淺談管道不停輸開孔封堵技術(shù)

吳 金

中國天辰工程有限公司施工管理部 天津 300400

阿布扎比原油管線項目集油站工程需要將新建集油管線與舊輸油管線進(jìn)行碰頭施工，涉及管線規(guī)格為24 寸及36 寸，若采用停產(chǎn)改造，對阿聯(lián)酋原油的出口會造成很大的影響，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。因此，改造過程采用了雙側(cè)雙封不停輸開孔封堵技術(shù)，將損失降為零。本文以管線MOL1(24 寸)不停輸封堵為例，對其施工流程做簡要說明。

1 管道不停輸開孔封堵原理及施工流程

1.1 簡要原理

管道不停輸開孔封堵技術(shù)（俗稱帶壓開孔Hot Tapping），是在不停止管道生產(chǎn)運行的情況下，對需要進(jìn)行改造、維修作業(yè)的管道進(jìn)行開孔封堵，建立旁通管線，將改造部位與原管道系統(tǒng)隔離，從而達(dá)到在線改造維修的目的。

在整個輸油管道不停輸開孔封堵過程中，開孔、封堵和旁通管線的建立是管道不停輸開孔封堵施工的三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)。開孔為旁通管線的建立及封堵的實現(xiàn)提供前提條件；封堵將改造管段從原管線中隔離出來，從而能夠?qū)ζ溥M(jìn)行改造；旁通管線的建立，則臨時替代改造管段進(jìn)行原油輸送，使實現(xiàn)不停輸封堵成為可能。上述過程中，開孔及封堵設(shè)備具有關(guān)鍵作用。

1.2 施工主要機具

（1）開孔設(shè)備包括開孔液壓機、刀具連接器、開孔刀具、中心鉆、三明治閥、防漲圈和中心定位裝置。

（2）封堵設(shè)備包括封堵液壓機、封堵連接器、封堵頭和隔離囊。

（3）其他設(shè)備包括半剖式三通、壓力平衡口管接件等。

開孔設(shè)備和封堵設(shè)備都有比較高的密封性能和耐壓性，根據(jù)封堵頭型式，可分為懸掛式封堵、桶式封堵、折疊式封堵和囊式封堵。本項目采用了懸掛式封堵型式。

1.3 管道不停輸開孔封堵流程簡述

管道不停輸開孔封堵流程見圖1。

1.3.1 勘察現(xiàn)場

詳細(xì)勘測管道的具體參數(shù)，包括管道材質(zhì)、外徑、壁厚、工作溫度、工作壓力及輸送介質(zhì)特性、流量、管道內(nèi)腐蝕狀況。根據(jù)所得的參數(shù)進(jìn)行判斷，確定連接件選用材料，開孔封堵的位置，旁通管線的用料及用量，并根據(jù)管道的狀況、運行參數(shù)等選擇合適的開孔、封堵設(shè)備，及不停輸開孔封堵工藝，編制施工方案。

圖1 作業(yè)流程

管線MOL1 不停輸開孔封堵總計開孔8 個（圖2），包括兩個旁通孔，兩個封堵孔，兩個下囊孔和兩個壓力平衡孔。開孔位置確定以后，將開孔周圍的3 層聚乙烯防腐層剝除，除去管線表面油污和底漆。

1.3.2 三通及平衡管短節(jié)的焊接及測試

半剖式三通焊接前必須預(yù)熱至100℃以上，但不超過250℃，層間溫度也不應(yīng)低于100℃。兩名焊工先從橫縫中間處開始施焊，一次不間斷施焊堆焊金屬需達(dá)到焊接處截面積的1/ 3 以上。橫縫焊接完畢后，開始焊接縱縫。

焊接結(jié)束后，需對焊縫進(jìn)行無損檢測，包括磁粉和超聲波探傷。無損檢測合格后進(jìn)行水壓試驗，水壓試驗壓力值為管線操作壓力值加上基于ASME ⅧDivision 1 Section UG28 和有限元分析得到的差值，具體公式見式（1）。

式中：PT——試驗壓力；

PA——主管線操作壓力；

ΔP——基于ASME ⅧDivision 1 Section UG28 以及有限元分析得到的差值。

圖2 不停輸開孔封堵示意

水壓試驗過程如下：往半剖式三通內(nèi)注入新鮮水；水注滿后，放上金屬纏繞墊，安裝盲法蘭（帶2 個1 寸管嘴）、上壓力表和加壓泵；然后加壓至打壓壓力并保壓15min，往焊縫上和法蘭連接處灑上肥皂水，肉眼檢查是否有泄漏，壓力是否下降；若沒有發(fā)現(xiàn)泄漏，并且無壓降，則為合格；再緩慢降壓至零，拆除盲法蘭，排水。

1.3.3 防漲圈和中心定位裝置的焊接

安裝防漲圈的目的是為了切管時防止割除的那塊板變形導(dǎo)致卡刀，管道直徑≥24 寸的開孔均需要安裝防漲圈。防漲圈焊接在主管上，中心定位裝置焊接在防漲圈上，這些操作在半剖式三通焊接后、水壓測試前進(jìn)行。

1.3.4 三明治閥門和開孔機的安裝及測試

三明治夾板閥需試壓合格后再安裝。安裝前檢查其閥桿是否靈活，O 型密封圈是否變形、老化、缺損等。三明治夾板閥安裝時，確認(rèn)閥門下法蘭面與三通法蘭面吻合后，均勻地連接好閥體上的螺栓。吊裝時，三明治閥門應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，并且內(nèi)旁通應(yīng)關(guān)閉。三明治閥門安裝結(jié)束后，開始安裝開孔機。開孔機安裝完成后應(yīng)對三通、閥門、開孔結(jié)合器部件的腔體進(jìn)行氮氣置換，使用可燃?xì)怏w檢測儀測量排氣口處氣體，含氧量小于爆炸極限為置換合格。置換完成后應(yīng)對三通、閥門、開孔結(jié)合器進(jìn)行整體打壓，以檢查其密封性能。試驗前，要將三明治閥調(diào)至全開狀態(tài)，繼續(xù)充入氮氣，使試驗壓力上升至管道操作壓力的1.1 倍后，穩(wěn)壓15min。打壓時需進(jìn)行階段升壓。穩(wěn)壓時使用泡沫水噴淋三通焊逢、各部件結(jié)合面，觀察有無氣泡產(chǎn)生，以壓力不降低、不產(chǎn)生氣泡為合格。然后關(guān)閉三明治閥，將閥瓣上半部分的閥門及開孔結(jié)合器部件腔體內(nèi)的氮氣排空，關(guān)閉氮氣注入點的閥門，保持10min，檢查閥瓣以上部分腔體內(nèi)的壓力是否上升，若仍為0 表明閥瓣關(guān)閉嚴(yán)實，無泄漏。

1.3.5 管線開孔

開孔機安裝完畢后，打開三明治閥門，使用下開孔刀開始切割開孔，切割管道要緩慢進(jìn)行，防止卡刀而損壞刀具，并防止熱量大量產(chǎn)生。通過觀察標(biāo)尺來計算盤刀的進(jìn)刀尺寸。開孔順序依次為平衡孔→封堵孔→旁通孔→下囊孔。開封堵孔、旁通孔及下囊孔前需導(dǎo)通旁通管線。開孔切割完成后，上提開孔刀具，靠中心導(dǎo)向鉆勾住切割出來的鋼板并提出到閥門閘板外。然后，關(guān)閉三明治閥。

1.3.6 旁通管線的安裝及試驗

移除開孔機，開始安裝旁通管線。安裝之前，旁通管線應(yīng)作打壓試驗，試驗介質(zhì)為水。打壓完畢后，排空管內(nèi)試壓用水，用氮氣置換旁通管線內(nèi)的空氣，并使用可燃?xì)怏w測爆儀測量排氣口處氣體，當(dāng)含量小于爆炸極限時為合格。

1.3.7 封堵機安裝

將封堵機安裝在封堵三明治閥上。封堵前旁通三明治閥門打開，緩緩降低封堵機內(nèi)部閥桿，使閥桿端部的封堵頭與原油管線密封完成封堵，液體介質(zhì)被導(dǎo)入旁通管臨時運行。

1.3.8 管線斷管以及與新舊管線碰頭

旁通管線正常工作后，連接平衡旁通管與抽油泵對封堵隔離管段進(jìn)行抽油。抽油完畢后，使用氮氣置換封堵段內(nèi)油氣，并用可燃?xì)怏w測爆儀測量出氣口處氣體，設(shè)備不報警為合格。然后通過下囊三通下隔離囊，其主要作用是隔離封堵機密封不嚴(yán)而泄露的油氣。這時就可以采取斷管作業(yè)了，斷管采用機械斷管方式；斷管期間，采用水冷卻刀片，并使用楔子預(yù)防夾刀。斷管設(shè)備應(yīng)牢固地安裝在管線上，做好管線支撐，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)那邢魉俣?，以滿足安全要求。切削時，應(yīng)對刀片做及時的冷卻。斷管結(jié)束后，要清理管口，壘砌黃油墻。最后進(jìn)行原管線與新管線動火碰頭，碰頭施工結(jié)束后撤離隔離囊。

1.3.9 旁通管線拆除

當(dāng)新管線安裝好后，收回封堵頭，關(guān)閉旁通三明治閥門，將物料介質(zhì)切換至新改造的管道運行，恢復(fù)管道正常流動。排凈旁通管線內(nèi)的原油并用氮氣進(jìn)行置換。置換結(jié)束后將旁通管線移除。

1.3.10 密封塞安裝

拆除封堵機，用開孔機安裝密封塞；然后將半剖式三通側(cè)面的卡環(huán)鎖上，拆除三明治閥，并安裝盲法蘭，安裝平衡孔塞堵，拆除平衡旁通管閥門，加蓋管帽。

1.3.11 管線防腐、恢復(fù)現(xiàn)場

對留在管道上的管件進(jìn)行防腐處理，然后恢復(fù)施工現(xiàn)場，完成整個不停輸開孔封堵改造工作。

2 不停輸開孔封堵施工注意事項

（1）開孔作業(yè)點應(yīng)選擇在直管段上，開孔部位盡量避開管道焊縫。無法避開時，對開孔刀具切削部位的焊道宜適量打磨，中心鉆不應(yīng)落在焊縫上，并且要測量開孔處的橢圓度和管線壁厚，以確保焊接位置和封堵位置的管線壁厚均勻滿足要求。

（2）半剖式三通的孔徑尺寸和中線垂直精度有嚴(yán)格要求，開孔前應(yīng)測量開孔刀具、三明治閥內(nèi)孔與半剖式三通內(nèi)孔的同軸度，同軸度要求誤差不應(yīng)超過1mm。這樣才能保證開孔時不發(fā)生偏心，確保封堵嚴(yán)密。

（3）焊接半剖式三通時，必須嚴(yán)格控制電流。由于是不停輸焊接，原油管道內(nèi)部有壓力，焊接時若電流過高，容易將管道焊穿，造成嚴(yán)重事故。該環(huán)節(jié)是整個流程中較為危險的一環(huán)，必須做足預(yù)防措施。

（4）開閉三明治閥前后、拆卸開孔機及封堵機前后，需通過壓力平衡管線進(jìn)行壓力平衡后再操作，避免造成事故。

3 結(jié)語

采用不停輸開孔封堵技術(shù)對重要管線進(jìn)行改造維修，無需間斷管道介質(zhì)輸送，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，大大縮短了維修改造的時間，并且速度快、施工方便，減少了施工風(fēng)險。憑借以上諸多優(yōu)勢，采用管道不停輸帶壓開孔封堵技術(shù)對重要管線進(jìn)行維修改造越來越多，具有良好的效果。但該技術(shù)目前尚無統(tǒng)一的規(guī)范可遵循，尚需進(jìn)行規(guī)范引導(dǎo)。