低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置的研發(fā)

呂云青

摘? ? 要：為解決低壓球墨管連接器施工法法與旁通管施工法的弊端，創(chuàng)新性的研發(fā)低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置及對其今后的應用的一些討論。

關鍵詞：不停輸;旁通

1? 前言

近年來，天然氣作為一種清潔能源已走進了千家萬戶，人們對天然氣的需求與日俱增。居民的生活，工業(yè)的發(fā)展也都離不開它。從前，因施工工藝落后，部分管線作業(yè)如鑲接、搶修等需要進行停氣施工，而一旦停氣，不僅會給居民帶來不便，也會給企業(yè)帶來損失。因此，為了減小對周邊環(huán)境造成的影響，燃氣施工企業(yè)的施工工藝和技術也在不斷改進。不停輸施工工藝便在這樣的背景下應運而生。

2? 不停輸施工工藝

2.1? 不停輸施工工藝的定義

不停輸施工是指在保證原有管道下游正常用氣的情況下，對現(xiàn)有管道進行改造、搶修、鑲接等施工的工藝。它具有安全、可靠、影響范圍極小的特點，目前在城市燃氣施工、不可停氣重點區(qū)域施工中廣為使用。

2.2? 低壓球墨管不停輸施工工藝

目前，低壓球墨管不停輸施工工藝主要采用連接器施工法或者旁通管施工法。

2.2.1? 連接器施工法

連接器施工法主要用于新老管道鑲接。其施工方法是：在老管道上安裝連接器，將新舊管道通過連接器呈90°異面連接。再用工具從連接器頂部將老管道上壁打穿，從而將舊管道氣體引入新管道的施工方法。

該方法存在的弊端：（1）新舊管道需呈90°對接且新管道位于舊管道的平面上方，如遇舊管道埋深較淺的情況，新管道會出現(xiàn)埋深不符合設計要求甚至無法施工的情況。（2）連接器因口徑比舊管道小會造成縮徑，對管線供氣會造成一定影響。（3）連接器作為永久性使用材料無法回收。

2.2.2? 旁通管施工法

旁通管施工法主要適用于短距離、臨時性的施工，如鑲接、搶修、小范圍的舊管改造等。其施工方法是：球墨管上對稱開孔，加裝旁通管道，將原管道內(nèi)氣體介質(zhì)通過旁通管引入下游。旁通管道兩內(nèi)側鉆孔封阻氣袋，阻氣袋間進行局部施工。施工完畢后拆除阻氣帶及旁通管，開孔處用柔性管塞封閉。

該方法存在的弊端：（1）鉆孔完畢移除鉆孔設備直至完成加裝旁通管道這段時間內(nèi)，由于原管道仍處于運行狀態(tài)，鉆孔處不斷有燃氣外泄，有重大隱患，不利于文明施工，施工人員帶氣操作，危害職業(yè)健康。（2）施工人員不按規(guī)范操作，采用PE管直接插入打孔處作為旁通管，縫隙處僅稍做封堵。（3）由于旁通管口徑遠小于原管管徑，所能提供的流量有限，不能達到原有管道輸送要求，固一般只能在用氣量處于低谷時采用，有的甚至會導致供氣不足無法采用該方法。

3? 低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置研發(fā)的目的和意義

3.1? 目的

低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置研發(fā)的目的就是為了解決連接器施工法和旁通管施工法存在的問題，為低壓球墨管不停輸施工工藝提供一種新的施工方法。

3.2? 意義

上海由于歷史原因，地下管存在一定數(shù)量的上世紀80年代及更早以前敷設的承插式灰口鑄鐵管道。2012年～2014年，上海展開了為期3年總計338km的燃氣隱患管網(wǎng)改造市府民生工程。通過這一時期的改造，灰口鑄鐵管道基本已改造為材質(zhì)更優(yōu)質(zhì)的球墨鑄鐵管道。2019～2021年上海市政府新的一輪3年隱患管網(wǎng)改造工程再次啟動。另一方面，停氣施工目前也受到了客觀條件的制約，如工程建設高峰時期，停氣鑲接申請眾多，有時因輸配部門人手不夠，部分申請不得不延后，影響到了正常通氣。這些都表明不停輸施工工藝在今后燃氣建設中發(fā)揮的重要性，以及低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置研發(fā)的必要性和重要意義。

4? 低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置的組成構造及功能介紹

不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置主要由管道固定夾具、柔性旁通管、中央控制系統(tǒng)、鉆孔設備等組成。

4.1? 管道固定夾具

管道固定夾具是成對使用，主要是將金屬夾具固定在管道上方，在夾具的上表面形成水平的操作面。鉆機安裝、固定、鉆孔等操作都在夾具上表面的水平操作面上進行。管道固定夾具是通過操作轉輪旋轉帶動蟹鉗式夾具張開或閉合以便進行固定。夾具與管道間設有橡膠墊用于密封夾具與管道間的縫隙，使整個鉆孔、供氣過程處于密封狀態(tài)。

夾具根據(jù)不同管道口徑規(guī)格有所不同，如DN100、DN150、DN200規(guī)格球墨鑄鐵管采用同一規(guī)格夾具。在固定DN100、DN150規(guī)格球墨管時，只需正常操作即能滿足固定要求，固定DN200規(guī)格球墨管時，可將夾具蟹鉗式夾具第三節(jié)手動拆卸，以便增大咬合直徑，從而達到固定DN200球墨管的目的。同一種規(guī)格夾具可適用三種規(guī)格管徑，具有一定通用性。

4.2? 柔性旁通管

柔性旁通管的作用主要是連接管道固定夾具上的旁通管接口與中央控制系統(tǒng)。旁通管采用金屬柔性管道，類似燃氣灶具前的金屬軟管，接口采用螺紋接口，六角形螺母內(nèi)襯墊橡膠圈密封，與夾具上旁通管接口的絲口相匹配。旁通管采用2寸大小。

4.3? 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)由檢測儀表、風機系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)三部分。檢測儀表有壓力表和流量表，監(jiān)控氣體壓力及流量。實時將數(shù)據(jù)傳輸至智能化控制系統(tǒng)。智能化控制系統(tǒng)通過儀表輸入的數(shù)據(jù)進行分析，如下游壓力及流量小于所設定數(shù)值，則控制系統(tǒng)自動調(diào)整風機系統(tǒng)增加輸送能力。智能化控制系統(tǒng)帶可視化的液晶操作面板，所有參數(shù)、系統(tǒng)運行狀態(tài)都在屏幕上實時顯示。

4.4? 鉆孔設備

目前，燃氣管道鉆孔設備仍采用較為老式的設備機型，利用鏈條拴綁管道固定鉆機，安裝拆卸都較為費時。而不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置上的新型鉆機采用的是磁座鉆機，鉆機刀頭直接固定密封安裝在管道固定夾具的密封倉內(nèi)，鉆機安裝只需將鉆機對準刀頭，直接通過磁性吸附在夾具操作面上即能完成安裝步驟，省時省力。老式鉆孔設備工作效率也十分低下。以DN150球墨管為例，鉆機安裝完畢后，啟動機器至鉆孔結束，耗時大約在15min。而新型鉆機從啟動至鉆孔結束用時只需15s，工作效率大大提高。

考慮到燃氣管線作業(yè)屬于易燃易爆高危環(huán)境作業(yè)，鉆孔機的鉆頭是封閉在密封倉內(nèi)工作，將管道內(nèi)的燃氣與外界空氣完全隔絕，形成密閉空間，保證了施工的安全。另一方面，鉆機的刀頭是空心設計，切削下的球墨管片留在刀頭內(nèi)，鉆孔產(chǎn)生的部分雜質(zhì)仍留在密封倉內(nèi)。施工完畢后，將夾具拆除，外接氣動裝置于密封倉接口，啟動氣動裝置即可將密封倉內(nèi)雜質(zhì)吹出而無需拆卸清理，節(jié)省了事后機具清潔的時間。

4.5? 堵口零件

堵口零件是用于拆除管道上的夾具后，封堵管道孔洞的配件。主要分為兩類：一類是臨時性的封堵零件，用于松開夾具后，臨時性封堵孔洞，起到防止燃氣外泄的作用。另一類是永久性封堵零件，用于最終密封孔洞。

臨時性的封堵零件是一塊表面積略大于孔洞面積且與管材外徑弧度一致的強磁性材料。當夾具松開，抽去夾具下的橡膠密封墊，用磁性的臨時封堵零件封堵孔洞后，操作人員可安全將夾具拆除。

永久性封堵零件主要是由錐度螺絲、密封圈、鎖舌構成。永久性封堵零件的作用原理是通過順逆時針旋轉錐度螺絲，使得鎖舌彈出或收起，起到鎖止作用。使用方法是將臨時性封堵零件移除，將鎖舌收起的永久性封堵零件塞入孔洞，旋轉錐度螺絲，彈出鎖舌鎖緊。

5? 不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置操作工藝流程

不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置操作工藝流程可大致概括為：

（1）清理工作面→（2）根據(jù)管道口徑選擇適合的管道固定夾具與刀頭→（3）安裝夾具→（4）安裝鉆孔機→（5）鉆孔（用于塞阻氣袋）→（6）松開夾具用臨時性封堵零件封堵孔洞→（7）將夾具移至上游（下游）安裝固定→（8）卸去旁通接口處管蓋安裝柔性旁通管→（9）連接中央控制系統(tǒng)→（10）設置運行參數(shù)→（11）鉆孔（使燃氣進入旁通裝置）→（12）移除臨時性封堵零件塞入阻氣袋→（13）開啟中央控制系統(tǒng)同時阻氣袋充氣至隔斷氣源→（14）兩阻氣袋間進行正常施工→（15）拆除阻氣袋關閉中央控制系統(tǒng)→（16）永久性封堵零件封堵阻氣袋處孔洞→（17）松開夾具塞入臨時性封堵零件→（18）拆除夾具、鉆孔機、柔性旁通管及中央控制系統(tǒng)→（19）永久性封堵零件替換臨時性封堵零件封堵孔洞→（20）密封倉氣動裝置接口接氣動裝置吹掃→（21）施工完畢

注：步驟（3）-（9）、（11）-（13）、（15）-（19）管道兩端對稱同時進行。

6? 低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置的應用

6.1? 適用范圍

低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置適用于壓力≤5Kpa球墨（或灰口）鑄鐵燃氣管道不停輸施工。裝置適用管徑原則上可適用于任何管徑，但上海地區(qū)低壓球墨管DN300及以下占絕大多數(shù)，所以目前研發(fā)的裝置主要針對DN300口徑及以下。適用球墨管口徑及相應鉆孔孔徑關系如表1。

6.2? 應用

低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置其實是目前旁通法施工的升級改進。為了使施工過程變得更標準化，更規(guī)范化，更環(huán)保、更安全，減少操作人員吸入大量燃氣，提高職業(yè)病預防水平，是更優(yōu)異的一種施工方法。同時，它能替代目前的連接器施工法，節(jié)省連接器等材料的消耗，不會因縮徑而造成流量減少，也不會因新管道埋設過淺而存在安全隱患，是更為經(jīng)濟、可靠、安全的施工方法。

低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置將可應用于短時間、小范圍的燃氣管線不停輸改造、鑲接、搶修施工。對于停氣鑲接工作而言，施工單位往往需要在規(guī)定的短時間內(nèi)完成，如遇到意外情況無法在規(guī)定時間內(nèi)通氣將造成巨大影響。如果應用該裝置后，無需擔心停氣造成的負面影響，大大減輕了施工單位的壓力，從而提升服務質(zhì)量。對于搶修工程來說，采用的最多的是用夾具封堵漏點。但即便是這樣，損壞管段仍然存在，最徹底的辦法還是更換該管段，而低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置施工法就是最好的解決辦法，它是對損壞管段進行臨時堵漏后正式換管前采用的一種不停輸?shù)氖侄?。對于管線長度相對較長的低壓舊管改造項目可化整為零，采用此法分段實施，每日完成一段恢復一段，逐日推進。以前對于有支管的舊管改造需搭設臨時管，臨時管露出地面需采取加固或埋地等安全保護措施，從施工開始一直持續(xù)到結束，即不美觀又不安全。而如能采用新的施工方法，即能省去了搭設臨時管的支出，又確保了安全，對于不便搭設臨時管的情況，給出了一種新的解決辦法。

7? 總結

低壓不停輸旁通壓力調(diào)節(jié)裝置是一種全新的裝置，如果研發(fā)成功，會進一步完善低壓不停輸工藝，將對上海的燃氣管線建設帶來巨大幫助。目前，上海煤氣第一管線工程有限公司市南分公司已正式立項，將其作為2018～2019年科研項目，項目進行到試制樣品階段，讓我們拭目以待最終的成果并將其推廣應用到實際應用，為我國的燃氣事業(yè)不斷添磚加瓦。