帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)應(yīng)用及探討

程習(xí)剛 沈志恒

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)公司山東青島266061

帶壓開(kāi)孔技術(shù)是一種工藝先進(jìn)的管道、設(shè)備改造以及工程搶修技術(shù),它解決了裝置連續(xù)生產(chǎn)的難題,能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該技術(shù)能在不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行帶壓在線開(kāi)孔接點(diǎn),全過(guò)程在密閉空間內(nèi)進(jìn)行，既不影響裝置的正常運(yùn)行，又能保證安全、高效、環(huán)保地完成管線碰頭或預(yù)留接口的任務(wù)，在實(shí)踐中得到了越來(lái)越多的成功運(yùn)用。

本文以遼陽(yáng)石化公司汽油質(zhì)量升級(jí)項(xiàng)目污油線帶壓開(kāi)孔為例，通過(guò)帶壓開(kāi)孔原理、帶壓開(kāi)孔工藝流程、開(kāi)孔方法、過(guò)程控制的歸納總結(jié)，闡明了帶壓開(kāi)孔的技術(shù)要領(lǐng)。特別是在該項(xiàng)目中成功使用了橡膠軟管泄壓和自制手動(dòng)軋管刀割管工藝，大大減少了焊接工作量，安全方便快捷，可為類(lèi)似工程提供借鑒和參考。

1 項(xiàng)目概況

在遼陽(yáng)石化公司汽油升級(jí)項(xiàng)目實(shí)施中，因現(xiàn)場(chǎng)有兩條DN250污油線影響基礎(chǔ)施工需拆除，但供一氣分的污油主線上無(wú)隔斷閥無(wú)法停輸。工程部決定在MTBE裝置北側(cè)污油主線上，不停輸加閥門(mén)，以利切斷其后的管線。

2 帶壓開(kāi)孔原理

在管道不停輸?shù)那闆r下，利用特殊對(duì)開(kāi)三通法蘭短節(jié)、閥門(mén)連接在需要開(kāi)孔的管線（設(shè)備）上，采用機(jī)械和手動(dòng)開(kāi)孔工具實(shí)現(xiàn)在線開(kāi)孔。開(kāi)孔機(jī)在開(kāi)孔過(guò)程中是在完全封閉的空腔內(nèi)進(jìn)行的,刀具切削過(guò)程與空氣隔絕,無(wú)著火、爆炸的可能性。由于封閉開(kāi)孔、無(wú)泄漏,有毒有害介質(zhì)不能排放到大氣中,因此對(duì)環(huán)境無(wú)污染。帶壓開(kāi)孔原理圖如圖1所示。

圖1 帶壓開(kāi)孔原理圖

2 工藝流程

帶壓開(kāi)孔加閥流程圖如圖2所示。

圖2 帶壓開(kāi)孔加閥流程圖

3 施工前的準(zhǔn)備工作

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備工作

3.1.1 帶壓開(kāi)孔施焊要求

認(rèn)真審查原有施工圖紙及相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，通過(guò)計(jì)算確定開(kāi)孔管道是否允許帶壓施焊。

（1）開(kāi)孔短管焊接管道壓力要求

管道允許帶壓施焊的壓力計(jì)算如下：式中：

P——設(shè)備、管道允許帶壓施焊的壓力，Mpa；

σs——設(shè)備、管道母材的最小屈服極限，Mpa；

t——焊接處管道、設(shè)備實(shí)際厚度，mm;

c——因焊接引起的壁厚修正量，mm（通常為2.4mm）;

D——設(shè)備、管道外徑，mm。

F——安全系數(shù)（水、氮?dú)獾确强扇?、有毒介質(zhì)取0.6；有毒可燃介質(zhì)取0.5）

將本項(xiàng)目中相應(yīng)的數(shù)據(jù)代入上式，得出P=2.99Mpa＞1.6Mpa（管線操作壓力），故污油管道滿(mǎn)足外部施焊要求。

（2）焊接管道內(nèi)介質(zhì)流速要求

查流量計(jì)顯示280m3/h。根據(jù)計(jì)算公式，可得其中的流速為1.585m/s＜5m/s，滿(mǎn)足焊接要求，同時(shí)流速小于2.5m/s，可以直接封堵。

3.1.2 帶壓開(kāi)孔技術(shù)措施制定

針對(duì)開(kāi)孔、封堵、焊接等編制專(zhuān)業(yè)施工技術(shù)措施和相應(yīng)的質(zhì)量檢驗(yàn)措施，并對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)平面、空間提前做好勘查。技術(shù)措施要求切實(shí)可行，可控性強(qiáng)。要健全壓力管道安裝質(zhì)量保證體系。此外，需要完成的工作還包括：圖紙會(huì)審與設(shè)計(jì)交底工作；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范收集；向施工作業(yè)人員技術(shù)交底；對(duì)特殊施工作業(yè)人員起重工、電焊工、檢測(cè)工進(jìn)行資質(zhì)審查，焊接工藝評(píng)定的制作與審核，所有交工技術(shù)文件、表格準(zhǔn)備就位。

3.2 物資準(zhǔn)備

施工前所有機(jī)械設(shè)備齊全并調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)正常。施工用管子、管件表面無(wú)裂紋、縮孔、夾渣、重皮等缺陷，無(wú)超過(guò)壁厚負(fù)偏差的銹蝕或凹陷；密封材料不應(yīng)有氣孔、雜質(zhì)、飛邊、毛刺、裂紋等缺陷；帶特殊法蘭的對(duì)開(kāi)三通等材料應(yīng)有材料材質(zhì)單、產(chǎn)品合格證及標(biāo)識(shí)齊全，閥門(mén)還應(yīng)有試壓記錄。

物資準(zhǔn)備主要是開(kāi)孔機(jī)、封堵器及開(kāi)孔用刀具堵頭的準(zhǔn)備，專(zhuān)用閥門(mén)及對(duì)開(kāi)式三通的定制、臨時(shí)旁路線的提前預(yù)制。

3.3 開(kāi)孔作業(yè)點(diǎn)選擇

開(kāi)孔作業(yè)點(diǎn)宜選擇在寬敞位置，并應(yīng)核對(duì)圖紙，將開(kāi)孔點(diǎn)選擇在業(yè)主指定位置附近。

剝離被開(kāi)孔管道防腐層，開(kāi)孔點(diǎn)不能選擇在焊縫上。如實(shí)際位置在焊縫上則應(yīng)與設(shè)計(jì)和業(yè)主商量更換位置。

兩條污油線開(kāi)孔點(diǎn)前后錯(cuò)開(kāi)，留出施工空間。

利用測(cè)厚儀對(duì)被開(kāi)孔管道的開(kāi)孔點(diǎn)進(jìn)行壁厚測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)。通過(guò)測(cè)厚儀檢測(cè)施焊處的實(shí)際壁厚，以滿(mǎn)足施焊要求。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

聯(lián)合作業(yè)坑和動(dòng)火作業(yè)坑的開(kāi)挖應(yīng)有足夠的操作空間且滿(mǎn)足安全逃生要求。作業(yè)區(qū)外設(shè)置安全警戒區(qū)，并設(shè)置明顯的安全標(biāo)識(shí)

4 帶壓開(kāi)孔的施工過(guò)程

首先在設(shè)備、管道帶壓焊接一個(gè)帶特殊法蘭對(duì)開(kāi)三通，在法蘭上方安裝一臺(tái)夾板閥。把開(kāi)孔機(jī)與法蘭閥門(mén)連接，并打開(kāi)閥門(mén)。把開(kāi)孔機(jī)刀具通過(guò)閥門(mén)接觸到需要開(kāi)孔設(shè)備和管道，然后在該短管、閥門(mén)、鉆機(jī)連箱刀具放置空間里面按被開(kāi)孔管道的設(shè)計(jì)壓力做好試壓及氣密工作，試壓合格后轉(zhuǎn)動(dòng)刀具在設(shè)備、管道上開(kāi)孔。開(kāi)孔成功后退出刀具和開(kāi)孔留下的鐵塊，退出到閥門(mén)以外的鉆機(jī)連箱的空間中，然后關(guān)閉閥門(mén)，鉆機(jī)連箱泄壓并拆去開(kāi)孔機(jī)，帶壓開(kāi)孔成功。

4.1 對(duì)開(kāi)三通組對(duì)及焊接

對(duì)開(kāi)三通組對(duì)尺寸要求嚴(yán)格。選定開(kāi)孔位置后，先用一個(gè)帶特殊法蘭的對(duì)開(kāi)三通（半圓管）扣在待開(kāi)孔的污油線上，其正下方配對(duì)另一半對(duì)開(kāi)三通，確定能全部包住主管且尺寸合適，將兩片對(duì)開(kāi)三通點(diǎn)焊固定。

對(duì)開(kāi)三通護(hù)板和管道焊接是帶壓開(kāi)孔的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)開(kāi)三通護(hù)板縱向焊縫采用兩名焊工同時(shí)對(duì)稱(chēng)施焊；縱向焊縫完成后，兩名焊工對(duì)兩道環(huán)向角焊縫再分別對(duì)稱(chēng)施焊。在環(huán)向角焊縫焊接過(guò)程中，采用容易控制的手工鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面，焊接過(guò)程中采用小電流、快速焊、手把傾斜等方法降低線能量，從而降低溫度和熔池深度。在氬弧焊焊接過(guò)程中，熔池深度（深入需開(kāi)孔管道、設(shè)備側(cè)）在2mm左右。由于開(kāi)孔過(guò)程是在操作條件下進(jìn)行的，所以必須保證管道內(nèi)壁溫度不可過(guò)高，一般內(nèi)壁溫度不超過(guò)100℃。環(huán)向角焊縫焊接形式結(jié)構(gòu)如下圖3所示。焊接完成后采用PT和MT對(duì)焊道進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

圖3 環(huán)向角焊縫焊接形式結(jié)構(gòu)圖

4.2 對(duì)開(kāi)三通法蘭封堵

在對(duì)開(kāi)三通特殊法蘭口外側(cè)，采用配套螺絲擰入法蘭外側(cè)的四個(gè)小孔孔中，推動(dòng)小孔內(nèi)的圓弧形的“鍵”推出堵盤(pán)以完成法蘭封閉。

4.3 管線開(kāi)孔

4.3.1 將夾板閥和壓力平衡閥安裝就位

夾板閥水平安裝在對(duì)開(kāi)三通法蘭上方，并加正式墊片密封良好。在開(kāi)孔的污油線下游采用電動(dòng)小開(kāi)孔機(jī)鉆開(kāi)一個(gè)平衡泄壓小孔，帶有球閥的平衡孔短節(jié)在開(kāi)孔完成的同時(shí)留在接管上，待小開(kāi)孔刀縮回后關(guān)閉球閥，卸下小開(kāi)孔機(jī)。

4.3.2 組裝開(kāi)孔機(jī)

組裝過(guò)程中應(yīng)該檢查開(kāi)孔刀和鉆機(jī)連箱同心度是否符合要求。測(cè)量開(kāi)孔刀頭的初始位置，并在開(kāi)孔機(jī)軸標(biāo)尺處做好記錄，方便確認(rèn)刀具進(jìn)入狀況。把開(kāi)孔機(jī)和閥門(mén)連接，墊片螺栓適用準(zhǔn)確。確認(rèn)閥門(mén)尺寸，確保有足夠的內(nèi)徑讓開(kāi)孔刀順利通過(guò)。調(diào)整開(kāi)孔行程，確保開(kāi)孔行程不超過(guò)開(kāi)孔機(jī)的最大行程，且滿(mǎn)足開(kāi)孔要求，開(kāi)孔機(jī)組裝及調(diào)整圖見(jiàn)圖4。

圖4 鉆孔設(shè)備組裝及調(diào)整圖

4.3.3 開(kāi)孔設(shè)備水壓及氣密試驗(yàn)

開(kāi)孔前對(duì)焊接在管道上的管件和組裝在管道上的閥門(mén)、開(kāi)孔機(jī)等部件進(jìn)行整體試壓，試驗(yàn)壓力選擇管道操作壓力1.6MPa。強(qiáng)度試驗(yàn)合格后用氮?dú)膺M(jìn)行整體氣密。氣密過(guò)程也是置換過(guò)程，把連箱和短管內(nèi)空氣置換成惰性氣體。氣密檢驗(yàn)采用在法蘭及接口噴肥皂水的方式。確認(rèn)檢驗(yàn)無(wú)滲漏后，打開(kāi)連箱放空閥，為放凈連箱和短管內(nèi)的氣體準(zhǔn)備。

4.3.4 帶壓開(kāi)孔

帶壓開(kāi)孔開(kāi)始，用力要均勻。中心鉆頭鉆透管壁時(shí)，介質(zhì)會(huì)充滿(mǎn)連箱和短管，等里面氣體全部放出后，關(guān)閉放空閥。隨著開(kāi)孔刀開(kāi)始切割管壁，可以聽(tīng)到刀具切割噪音。開(kāi)孔時(shí)要注意鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保開(kāi)孔機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。開(kāi)孔完畢后，切割噪聲會(huì)降低或停止，動(dòng)力液壓也會(huì)降低，且開(kāi)孔機(jī)和動(dòng)力裝置將更穩(wěn)定，同時(shí)檢查軸標(biāo)尺，是否已經(jīng)達(dá)到深度。完成開(kāi)孔。

為確認(rèn)是否完成開(kāi)孔，改用手搖柄調(diào)節(jié)鉆桿行程，只需將刀具在用手動(dòng)進(jìn)入5-6圈，如能順利進(jìn)入，表明開(kāi)孔已經(jīng)完成，如不能進(jìn)入，說(shuō)明還需繼續(xù)開(kāi)孔。鉆頭鉆通管皮后繼續(xù)下行，鉆頭上“Π”形鋼絲隨之進(jìn)到管皮下，因偏心自重而倒下?lián)踝」芷?，等鉆桿上提時(shí)管皮被帶出，鉆頭上有2道這樣的鋼絲，雙保險(xiǎn)。開(kāi)孔完畢后退回刀具到連箱內(nèi)。完全關(guān)閉閥門(mén)。開(kāi)啟放空閥，釋放連箱內(nèi)的壓力。把開(kāi)孔機(jī)從閥門(mén)上拆除。作業(yè)完成。

4.4 管線封堵加閥

開(kāi)孔作業(yè)完成后，調(diào)整連桿行程到夾板閥上方，關(guān)閉法蘭及夾板閥，拆除開(kāi)孔機(jī)更換為封堵機(jī)。接管連通平衡泄壓孔與封堵機(jī)，待封堵碗兩側(cè)壓力平衡時(shí)，啟動(dòng)封堵機(jī)將主管封堵嚴(yán)密。管線封堵結(jié)構(gòu)圖如下圖5所示。

圖5 管線封堵結(jié)構(gòu)圖

封堵完后卸下與封堵機(jī)聯(lián)箱一側(cè)的耐壓橡膠軟管，改連通管為泄壓管將污油線泄壓，觀察泄壓管的壓力大小，等泄壓管壓力在0.2Mpa以下時(shí)用手動(dòng)軋管刀（比鋼鋸割管節(jié)省了時(shí)間，同時(shí)由于軋管刀力臂大，用力要求較小，也降低了帶壓介質(zhì)噴出傷人的可能性）切斷管線（如圖6所示）加閥。

圖6 管線泄壓、手動(dòng)軋管刀割管圖

4.5 拆除封堵

加閥完成后封堵機(jī)完成任務(wù)，關(guān)閉夾板閥，為方便拆除封堵，再次接通連通管，在封堵碗兩側(cè)壓力平衡時(shí)，提起封堵頭，待封堵頭提到夾板閥上方時(shí)，關(guān)閉法蘭，拆吊夾板閥。

4.6 加盲蓋

在平衡泄壓小孔上擰上管帽。需要指出的是，平衡泄壓小孔開(kāi)完后，仍由小開(kāi)孔機(jī)裝上一個(gè)有外螺紋的小堵盤(pán)，擰在橘黃色球閥下面帶內(nèi)螺紋的管上，堵住管口再擰上帶螺紋的管帽，也是雙保險(xiǎn)，最后卸下施工用的特殊球閥。在對(duì)開(kāi)三通法蘭上方安裝密封墊片及法蘭蓋。帶壓開(kāi)孔、加閥施工完成圖見(jiàn)圖7。

圖7 管線帶壓開(kāi)孔、加閥施工完成圖

4.7 防腐及地貌恢復(fù)

管道開(kāi)孔和加閥作業(yè)完成后，將更改的管道、管件等按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行防腐。待防腐層固化后在加閥位置制作并安裝兩個(gè)閥門(mén)井，其余位置進(jìn)行土方回填，并做好地貌的恢復(fù)。地貌恢復(fù)完成后在地面上設(shè)置埋設(shè)標(biāo)志樁。標(biāo)志樁內(nèi)容包括封堵點(diǎn)管道里程、埋深、法蘭短接數(shù)量。

5 帶壓開(kāi)孔過(guò)程控制

帶壓開(kāi)孔是在管線不泄壓的情況下完成，其鉆孔準(zhǔn)備工作和鉆孔過(guò)程要求非常嚴(yán)格

5.1 對(duì)開(kāi)三通組對(duì)焊接控制

（1）兩條污油線開(kāi)孔位置是錯(cuò)開(kāi)的，便于施工；

（2）對(duì)開(kāi)三通和在一起后尺寸能夠全部包住主管，且對(duì)開(kāi)三通護(hù)板與管道間隙不大于2mm；

（3）對(duì)開(kāi)三通法蘭沿管道軸線方向的兩端到管頂?shù)木嚯x差不應(yīng)大于1mm，對(duì)開(kāi)三通法蘭中軸線與其所在位置管道軸線間距不應(yīng)大于1.5mm；

（4）管件的焊接嚴(yán)禁使用氣焊。對(duì)開(kāi)三通護(hù)板角焊縫焊接時(shí)采用小電流，保證焊接溫度在100℃以下，防止燒穿母管。

5.2 鉆孔及封堵過(guò)程控制

（1） 夾板閥應(yīng)在關(guān)閉狀態(tài)下下吊裝；

（2）注意測(cè)量夾板閥內(nèi)孔與對(duì)開(kāi)三通內(nèi)孔的同軸度，控制在1mm以?xún)?nèi)；

（3）開(kāi)孔機(jī)與開(kāi)孔結(jié)合器、封堵器與封堵結(jié)合器應(yīng)豎直安裝和拆卸；

（4）液壓油站鉆孔施工時(shí)油壓控制在7～8MPa，用手搖柄調(diào)節(jié)鉆桿行程,確保鉆孔過(guò)程平衡；

（5）封堵前確認(rèn)封堵頭堵盤(pán)帶的O 型密封膠圈外形完好，防止密封不嚴(yán)；

（6）封堵機(jī)封堵和拆除封堵時(shí)，都要確保封堵位置前后管以聯(lián)通并達(dá)到壓力平衡，進(jìn)而保證封堵的壓密性和堵拆輕便。

6 工期效益分析

傳統(tǒng)的施工方法是待裝置有機(jī)會(huì)停工或具備臨時(shí)停工時(shí)，吹掃開(kāi)孔管段，進(jìn)行常規(guī)的動(dòng)火切割作業(yè)。采用不停輸帶壓開(kāi)孔，能在不停輸情況下帶壓開(kāi)孔，使裝置同時(shí)維持正常運(yùn)行，減少停產(chǎn)損失。

6.1 工期分析

利用帶壓開(kāi)孔技術(shù)，只用了2d時(shí)間，就把DN250的2臺(tái)閘閥架設(shè)完畢，如果按正常的停車(chē)、吹掃、開(kāi)孔、開(kāi)車(chē)程序，最起碼需要15d，起到了快速有效的作用。

6.2 效益分析

7 帶壓開(kāi)孔技術(shù)擴(kuò)展

表1 帶壓開(kāi)孔與停車(chē)施工效益分析表

帶壓開(kāi)孔，是一種安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效的在線管線維搶修技術(shù)，適用于原油、成品油、化工介質(zhì)、天然氣等多種介質(zhì)管線的正常維修改造和突發(fā)事故的搶修。本文主要介紹了帶壓開(kāi)孔在不停輸?shù)那闆r下加閥門(mén)以利切斷其后的管線的一種情況，實(shí)際生產(chǎn)中用到帶壓開(kāi)孔的情況還很多。在新舊管線碰頭、設(shè)備增加接管，管線擴(kuò)徑、增加旁路，或在裝置的運(yùn)行中，因管線泄漏、堵塞、腐蝕等，需要旁路維持生產(chǎn)并處理故障管線段等，這些都需要帶壓開(kāi)孔作業(yè)。其原理都是相同的，過(guò)程比較復(fù)雜的是故障管線段更換，其工藝示意圖如圖8所示。

圖8 故障管段帶壓更換工藝示意圖

帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)近年來(lái)已經(jīng)被廣泛的認(rèn)可和使用，其開(kāi)孔方法和過(guò)程控制還有待不斷地完善和成熟。本文中介紹的連通管和泄壓管采用耐高壓橡膠軟管代替鋼管減少了動(dòng)火焊接工作量，降低了易燃易爆介質(zhì)燃燒爆炸的可能性；采用自制手動(dòng)軋管刀割管安全快捷，具有不錯(cuò)的實(shí)用性。熟悉帶壓開(kāi)孔封堵原理，在實(shí)踐中配合使用新材料、新設(shè)備、新工藝，在提高安全性、降低成本、環(huán)?？茖W(xué)等優(yōu)勢(shì)的前提下，不斷完善帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)，相信這一技術(shù)在管道搶維修中能夠得到更多的采納和應(yīng)用。

1 曹崇珍，劉格非，賈志方?！朵撝乒艿婪舛录夹g(shù)規(guī)程》[M]；Ⅱ版；北京；石油工業(yè)出版社；2011.7

2 夏節(jié)文，關(guān)一卓，趙喜平。《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[M]；北京；中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.2

3 張西庚，張桂紅，單承家?！妒突び卸?、可燃介質(zhì)鋼制管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》[M]；Ⅳ版；北京；中國(guó)石化出版社；2011.5