天然氣管道動火連頭施工難點及對策

李國民，盧雙臣，顏臘紅，李斌

中國石油冀東油田公司，河北唐山063209

天然氣管道動火連頭施工難點及對策

李國民，盧雙臣，顏臘紅，李斌

中國石油冀東油田公司，河北唐山063209

由于天然氣具有易燃易爆等特點，因此對新老天然氣管道系統(tǒng)進行動火連頭作業(yè)就比較危險。結(jié)合某濕氣管道改造工程，介紹了首次采用具有易于操作、安全可靠、施工成本低等特點的蒸汽吹掃、加裝隔離法蘭、黃油墻封堵等技術(shù)措施，切實做到了在動火連頭作業(yè)中消除輕烴，隔絕可燃氣體，保證了施工作業(yè)安全；較詳細論述了工程難點，動火連頭方案的確定，以及停產(chǎn)降壓、氮氣置換、蒸汽吹掃、氣體檢測、黃油墻封堵、法蘭焊接、石棉板隔離、管道焊接、無損檢測等的施工步驟。工程實踐表明，采用上述方案進行施工效果良好；同時也指出了對于短距離濕氣管道，采用蒸汽進行吹掃的效果較好，對于長距離天然氣管道，宜采用清管掃線方式清除輕烴。

天然氣管道；動火連頭；蒸汽吹掃；法蘭隔離；黃油墻封堵

天然氣主要成分是甲烷，屬于甲類可燃氣體，爆炸極限為5%～15%[1]。雖然天然氣比空氣輕而且容易發(fā)散，但是在廠房、儲罐、作業(yè)坑等封閉環(huán)境里還是容易發(fā)生聚集，當它與空氣混合達到一定的比例時，就有可能觸發(fā)威力巨大的爆炸，造成人員傷亡和巨大經(jīng)濟損失。所以保證天然氣管道動火連頭作業(yè)安全，對于業(yè)主和施工單位都是一項非常重要的工作。

1 工程概況

對先導試驗站后南堡NP2-3LP外輸氣管道和廟-南濕氣管道交匯閥池處的原管道流程進行改造，擬在NP2-3LP外輸氣管道末端和廟-南濕氣管道起始端增設旋進漩渦流量計，天然氣在此完成計量后再進入原有匯管外輸。改造前流程示意見圖1。

圖1 改造前管道流程示意

此改造工程的難點有：

（1）動火連頭管道為濕氣管道，建設時沒有安裝收發(fā)球裝置，建成后未進行過通球掃線，管道內(nèi)肯定存有易揮發(fā)、易燃的輕烴，單靠氮氣置換無法徹底置換干凈。

（2）動火地點位于地下閥池處，空間狹小，容易發(fā)生可燃氣體或有毒有害氣體聚集，見圖2。

圖2 動火連頭點現(xiàn)場情況

（3）施工時間非常緊，由于采用停輸改造方式，業(yè)主要求12 h內(nèi)恢復管道運行。

如果本工程安全技術(shù)措施不到位，很有可能發(fā)生安全生產(chǎn)事故。

2 確定動火連頭方案

按照施工圖紙要求，改造完成后的流程見圖3。共有三條管道涉及動火連頭，其中兩條管道動火處有閥門控制，通過加隔離盲板和打接地線可以排除著火爆炸風險。圖3中的紅色連頭管道為濕氣管道（匯管），它最危險，為本工程的最大難點。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，總結(jié)以往的施工經(jīng)驗，確定采用如圖4所示的總體施工方案。

圖3 改造后的流程示意

圖4 總體施工方案

3 動火連頭施工步驟

（1）在匯管末端閥7立管處，帶壓開1處DN50的孔，供蒸汽吹掃和氮氣置換出口使用。

（2）當預制完新建的計量閥室內(nèi)流程后，將圖1中的閥1、閥3、閥4、閥5和閥7關(guān)閉。

（3）在屬地管理單位現(xiàn)場負責人的指揮下，對原南堡NP2-3LP外輸氣管道和廟-南濕氣管道匯管進行放空泄壓。

（4）利用氮氣車對管道進行氮氣置換，氮氣的純度要達到99.95%以上，最大推進速度為5 m/s[2]。由于輕烴的揮發(fā)性，一次氮氣置換很難達到合格要求，本次置換只要求將可燃氣體體積分數(shù)降到10%左右即可。

（5）利用鍋爐車對管道進行蒸汽吹掃，將管道內(nèi)的輕烴吹掃干凈。要求如下：

其一，應以大流量的蒸汽進行吹掃，流速不應小于30 m/s[3]。

其二，蒸汽吹掃應按加熱、冷卻、再加熱的順序循環(huán)進行[3]。

（6）再次對管道進行氮氣置換，將可燃氣體（天然氣）體積分數(shù)降到0.5%以下為合格[4]。

（7）經(jīng)各方確認NP2-3LP外輸氣管道和廟-南濕氣管道匯管置換合格后，用鉸接式切管機（或爬管機）按圖1所示位置切斷管道，在切割過程中在割口處澆冷水進行降溫。

（8）為了徹底保證動火作業(yè)安全，在濕氣管道匯管動火切割點A內(nèi)用黃油進行有效封堵，并對管口處的可燃氣體進行檢測，在確認封堵有效無泄漏，可燃氣體濃度為零后，即可在動火切割點A處按要求焊接法蘭一副（與管道同規(guī)格、同壓力等級）。

眾所周知，黃油墻的封堵強度不高，容易出現(xiàn)坍塌，造成封堵失效，針對此情況制作了黃油墻封堵隔離工具，見圖5。

圖5 黃油墻封堵工具示意

黃油墻封堵隔離工具具體制作與使用方法如下。

第一，制作黃油墻擋板。黃油墻及壓板制作時內(nèi)徑比所封堵管的內(nèi)徑小0.5～1 mm，內(nèi)擋板采用膠木板或硬塑料板制作，拉桿用φ 20 mm圓木制作，用螺絲牢固連接拉桿與內(nèi)擋板；外壓板中間打孔，并加套管以便用于封堵時壓緊。

第二，黃油泥要軟硬適中，黃油與滑石粉一般按1∶3的質(zhì)量比進行混合[5]。先將內(nèi)擋板按計算深度放入管道，而后分層把黃油泥填入管內(nèi)，不斷用壓板擠壓，使黃油泥填滿管道內(nèi)的空間，黃油墻的厚度應大于3倍的管徑，且不小于50 cm[5]；外壓板與管口應留大于2倍管徑的距離，且不小于50 cm，并在管外包裹濕毛氈。禁止敲擊管道，以防止在動火作業(yè)時黃油墻熔化或坍塌，造成油氣泄漏。

第三，黃油泥封堵完后，檢測管口處的可燃氣體濃度，要求可燃氣體濃度為零，方可進行動火作業(yè)。在動火作業(yè)時隨時監(jiān)測氣體濃度，發(fā)現(xiàn)濃度升高，應立即停止作業(yè)，重新確認黃油墻的封堵情況。

（9）連接法蘭焊接完畢后，待管口溫度降低和現(xiàn)場無動火作業(yè)時，方可進行封堵物的拆除，取出內(nèi)擋板后檢查管口內(nèi)清理情況，將殘留物完全清理干凈后方可進行下一道工序。

（10）法蘭焊接合格后，在法蘭處采用5 mm厚石棉板進行隔離，然后進行最后一道死口的焊接。

（11）待最后一道死口焊接完，并經(jīng)無損檢測合格后，即可拆除石棉板，并換上金屬纏繞墊，而后緊固螺栓，至此整個切割流程施工完畢。再用氮氣置換空氣，當測定的放空氣體氧含量小于2%時，即可認為置換合格[6]，可以恢復天然氣的輸送。

4 結(jié)束語

在本次改造工程的濕氣管道動火連頭施工中，首次采用了具有易于操作、安全可靠、施工成本低等特點的蒸汽吹掃、加裝隔離法蘭、黃油墻封堵隔離工具等技術(shù)措施，切實達到了消除輕烴、隔絕可燃氣體的目的，保證了施工作業(yè)的安全，且施工完成時間比計劃提前了1 h。從實際效果來看，對于短距離濕氣管道用蒸汽吹掃的效果較好，對于長距離管道，宜采用清管掃線方式清除輕烴。

[1]GB 50493-2009，石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警器設計規(guī)范[S].

[2]譚力文，敬加強，戴志向，等.天然氣管道氮氣置換工藝參數(shù)的確定[J].石油規(guī)劃設計，2007，18（5）：43-45.

[3]GB 50235-2010，工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范[S].

[4]Q/SY1241-2009，動火作業(yè)安全管理規(guī)范[S].

[5]劉明輝，肖金星，陳軍.小口徑燃氣管道不置換連頭技術(shù)[J].石油化工設備，2011，40（5）：106-107.

[6]SY/T5922-2012，天然氣管道運行規(guī)范[S].

Difficulties ofWelding Construction in NaturalGas Pipeline Connection and Countermeasures

LIGuomin，LU Shuangchen，YAN Lahong，LIbin
PetroChina Jidong Oilfild Company，Tangshan 063209，China

Because natural gas is flammable and explosive，the risk related to welding operation for connecting old and new gas pipelines is relatively high.Combined with the reformation project of a wet gas pipeline，this paper summarizes some easily operational，safe，reliable and cost-saving technical measures，such as steam purging，installing isolated flange and blocking with butter wall，to eliminate light hydrocarbon and isolate flammable gas.It illustrates the project difficulties，welding scheme determination，and the construction process including production stop and pressure decreasing，nitrogen replacement，steam surging，gas detection，blocking with butter wall，flange welding，insolating with asbestos plate，pipeline welding and NDT.The construction practice shows these measures get good effects，the steam purging can gain better effect for short distance wet gas pipeline and the pigging mode to clean light hydrocarbon is suitable for long distance pipeline.

naturalgas pipeline；welding operation；steam purging；isolation with flange；blocking with butter

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.06.015

李國民（1982-），男，遼寧北票人，工程師，2005年畢業(yè)于長江大學材料成型及控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事油田地面工程建設施工管理工作。

2015-05-10