fā)了一系列封堵及配套工具，確保技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化。圖3所示為由該公司設(shè)計(jì)完成的系纜封堵頭在管道維修工作中的應(yīng)用，封堵頭的結(jié)構(gòu)原理與其他封堵頭相同，后系纜線主要用于控制封堵頭的坐封和密封動(dòng)作以及提供液壓動(dòng)力。

圖3 Stats Group公司的系纜封堵器應(yīng)用實(shí)例

國(guó)內(nèi)從2008年起，在中國(guó)石油大學(xué)（北京）張仕民教授的主持下，研究了管內(nèi)智能封堵技術(shù)，包括其結(jié)構(gòu)［6］、錨定性能仿真［7］及密封性能等方面的理論和試驗(yàn)研究，搭建了管內(nèi)智能封堵器的坐封與解封的試驗(yàn)平臺(tái)，以驗(yàn)證理論設(shè)計(jì)的可行性。

2 管道維修工藝

目前，對(duì)于近收發(fā)球筒管道或管線閥類(lèi)元件的維護(hù)與更換、管線維護(hù)和支管廢棄等作業(yè)，常用的封堵器包括擋板-囊式、囊式、塞式和盤(pán)式管道封堵器［8-9］。但上述封堵器作業(yè)時(shí)大多需要多次使用管線帶壓開(kāi)口封堵裝置對(duì)管線進(jìn)行開(kāi)孔、封堵作業(yè)，作業(yè)工藝復(fù)雜、費(fèi)用高［10］。本文介紹的近收發(fā)球筒管道封堵器為封堵頭與快速收發(fā)球筒、管線帶壓開(kāi)孔封堵裝置配合完成上述作業(yè)。在近管端作業(yè)時(shí)，簡(jiǎn)化操作步驟，工藝簡(jiǎn)單、安全性高，同時(shí)所需費(fèi)用也低于傳統(tǒng)作業(yè)形式。近收發(fā)球筒封堵器主要可以進(jìn)行收發(fā)球筒閥門(mén)更換與維護(hù)作業(yè)；廢棄分支管線作業(yè)；管線閥門(mén)維修與更換作業(yè)。

2.1 收發(fā)球筒閥門(mén)更換與維護(hù)作業(yè)

工藝流程如圖4所示。

圖4 收發(fā)球筒閥門(mén)更換與維護(hù)作業(yè)流程示意

1） 首先關(guān)閉閥門(mén)，通過(guò)收發(fā)球筒注入近收發(fā)球筒封堵器封堵頭。

2） 打開(kāi)正常閥門(mén)與損壞閥門(mén)，將封堵頭通過(guò)損壞閥門(mén)，并進(jìn)行封堵。

3） 退回液壓控制纜，維修或更換損壞閥門(mén)。

4） 接回液壓控制纜，并注入法蘭密封測(cè)試單元，分別對(duì)新更換的閥門(mén)的遠(yuǎn)端和近端法蘭進(jìn)行密封測(cè)試，如果密封完好則撤出法蘭密封測(cè)試單元，如果密封失敗則需重新進(jìn)行密封及檢測(cè)。

5） 解封并退回封堵頭，關(guān)閉閥門(mén)。

6） 退出封堵設(shè)備，作業(yè)完成。

如果收發(fā)球筒閥門(mén)為微泄漏閥門(mén)（圖5），即閥門(mén)關(guān)閉時(shí)泄漏量微小，泄漏量在發(fā)球筒作業(yè)允許范圍內(nèi)，則在收發(fā)球筒近端無(wú)其他正常閥門(mén)的情況下，仍可使用近收發(fā)球筒封堵器進(jìn)行閥門(mén)更換與維護(hù)作業(yè)。作業(yè)流程同上。

圖5 收發(fā)球筒微泄漏閥門(mén)

2.2 廢棄分支管線作業(yè)

工藝流程如圖6所示。

1） 在棄管上安裝帶壓封堵設(shè)備。

2） 使用筒刀切開(kāi)管壁，并用封堵器對(duì)棄管進(jìn)行帶壓封堵。

3） 使用切割器切斷棄管，安裝臨時(shí)收發(fā)球筒。

4） 撤回帶壓封堵器，將封堵頭推進(jìn)至指定位置進(jìn)行封堵。

5） 斷開(kāi)液壓控制纜，移走棄管和帶壓封堵設(shè)備。

6） 在管端安裝盲法蘭，棄管作業(yè)完成。

圖6 廢棄分支管線作業(yè)流程示意

如果廢棄支管部分無(wú)法蘭接頭，可直接在管線上進(jìn)行上述作業(yè)，即在執(zhí)行流程第（5）步驟時(shí)，使用切割器在封堵頭與封隔器之間切斷管線，在斷口處焊接上法蘭，從而完成無(wú)法蘭接頭的部分管線廢棄作業(yè)。

2.3 管線閥門(mén)維修或更換作業(yè)

工藝流程如圖7所示。

1） 在管線上安裝帶壓封堵設(shè)備。

2） 使用筒刀切開(kāi)管壁，并用封堵器對(duì)棄管進(jìn)行帶壓封堵。

3） 使用切割器切斷棄管，安裝臨時(shí)收發(fā)球筒。

4） 撤回帶壓封堵器，將封堵頭通過(guò)損壞閥門(mén)后推進(jìn)至指定位置進(jìn)行封堵。

5） 更換閥門(mén)，并檢驗(yàn)閥門(mén)法蘭密封性能。

6） 撤出封堵頭，關(guān)閉閥門(mén)，連接新的管線，作業(yè)完成。

3 結(jié)論

1） 本文對(duì)近收發(fā)球筒封堵器的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。并提出了近收發(fā)球筒封堵器可進(jìn)行的3種封堵作業(yè)，即①收發(fā)球筒閥門(mén)更換與維護(hù)作業(yè)；②廢棄分支管線作業(yè)；③管線閥門(mén)維修與更換作業(yè)。并對(duì)以上作業(yè)的工藝進(jìn)行了介紹。

2） 目前，由于近收發(fā)球筒封堵器具有經(jīng)濟(jì)性好、操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)施等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于近收發(fā)球筒封堵器的關(guān)注度在不斷升高。對(duì)于近收發(fā)球筒處或管線閥類(lèi)元件的維護(hù)與更換、管線維護(hù)和支管廢棄等作業(yè)，使用近收發(fā)球筒封堵器是十分便利的。

3） 近收發(fā)球筒封堵技術(shù)目前仍存在一定缺點(diǎn)，并且應(yīng)用場(chǎng)合受限。對(duì)于以下幾種情況，無(wú)法應(yīng)用此設(shè)備進(jìn)行作業(yè)：①收發(fā)球筒閥門(mén)更換與維護(hù)作業(yè)時(shí)，收發(fā)球筒為單閥控制，閥門(mén)泄漏量較大，無(wú)法操作盲板；②管線閥門(mén)維修與更換作業(yè)時(shí)，閥門(mén)與主干線之間距離小于封堵頭的長(zhǎng)度；③管線閥門(mén)維修與更換作業(yè)時(shí)，需更換的閥門(mén)連接于非直線管道上；④廢棄分支管線作業(yè)時(shí)，作業(yè)處支線管道為非直線管道。

圖7 管線閥門(mén)維修或更換作業(yè)流程示意

4） 盡管此技術(shù)存在針對(duì)性過(guò)強(qiáng)、應(yīng)用場(chǎng)合受限等缺點(diǎn)，但其避開(kāi)遠(yuǎn)程控制技術(shù)壁壘，直接使用管內(nèi)封堵頭作為主要封堵元件，無(wú)需重新開(kāi)發(fā)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互換性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在我國(guó)近收發(fā)球筒管道維搶修方面的應(yīng)用前景廣闊。

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Technology of Plugging Isolation Near Launcher／Receiver and Pipeline Maintaining Process

DU Yu-l ong，ZENG Ming，ZHANG Shi-min，WANG Wen-ming
（College of Mechanical and Tr ansportation Engineering，China University of Petroleu m （Beijing），Beijing 102249，China）

Wit h the rapid develop ment of oil and gas pipelines，t he pl ugging technol ogy which is used to increase security of pipe repairing has been flourishing.As a kind of pipeline repair technology，plugging isolation near launcher or receiver is used to pl ug pipeline when maintaining the broken part of pipeline or change valves.This article introduces the status of the plug packer f or pl ugging isolation near launcher or receiver.And 3 kinds of block pr ocesses are raised，which pl ug packer can do，t hat are changing or maintaining t he valves near launcher or receiver；abandoning branch pipeline；changing or maintaining the valves installed in the pipeline.Plugging isolation near launcher or receiver which uses si mple equip ment to precede operations is easier to operate and i mplement co mpared with t he traditional pl ugging technology.

pipeline plug；near launcher or receiver；maintenance；technology

TE952

B

1001-3482（2014）06-0089-05

2014-01-02

杜宇龍（1988-），男，黑龍江大慶人，碩士研究生，主要從事管道維修技術(shù)研究，E-mail：copy mandyl＠hot mail.co m。