基于管線不停輸帶壓開孔技術(shù)的安全分析

吳國勝

摘要：帶壓開孔技術(shù)是介質(zhì)管線維修中常用的技術(shù)，但是受到各種因素的影響，帶壓開孔技術(shù)在運行的過程中存在著一定的安全隱患，為了有效的規(guī)避這些問題，文中對帶壓開孔技術(shù)過程中涉及到影響安全因素進(jìn)行了深入分析，并提出了對應(yīng)的安全措施。

關(guān)鍵詞：帶壓開孔技術(shù)；安全影響因素；在線焊接

帶壓開孔技術(shù)是一種安全、環(huán)保、經(jīng)濟、高效的在役管線維搶修技術(shù)。我國擁有豐富的能源資源，近些年來，原油、天然氣等能源開采產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，帶壓開孔技術(shù)也在介質(zhì)管線維修和突發(fā)事件搶修的過程中發(fā)揮了重要的作用。帶壓開孔技術(shù)是指在管道和容器上制造接口的一種方法，在開孔操作過程中，管道和容器處于承壓或使用狀態(tài)下。管線開孔技術(shù)可能會受到管線介質(zhì)、壓力、壁厚情況、流動動態(tài)等影響，從而埋下一定的安全隱患，因此如果不能做出合理的技術(shù)處理可能會對相關(guān)人員及整體工程均造成嚴(yán)重的損失?？梢?，對帶壓開孔技術(shù)在役焊接以及開孔施工操作過程中的安全問題進(jìn)行分析十分必要。

一、帶壓開孔技術(shù)在役焊接的安全分析

首先，在金屬材質(zhì)上進(jìn)行焊接的過程中，焊接位置的溫度會持續(xù)上身，這將會直接降低材料的強度，如果焊接過程中材料已經(jīng)完全融化，那么這部分材料就會完全失去承載能力，此時在焊接應(yīng)力以及介質(zhì)壓力的作用下，焊接范圍內(nèi)未進(jìn)行焊接操作的位置就會發(fā)生燒穿現(xiàn)象。從分析中可以看出，焊接過程中的高溫是導(dǎo)致燒穿的原因之一，而焊接管道的壁厚也是原因之一，即使達(dá)到一定溫度，而壁厚足夠，也不容易發(fā)生燒穿問題。經(jīng)驗表明，在焊接過程中，當(dāng)焊接操作對管道的熱輸出達(dá)到980度以上時，就會存在燒穿等風(fēng)險，此時如果管道的壁厚不足6.4mm，燒穿發(fā)生的幾率就會進(jìn)一步增加。但是由于施工情況的不同，管道壁厚很難均控制的6.4mm以上。因此壁厚不同，焊接過程中使用的技巧和方法也有所不同，比如，壁厚不足6.4mm時，可以在第一個焊接道內(nèi)使用直徑小于2.4ram的焊條，因為直徑小的情況下焊接輸出的熱量也相對較??；當(dāng)壁厚超過6.4mm但是未超過12.8mm時，可適當(dāng)?shù)脑黾雍笚l直徑至3.2mm；當(dāng)壁厚超過12.8mm時，一般不容易發(fā)生燒穿問題。

在役焊接的過程中，如果接縫位置存在的氫元素達(dá)到了一定的濃度，焊接的接頭存在淬硬傾向且接頭承受了一定的拘束應(yīng)力，此時極易引起氫致裂紋問題。氫致裂紋是在上述三種因素的共同作用下出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。因此，想要避免這種問題的出現(xiàn)，就一定要避免上述三個因素的出現(xiàn)，或是至少消滅其中的一項因素。因此，對氫致裂紋進(jìn)行安全分析應(yīng)該從三方面入手。其一，關(guān)于焊接縫中的氫含量的問題。

在焊接過程中，管道介質(zhì)內(nèi)部可能存在一定的氫化合物，或者焊接材料、焊接坡口位置可能會附著一定量的有機物。為了避免這個問題，在進(jìn)行焊接超過的過程中，如果發(fā)現(xiàn)管線可能存在氫類化合物，需要盡量避免進(jìn)行管線焊接。對于其他含氫的位置，技術(shù)人員需要進(jìn)行細(xì)致的清理，必要情況下可以使用低氫焊接技術(shù)將焊縫中的含氫量控制在合理范圍之內(nèi)；其二是關(guān)于焊接接頭的淬硬傾向問題，在役管道焊接的過程中，管內(nèi)介質(zhì)的流動速度有所提升，此時管壁的散熱速度就會增加，這樣一來，焊接接頭的冷卻時間就會縮短，焊接接頭中的碳含量較高，在遇到這種情況時，就會在熱影響區(qū)出現(xiàn)淬硬組織，繼而加大開裂問題發(fā)生的風(fēng)險。為此，相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)中明確指出，在役管道焊接的過程中，如果管道的壁厚不足12.8mm的情況下，需要嚴(yán)格控制管道內(nèi)的液體流動速度，流速最大不能超過每秒5米，氣體流速不得超過每秒10米。此外，在進(jìn)行焊接操作的過程中，技術(shù)人員有必要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整工藝參數(shù)，以此保證焊接輸出的熱量不會對介質(zhì)的流動產(chǎn)生其他影響。操作過程中，焊道以及焊接順序安排的合理性也會直接影響接頭的淬硬程度，因此可以使用焊道熔敷順序的回火效應(yīng)將熱影響區(qū)的硬度控制在合理的范圍之內(nèi)；其三是關(guān)于焊接接頭承受的拘束應(yīng)力的相關(guān)問題。在役管道焊接的過程中，一般使用焊接之前以及焊接之后預(yù)熱的方式加以控制，此外，焊道順序的合理控制以及焊接安裝過程中裝配操作的合理性等有可以實現(xiàn)對拘束應(yīng)力的有效分散。

最后，在役管道焊接過程中焊接管道的介質(zhì)也容易引起一定的安全問題。為了保證焊接操作的安全性，施工人員首先需要明確管道內(nèi)的液體或是氣體的主要成分，了解其是否存在爆炸風(fēng)險性，如果管道內(nèi)的物質(zhì)受熱后可能引起爆炸，則最好取消焊接操作。經(jīng)驗表明，管道中存在以下幾種氣體時，均不適宜進(jìn)行焊接操作：氧氣、富氧空氣、氯化物、不飽和烴類氣體、壓縮空氣。

二、帶壓開孔操作過程中的安全分析

帶壓開孔技術(shù)的超過過程中，其安全性受到多種因素的影響，筆者結(jié)合以下經(jīng)驗總結(jié)如下。

其一，帶壓開孔技術(shù)設(shè)備的重量，帶壓開孔操作的過程中，需要將設(shè)備安裝在管線上，由于設(shè)備本身存在著一定的重量，此時管道的支撐結(jié)構(gòu)就要幫助分散一部分來自于開孔設(shè)備的重量，如果設(shè)備的重量較輕，那么管道支撐結(jié)構(gòu)的壓力也就相對較小，反之，如果設(shè)備較重，那么就會給管道承重結(jié)構(gòu)造成較大的影響。為此，開孔技術(shù)施工過程中，一般以軸向尺寸以及質(zhì)量輕的設(shè)備為最佳選擇。另外，由于開孔的需求和方向不同，所需注意的事項也各不相同。比如，在水平方向上開孔時，就需要安置一個支架來支撐鉆孔工具，這可以將管道焊縫橫向上的承受力盡可能的縮??；在垂直方向上進(jìn)行開孔操作的過程中，如果施工管道范圍無法承受開孔機器、閥門等設(shè)備的質(zhì)量，可以在管道上增加臨時的支撐結(jié)構(gòu)。

其二，帶壓開孔技術(shù)的安全性可能會受到施工過程中產(chǎn)生的鐵屑的影響。在使用開孔機筒進(jìn)行管線刀削的過程中，可能會產(chǎn)生大量的鐵屑，這些鐵屑可能會對開孔技術(shù)的下游器械設(shè)備、儀表設(shè)備等造成一定的影響，也會對開孔操作的合理性造成一定的影響。比如在垂直方向向下端開孔時，產(chǎn)生的鐵屑將會直接的進(jìn)入管道，在工藝介質(zhì)的作用下，這些鐵屑將會被帶入到下游器械或者是儀表設(shè)備中，對其正常的運行狀態(tài)造成一定的影響；在水平開孔的過程中，鐵屑將會在水平方向上產(chǎn)生堆積，這時會加大道具切削的阻力，從而導(dǎo)致筒刀切屑刃損壞。如果處理不及時，甚至?xí)?dǎo)致開孔機無法拆卸。

為了解決鐵屑產(chǎn)生的問題，在垂直防線上開孔時，建議將位置選擇在過濾器的上游管線，此時大部分鐵屑將會落入到筒刀中，降低對各種精密設(shè)備的影響。在水平方向開孔時，有必要適當(dāng)增加開孔筒刀的前角和后角。此外，經(jīng)驗表明，操作過程中適當(dāng)?shù)恼{(diào)整進(jìn)刀量也可改變鐵屑的厚度和長度。

其三，帶壓開孔施工的過程中，有時刀具可能會被卡住，設(shè)備主軸無法轉(zhuǎn)動，這也就是所謂的悶車。在筒刀轉(zhuǎn)動的過程中，一開始接觸管壁使，只有部分刀頭在受力的狀態(tài)下，在這種情況下，如果材料硬度較大，就會出現(xiàn)悶車。另外，如果筒刀切頭管壁過程中的落料即將成型，也可能會出現(xiàn)悶車。一旦出現(xiàn)悶車問題，不可以馬上停止開孔機器，而是需要提高整個工作系統(tǒng)的液壓壓力，遵照一定的技術(shù)步驟完成切屑。此外，在開孔操作過程中，最好不要在開孔機的直徑上限作業(yè)。

其四，帶壓開孔操作過程中可能會出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，這主要是因為各種設(shè)備、閥門、開孔機轉(zhuǎn)盤均存在介質(zhì)泄漏的風(fēng)險。為了防止這個問題，在施工之前，最好仔細(xì)檢查開孔設(shè)備、閥門等是否具有良好的密封性。確定其不會發(fā)生泄漏時候方可進(jìn)行開孔施工。有時，施工人員也會進(jìn)行靜壓力測試來檢查設(shè)備的泄漏情況。

結(jié)語：

綜上所述，帶壓開孔技術(shù)在石油、天然氣等產(chǎn)業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用，對于相關(guān)產(chǎn)業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展以及國家經(jīng)濟的穩(wěn)定性均具有重要作用，然而目前階段內(nèi)還存在著較多因素影響著帶壓打孔技術(shù)的安全性，文中的相關(guān)原因分析和措施闡釋希望可以為相關(guān)工作人員提供有益的借鑒與參考。