某輸氣管道工程動(dòng)火方案分析

李東坡 成 磊

新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院(有限公司)，新疆 烏魯木齊 830026

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某輸氣管道工程動(dòng)火方案分析

李東坡 成 磊

新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院(有限公司)，新疆 烏魯木齊 830026

某輸氣管道因擴(kuò)建需進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)，采用TG-NET軟件對(duì)停輸后管存天然氣持續(xù)供氣時(shí)間以及恢復(fù)供氣時(shí)間進(jìn)行分析，確定停輸技術(shù)可行。提出三個(gè)動(dòng)火方案：停輸常規(guī)動(dòng)火、停輸單側(cè)帶壓封堵動(dòng)火、不停輸雙側(cè)帶壓封堵動(dòng)火，并對(duì)三種動(dòng)火方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，得到方案一即停輸常規(guī)動(dòng)火方案為最優(yōu)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況表明采用方案一順利完成了本次動(dòng)火作業(yè)，取得了預(yù)期效果。

天然氣管道；動(dòng)火作業(yè)；動(dòng)火方案；TG-NET；帶壓封堵

0 前言

某輸氣管道是A城市的居民及工業(yè)用氣的重要保障，同時(shí)也分輸供給沿線用戶。由于輸氣管道末站擴(kuò)建，需要在進(jìn)站干線管道上進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)建立聯(lián)絡(luò)管道。為保證沿線用戶的供氣，必須提出合理的動(dòng)火方案，在允許時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)。由于在役管道的動(dòng)火屬于一級(jí)動(dòng)火作業(yè)，動(dòng)火作業(yè)非常危險(xiǎn)，要求動(dòng)火方案的設(shè)計(jì)和操作步驟必須嚴(yán)格控制，并提前做好動(dòng)火作業(yè)的危險(xiǎn)源辨識(shí)及防護(hù)措施，以保證安全作業(yè)[1-5]。根據(jù)國(guó)內(nèi)管道維搶修公司所具備的封堵及動(dòng)火連頭技術(shù)[6-7]，對(duì)本次動(dòng)火提出三個(gè)方案：停輸常規(guī)動(dòng)火、停輸單側(cè)帶壓封堵動(dòng)火、不停輸雙側(cè)帶壓封堵動(dòng)火。

1 動(dòng)火方案

某輸氣管道規(guī)格Φ 1 016×16 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，目前輸量2 800×104m3/d，管道總長(zhǎng)164 km，沿線設(shè)6座閥室、2座站場(chǎng)(首站和末站)，其中2座閥室設(shè)分輸供給沿線用戶，沿線分輸管道末點(diǎn)最小壓力2.0 MPa。由于輸氣管道末站擴(kuò)建，需在進(jìn)站干線管道上建立聯(lián)絡(luò)管道，輸氣管道工藝流程見圖1。

1.1 方案一

方案一，停輸常規(guī)動(dòng)火。常規(guī)動(dòng)火示意圖見圖2。

由圖2可見，關(guān)閉該輸氣管道首站出站閥門并切換流程至復(fù)線工程，同時(shí)關(guān)閉6#閥室截?cái)嚅y門，對(duì)6#閥室至末站管道以及末站站內(nèi)管道進(jìn)行天然氣放空和氮?dú)庵脫Q。放空過程中嚴(yán)格控制排放距離，以保證站場(chǎng)設(shè)備和工作人員的安全[8]。對(duì)于注氮置換，通過目前氮?dú)庵脫Q技術(shù)對(duì)比，考慮到線路截?cái)嚅y有可能內(nèi)漏造成置換時(shí)混氣，無法置換徹底，可采用中間注氮的方法[9-11]。最后關(guān)閉6#閥室閥門以及末站進(jìn)站閥門以作雙閥隔離，經(jīng)檢測(cè)置換合格后方可動(dòng)火。

圖1 輸氣管道工藝流程簡(jiǎn)圖

圖2 常規(guī)動(dòng)火示意圖

動(dòng)火作業(yè)流程：施工準(zhǔn)備→停輸管道→管道放空→6#閥室至站場(chǎng)進(jìn)行氮?dú)庵脫Q→確認(rèn)6#閥室閥門及進(jìn)站閥門關(guān)閉→動(dòng)火點(diǎn)處有毒氣體、可燃?xì)怏w檢測(cè)合格→冷切割管→連頭管段下料、坡口加工→檢測(cè)動(dòng)火點(diǎn)可燃?xì)怏w濃度→對(duì)口焊接→焊道無損檢測(cè)→動(dòng)火結(jié)束。

1.2 方案二

方案二，停輸單側(cè)帶壓封堵動(dòng)火。停輸單側(cè)帶壓封堵動(dòng)火示意圖見圖3。

圖3 停輸單側(cè)帶壓封堵動(dòng)火示意圖

由圖3可見，關(guān)閉該輸氣管道首站出站閥門并切換流程至復(fù)線工程，同時(shí)關(guān)閉末站進(jìn)站閥門，對(duì)末站站內(nèi)管道進(jìn)行天然氣放空和氮?dú)庵脫Q，在進(jìn)站閥門與動(dòng)火點(diǎn)之間進(jìn)行單側(cè)帶壓封堵(防止單閥隔離泄漏)，經(jīng)檢測(cè)置換合格后方可動(dòng)火。

圖4 單側(cè)封堵工藝

單側(cè)封堵工藝見圖4。為防止進(jìn)站閥門泄漏，在進(jìn)站閥門與動(dòng)火點(diǎn)之間進(jìn)行單側(cè)封堵，封堵主要采用帶壓開孔設(shè)備[12]進(jìn)行帶壓開孔。開孔前應(yīng)對(duì)焊接到管道上的管件和組裝到管道上的閥門、開孔機(jī)等部件進(jìn)行整體試壓，試驗(yàn)壓力應(yīng)等于運(yùn)行壓力，最高不超過運(yùn)行壓力的1.1倍，并填寫開孔作業(yè)檢查表[13]。然后在封堵口下封堵頭，同時(shí)在囊孔下封堵囊，封堵完成后動(dòng)火點(diǎn)即實(shí)施動(dòng)火作業(yè)，待新管道與主管道連頭完成后，解除封堵，在封堵口和囊孔加法蘭蓋[14]。

動(dòng)火作業(yè)流程：前期準(zhǔn)備工作→停輸管道→管道放空→站場(chǎng)進(jìn)行氮?dú)庵脫Q→確認(rèn)進(jìn)站閥門關(guān)閉→動(dòng)火點(diǎn)處有毒氣體、可燃?xì)怏w檢測(cè)合格→焊接三通、短節(jié)→安裝閥門→組裝開孔機(jī)，開孔→管道封堵→下隔離囊→機(jī)械(無明火)斷口→冷切割管→連頭管段下料、坡口加工→檢測(cè)動(dòng)火點(diǎn)可燃?xì)怏w濃度→對(duì)口焊接→焊道無損檢測(cè)→解除封堵→安裝加蓋盲板→動(dòng)火結(jié)束。

1.3 方案三

方案三，不停輸雙側(cè)帶壓封堵動(dòng)火。不停輸雙側(cè)帶壓封堵開孔動(dòng)火示意圖見圖5。

由圖5可見，管線不停輸，在動(dòng)火點(diǎn)前后進(jìn)行帶壓開孔并采用臨時(shí)管線替代輸送，同時(shí)對(duì)動(dòng)火點(diǎn)前后進(jìn)行封堵實(shí)施動(dòng)火作業(yè)[15-16]。

采用不停輸封堵工藝對(duì)主管道進(jìn)行切割改造。先將動(dòng)火點(diǎn)兩端分別用旁通管道接通，采用旁通管道輸送介質(zhì)，然后封堵主管道，主管道上被封堵段即可進(jìn)行動(dòng)火施工作業(yè)，待新管道與主管道連頭完成后，解除封堵，切換至新管道正常輸送，最后將旁通撤除[17]，不停輸雙側(cè)封堵工藝見圖6。

圖5 不停輸雙側(cè)帶壓封堵開孔動(dòng)火示意圖

圖6 不停輸雙側(cè)封堵工藝

動(dòng)火作業(yè)流程：前期準(zhǔn)備工作→焊接三通、短節(jié)→安裝閥門→組裝開孔機(jī)，開孔→旁通線預(yù)制、打壓、安裝→管道封堵→動(dòng)火段管道排空、置換→下隔離囊→機(jī)械(無明火)斷口→管道連頭→焊縫檢測(cè)→動(dòng)火完成后管道通氣→解除封堵→旁通線置換、拆除→安裝塞柄，加蓋盲板→管道、短節(jié)防腐→動(dòng)火結(jié)束。

2 方案分析

方案一和方案二將對(duì)管道進(jìn)行停輸，目前管道有兩處分輸管道供給沿線用戶，需分析停輸后管存天然氣對(duì)沿線用戶的供氣持續(xù)時(shí)間以及恢復(fù)供氣時(shí)間。而方案三不停輸，因此，三種方案在時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上有差異，需對(duì)提出的三種方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

2.1 管存天然氣狀態(tài)分析

停輸后管存天然氣的持續(xù)供氣及恢復(fù)供氣的過程處于非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況，利用TG-NET對(duì)運(yùn)行參數(shù)變化情況進(jìn)行模擬計(jì)算[18-19]，得到可靠的優(yōu)化方案。

2.1.1 方案一

根據(jù)方案一內(nèi)容，在TG-NET中建立分析模型，見圖7。

圖7 TG-NET分析模型

根據(jù)TG-NET管網(wǎng)模型，在腳本文件中設(shè)定管道停輸時(shí)首站供氣輸量為0，同時(shí)6#閥室閥門關(guān)閉；以用戶1、用戶2的最低要求壓力2 MPa為緊急報(bào)警值，對(duì)管道停輸后110 h內(nèi)管道各參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，在動(dòng)態(tài)輸出報(bào)告中查看出現(xiàn)報(bào)警的時(shí)間，即可確定停輸后管存天然氣持續(xù)供氣時(shí)間。通過分析，用戶1、用戶2在管線停輸后的壓力變化趨勢(shì)見圖8。

由圖8可知，最先達(dá)到報(bào)警值的為用戶1，時(shí)間97 h。

圖8 停輸后各用戶壓力變化趨勢(shì)

但是，由于在動(dòng)火過程中盡量保證對(duì)用戶1、用戶2持續(xù)供氣，而且恢復(fù)供氣升壓也需要時(shí)間，因此除要分析管道停輸后產(chǎn)生緊急低壓報(bào)警的時(shí)間，還應(yīng)分析動(dòng)火結(jié)束后最遲什么時(shí)間開始供氣，才不會(huì)產(chǎn)生緊急低壓報(bào)警。為此，在TG-NET里通過腳本文件中重復(fù)修改恢復(fù)供氣時(shí)間，進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，得出在停輸后95 h恢復(fù)供氣不會(huì)產(chǎn)生低壓報(bào)警，壓力趨勢(shì)模擬結(jié)果見圖9。

圖9 方案一停輸及恢復(fù)供氣壓力變化

由圖9可知，在95 h時(shí)恢復(fù)供氣最低壓力不會(huì)低于2 MPa，因此為保證管道停輸不影響沿線用戶的正常生產(chǎn)，方案一從停輸至恢復(fù)供氣時(shí)間為95 h。

2.1.2 方案二

方案二TG-NET分析管網(wǎng)模型與方案一分析模型一致，見圖7。在腳本文件中設(shè)定管道停輸時(shí)首站供氣輸量為0，同時(shí)設(shè)定末站進(jìn)站閥門關(guān)閉；以用戶1、用戶2的最低要求壓力2 MPa為緊急報(bào)警值；此外在腳本文件中同時(shí)設(shè)定恢復(fù)供氣，并對(duì)管道停輸以及供氣的120 h內(nèi)管道各參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，得出在停輸后110 h恢復(fù)供氣不會(huì)產(chǎn)生低壓報(bào)警，壓力變化趨勢(shì)模擬結(jié)果見圖10。

圖10 方案二停輸及恢復(fù)供氣壓力變化

由圖10可知，為保證管道停輸不影響沿線用戶的正常生產(chǎn)，方案二從停輸至恢復(fù)供氣時(shí)間為110 h。

2.2 工程量分析

方案一、二、三實(shí)施的主要工程量對(duì)比見表1，本次動(dòng)火作業(yè)是某輸氣管道擴(kuò)建的一部分并非單獨(dú)項(xiàng)目，因此不對(duì)其前期準(zhǔn)備及常規(guī)施工作業(yè)的工程量進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，表1中只列出需要在正常作業(yè)條件以外需增購(gòu)物資(如液氮)或委托有相關(guān)資質(zhì)的單位進(jìn)行施工作業(yè)(如帶壓封堵)作為影響因素進(jìn)行分析。

2.3 綜合分析

通過管存天然氣氣量對(duì)沿線用戶供氣時(shí)間以及三種方案的綜合對(duì)比分析，得到各項(xiàng)對(duì)比資料見表2。

表1 各方案主要工程量對(duì)比表

項(xiàng)目方案一方案二方案三備注液氮/m39550-天然氣損耗/m366.566.50天然氣價(jià)格按氣田成本價(jià)計(jì)算單側(cè)帶壓封堵否是否包括施工機(jī)具、氮?dú)庵脫Q、帶壓開孔、帶壓封堵雙側(cè)帶壓封堵否否是包括施工機(jī)具、氮?dú)庵脫Q、帶壓開孔、帶壓封堵總費(fèi)用/萬元142.5220.5380帶壓?jiǎn)蝹?cè)封堵、帶壓雙側(cè)封堵費(fèi)用參考維搶修公司報(bào)價(jià)、液氮根據(jù)當(dāng)?shù)刂频緢?bào)價(jià)作業(yè)時(shí)間/h72102-參考西氣東輸施工經(jīng)驗(yàn)計(jì)算作業(yè)時(shí)間[20]:6#閥室—末站天然氣放空及置換時(shí)間約24h,站內(nèi)氮?dú)庵脫Q時(shí)間約6h,單側(cè)封堵施工時(shí)間約48h,切割+焊接+檢測(cè)約48h

表2 各方案綜合分析表

項(xiàng)目方案一方案二方案三作業(yè)時(shí)間/h72102-允許停輸時(shí)間/h95110-總費(fèi)用/萬元142.5220.5380安全性安全安全安全優(yōu)點(diǎn)費(fèi)用低,停輸時(shí)間可滿足動(dòng)火,安全性好,動(dòng)火時(shí)間較方案二充裕停輸時(shí)間可滿足動(dòng)火不停輸管線缺點(diǎn)作業(yè)時(shí)間較緊湊作業(yè)時(shí)間緊湊;費(fèi)用較高;管線為埋地,動(dòng)火作業(yè)結(jié)束后會(huì)有3處法蘭蓋遺留在管線上,后期有泄漏隱患費(fèi)用太高;管線為埋地,動(dòng)火作業(yè)結(jié)束后會(huì)有6處法蘭蓋遺留在管線上,后期有泄漏隱患

通過表2的綜合分析及管道運(yùn)行情況，建議選擇方案一。對(duì)于方案一存在作業(yè)時(shí)間比較緊湊的問題，可以通過前期充分的準(zhǔn)備工作以及詳細(xì)的工序計(jì)劃作業(yè)，保證在允許停輸時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)。

3 結(jié)論

對(duì)某輸氣管道末站動(dòng)火作業(yè)提出三種動(dòng)火方案：停輸常規(guī)動(dòng)火、停輸單側(cè)帶壓封堵動(dòng)火、不停輸雙側(cè)帶壓封堵動(dòng)火。通過采用TG-NET對(duì)停輸后管存天然氣持續(xù)供氣時(shí)間進(jìn)行分析可知，方案一和方案二作業(yè)時(shí)間都滿足管道停輸時(shí)間而不影響沿線用戶供氣。綜合對(duì)比，方案一具有費(fèi)用小、停輸時(shí)間可滿足動(dòng)火作業(yè)、安全性好的特點(diǎn)；而方案二和方案三會(huì)留下泄漏隱患，從長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的角度考慮選用方案一。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況選用方案一順利完成了動(dòng)火作業(yè)。

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2015-08-22

李東坡(1989-)，男，四川南部人，助理工程師，學(xué)士，主要從事油氣儲(chǔ)運(yùn)研究與設(shè)計(jì)工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.01.008