磁力開孔設(shè)備在天然氣管道氮氣置換作業(yè)中的應(yīng)用

萬小蕓 羅歡歡 劉 亭

（陜西省天然氣股份有限公司，陜西 西安710016）

1 天然氣管道氮氣置換作業(yè)

1.1 置換的必要性

為確保安全生產(chǎn)，在天長輸管道改線連頭和輸氣場站的投產(chǎn)過程中，一般都選用惰性氣體完全置換天然氣路由管道及設(shè)備，保證動火施工作業(yè)在可控的安全環(huán)境中實施，新投運設(shè)施的空氣置換為天然氣過程中的隔離氣體，其中氮氣以其較高的存在性和性價比成為置換氣體之首選。

1.2 置換方法

1.2.1 直接置換

直接置換法是將天然氣直接通入管道中，天然氣與待投產(chǎn)管道中的空氣直接接觸，直至天然氣完全取代空氣；或用空氣直接通入管道中，空氣與待管道中的殘余天然氣直接接觸，直至空氣完全取代天然氣的置換方法。

1.2.2 間接置換

間接置換是讓惰性氣體先輸入管道內(nèi)，使管道內(nèi)的空氣（或天然氣）完全被取代，然后再將天然氣（或空氣）通入管道直至惰性氣體完全被取代，這種用惰性氣體作為中間介質(zhì)置換的方法稱為間接置換。如圖1。

圖1

1.2.3 隔離置換

在間接置換的條件下，使用隔離設(shè)備或某段充入惰性氣體將天然氣與空氣隔離的置換方法稱為隔離置換。

1.3 置換作業(yè)的氮氣注入途徑分析

1.3.1 預(yù)留口注氮

預(yù)留口注氮是指在天然氣場站或閥室設(shè)計的既有接口和裝置連接注氮，在近幾年來新投運的管線上普遍都留有注氮接口，在需要施工置換的管道最近距離閥室、場站選取注氮位置即可。這種注氮途徑是理想狀態(tài)的，既快捷又安全，但是注氮預(yù)留口的設(shè)置往往考慮概率需求，不能完全滿足每一項施工作業(yè)實際需要。

1.3.2 工藝閥門注氮

在沒有注氮預(yù)留口的的管線和輸氣場站，就需要根據(jù)工藝要求，在離作業(yè)點最近的場站或閥室選取符合條件的閥門，拆卸后，一端封為盲室，另一端連接注氮設(shè)備加注氮氣，這就是采用工藝閥門注氮；優(yōu)點是可以滿足置換要求，但是此注氮接口需要通盤考慮作業(yè)整體需求，做出工藝判斷，決定拆卸閥門，進行復(fù)雜的拆卸過程，封堵盲端等一系列工作，增加了作業(yè)的不確定性，甚至延長作業(yè)時間。

1.3.3 施工點在線開孔注氮

施工點在線開孔注氮是利用專業(yè)的在線開孔設(shè)備，在作業(yè)點附近的管線無火花開孔，快捷注入氮氣的方法；這種方法不僅提高了置換效率，而且還把開孔和注氮過程合二為一，全程無泄漏且濕式作業(yè)，使用不受位置、工藝條件限制，安全有保障。

2 磁力開孔設(shè)備概述

2.1 簡介

磁力開孔設(shè)備采用可調(diào)速單相磁力鉆，全密封帶壓無火花開孔注氮。經(jīng)測試可做到壓力小于0.5Mpa 狀態(tài)下，零泄漏快速安全開孔（DN50 以下）。該設(shè)備主要針對φ426、φ610 兩種規(guī)格長輸管道改線、換管作業(yè)項目的氮氣置換作業(yè)的實施。

2.2 組成

磁力開孔設(shè)備的設(shè)計組件主要包括固定鋼卡條、固定機座、球閥和磁力鉆電機，固定鋼卡條環(huán)繞管道，并通過螺紋固定條固定在固定機座上，磁力鉆電機通過電機平臺固定在固定機座上，接通磁力鉆吸盤開關(guān)，接通磁力鉆電機，速度由低檔緩慢至高檔運行鉆孔，成孔后將鉆頭升至磁力鉆上止點，關(guān)閉密封球閥，鉆孔完成后，緩慢釋放鉆桶內(nèi)的余氣，拆除鉆桶組件，清理鉆桶及球閥上球面鐵屑，安裝配套注氮法蘭，連接注氮裝置進行注氮。如圖2。

2.3 特點

其特點是無機械連接固定，采用電磁力即時吸附固定，位置可根據(jù)現(xiàn)場需求靈活調(diào)整，拆裝方便；開孔速度快，大約3 分鐘；密封性能好，可承壓0.5Mpa ，解決了因閥門內(nèi)漏引起的作業(yè)安全隱患；開孔和注氮一個設(shè)備即可完成；整個鉆孔過程全密封，磁力鉆電機和鉆頭物理隔離，電機所處作業(yè)場所和鉆頭所處開孔部位之間使用動密封填料，不會使管道余氣外泄；整個鉆孔過程采用濕式作業(yè)，保證了鉆孔過程的安全無火花。

圖2

3 磁力開孔設(shè)備使用方法

3.1 使用步驟

3.1.1 選擇沒有焊縫且防腐層光滑的基面，水平安裝對角緊固磁力鉆固定支架，注意硅膠密封板不用涂黃油或密封脂以防側(cè)滑。如圖3。

圖3

3.1.2 安裝緊固截止球閥，閥門應(yīng)在開啟狀態(tài)，緊固完后閥內(nèi)加滿冷卻水（冷卻液），安裝緊固合金鉆頭密封套動與靜密封點。如圖4。

圖4

3.1.3 將磁力鉆置于固定支架平臺上，連接磁力鉆與合金鉆頭密封套以及鉆桿，手動磁力鉆手輪使上止點至下止點使其同心，接通磁力鉆吸盤開關(guān)，接通磁力鉆電機，速度由低檔緩慢至高檔運行，，成孔后將鉆頭升至磁力鉆上止點，關(guān)閉磁力鉆電機電源，關(guān)閉密封球閥。如圖5。

圖5

3.1.4 緩慢釋放鉆桶內(nèi)的余氣，拆除鉆桶組件，清理鉆桶及球閥上球面鐵屑，安裝配套注氮法蘭開始注入氮氣。如圖6。

圖6

3.2 在線開孔設(shè)備解決的問題

3.2.1 長輸管道碰口連頭作業(yè)需氮氣置換，可在施工點附近注氮提高置換效率。

3.2.2 有效的避免了因上下游快速截斷閥內(nèi)漏，導(dǎo)致內(nèi)漏氣體與氮氣混合注入下游管道，下游氣體檢測數(shù)據(jù)不合格，無法在規(guī)定時間內(nèi)施工；既浪費氮氣資源又延長作業(yè)時間，甚至?xí)绊懴掠斡脩粽９狻?/p>

3.2.3 解決了在地勢低洼作業(yè)點，外泄氣體不易擴散，易造成安全生產(chǎn)事故的隱患。

4 使用效果及改進設(shè)想

4.1 使用效果

4.1.1 在線開孔設(shè)備無機械連接固定，采用電磁力即時固定，位置可根據(jù)現(xiàn)場需求靈活調(diào)整，拆裝方便。

4.1.2 整個開孔過程全密封，磁力鉆電機和鉆頭物理隔離，電機所處作業(yè)場所和鉆頭所處開孔之間使用動密封填料，不會使管道余氣外泄。

4.1.3 在線開孔設(shè)備的密封性能好，耐壓可達0.5Mpa，解決了因閥門內(nèi)漏引起的作業(yè)安全隱患。

4.1.4 整個鉆孔過程采用濕式作業(yè)，保證了鉆孔過程的無火花安全。

4.2 尚需改進幾點建議

無固定磁力鉆管道在線開孔器在現(xiàn)場應(yīng)用后，發(fā)現(xiàn)其有如下幾項尚需改：

4.2.1 該設(shè)備現(xiàn)階段只是針對φ426、φ610 兩種規(guī)格進行在線開孔注氮作業(yè)，有其局限性，后續(xù)的應(yīng)從長輸管道規(guī)格系列入手，制作出各種規(guī)格型號的固定卡具和密封件來完善其適用范圍。

4.2.2 在固定卡具的的設(shè)計上，向多功能，多規(guī)格方向發(fā)展，實現(xiàn)一組卡具能適應(yīng)多種管道。

4.2.3 注氮接頭采用法蘭連接，可以改進為快速直插接頭連接方式，提高效率。

5 結(jié)論

隨著天然氣長輸管道建設(shè)和改擴建項目的增多，從“以人為本 安全第一”的角度審視，管道的完全氮氣置換方式將會成為作業(yè)的必須條件，作業(yè)場所的安全與環(huán)保必將會成為企業(yè)的發(fā)展的基礎(chǔ)，筆者就置換的幾種常用方法做了介紹，并闡明其優(yōu)缺點，著重敘述一種新型的管道在線開孔注氮設(shè)備，即磁力開孔設(shè)備在天然氣管道氮氣置換作業(yè)中的應(yīng)用情況，提出了其尚需改進的幾點設(shè)想，意在創(chuàng)新工作。