淺談管道不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)

吳 金

中國(guó)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(xiàng)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(duì)阿聯(lián)酋原油的出口會(huì)造成很大的影響，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，改造過(guò)程采用了雙側(cè)雙封不停輸開(kāi)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(duì)其施工流程做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1 管道不停輸開(kāi)孔封堵原理及施工流程

1.1 簡(jiǎn)要原理

管道不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)（俗稱(chēng)帶壓開(kāi)孔Hot Tapping），是在不停止管道生產(chǎn)運(yùn)行的情況下，對(duì)需要進(jìn)行改造、維修作業(yè)的管道進(jìn)行開(kāi)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(gè)輸油管道不停輸開(kāi)孔封堵過(guò)程中，開(kāi)孔、封堵和旁通管線的建立是管道不停輸開(kāi)孔封堵施工的三大關(guān)鍵環(huán)節(jié)。開(kāi)孔為旁通管線的建立及封堵的實(shí)現(xiàn)提供前提條件；封堵將改造管段從原管線中隔離出來(lái)，從而能夠?qū)ζ溥M(jìn)行改造；旁通管線的建立，則臨時(shí)替代改造管段進(jìn)行原油輸送，使實(shí)現(xiàn)不停輸封堵成為可能。上述過(guò)程中，開(kāi)孔及封堵設(shè)備具有關(guān)鍵作用。

1.2 施工主要機(jī)具

（1）開(kāi)孔設(shè)備包括開(kāi)孔液壓機(jī)、刀具連接器、開(kāi)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(jī)、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(kāi)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(xiàng)目采用了懸掛式封堵型式。

1.3 管道不停輸開(kāi)孔封堵流程簡(jiǎn)述

管道不停輸開(kāi)孔封堵流程見(jiàn)圖1。

1.3.1 勘察現(xiàn)場(chǎng)

詳細(xì)勘測(cè)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(kāi)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(yùn)行參數(shù)等選擇合適的開(kāi)孔、封堵設(shè)備，及不停輸開(kāi)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(kāi)孔封堵總計(jì)開(kāi)孔8 個(gè)（圖2），包括兩個(gè)旁通孔，兩個(gè)封堵孔，兩個(gè)下囊孔和兩個(gè)壓力平衡孔。開(kāi)孔位置確定以后，將開(kāi)孔周?chē)? 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(cè)試

半剖式三通焊接前必須預(yù)熱至100℃以上，但不超過(guò)250℃，層間溫度也不應(yīng)低于100℃。兩名焊工先從橫縫中間處開(kāi)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(kāi)始焊接縱縫。

焊接結(jié)束后，需對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，包括磁粉和超聲波探傷。無(wú)損檢測(cè)合格后進(jìn)行水壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)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(jiàn)式（1）。

式中：PT——試驗(yàn)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(kāi)孔封堵示意

水壓試驗(yàn)過(guò)程如下：往半剖式三通內(nèi)注入新鮮水；水注滿(mǎn)后，放上金屬纏繞墊，安裝盲法蘭（帶2 個(gè)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(méi)有發(fā)現(xiàn)泄漏，并且無(wú)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(shí)防止割除的那塊板變形導(dǎo)致卡刀，管道直徑≥24 寸的開(kāi)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(cè)試前進(jìn)行。

1.3.4 三明治閥門(mén)和開(kāi)孔機(jī)的安裝及測(cè)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(shí)，確認(rèn)閥門(mén)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(shí)，三明治閥門(mén)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(mén)安裝結(jié)束后，開(kāi)始安裝開(kāi)孔機(jī)。開(kāi)孔機(jī)安裝完成后應(yīng)對(duì)三通、閥門(mén)、開(kāi)孔結(jié)合器部件的腔體進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，使用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀測(cè)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(duì)三通、閥門(mén)、開(kāi)孔結(jié)合器進(jìn)行整體打壓，以檢查其密封性能。試驗(yàn)前，要將三明治閥調(diào)至全開(kāi)狀態(tài)，繼續(xù)充入氮?dú)?，使試?yàn)壓力上升至管道操作壓力的1.1 倍后，穩(wěn)壓15min。打壓時(shí)需進(jìn)行階段升壓。穩(wěn)壓時(shí)使用泡沫水噴淋三通焊逢、各部件結(jié)合面，觀察有無(wú)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(mén)及開(kāi)孔結(jié)合器部件腔體內(nèi)的氮?dú)馀趴?，關(guān)閉氮?dú)庾⑷朦c(diǎn)的閥門(mén)，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(shí)，無(wú)泄漏。

1.3.5 管線開(kāi)孔

開(kāi)孔機(jī)安裝完畢后，打開(kāi)三明治閥門(mén)，使用下開(kāi)孔刀開(kāi)始切割開(kāi)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(guò)觀察標(biāo)尺來(lái)計(jì)算盤(pán)刀的進(jìn)刀尺寸。開(kāi)孔順序依次為平衡孔→封堵孔→旁通孔→下囊孔。開(kāi)封堵孔、旁通孔及下囊孔前需導(dǎo)通旁通管線。開(kāi)孔切割完成后，上提開(kāi)孔刀具，靠中心導(dǎo)向鉆勾住切割出來(lái)的鋼板并提出到閥門(mén)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(yàn)

移除開(kāi)孔機(jī)，開(kāi)始安裝旁通管線。安裝之前，旁通管線應(yīng)作打壓試驗(yàn)，試驗(yàn)介質(zhì)為水。打壓完畢后，排空管內(nèi)試壓用水，用氮?dú)庵脫Q旁通管線內(nèi)的空氣，并使用可燃?xì)怏w測(cè)爆儀測(cè)量排氣口處氣體，當(dāng)含量小于爆炸極限時(shí)為合格。

1.3.7 封堵機(jī)安裝

將封堵機(jī)安裝在封堵三明治閥上。封堵前旁通三明治閥門(mén)打開(kāi)，緩緩降低封堵機(jī)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(shí)運(yùn)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(duì)封堵隔離管段進(jìn)行抽油。抽油完畢后，使用氮?dú)庵脫Q封堵段內(nèi)油氣，并用可燃?xì)怏w測(cè)爆儀測(cè)量出氣口處氣體，設(shè)備不報(bào)警為合格。然后通過(guò)下囊三通下隔離囊，其主要作用是隔離封堵機(jī)密封不嚴(yán)而泄露的油氣。這時(shí)就可以采取斷管作業(yè)了，斷管采用機(jī)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(mǎn)足安全要求。切削時(shí)，應(yīng)對(duì)刀片做及時(shí)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(dòng)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(mén)，將物料介質(zhì)切換至新改造的管道運(yùn)行，恢復(fù)管道正常流動(dòng)。排凈旁通管線內(nèi)的原油并用氮?dú)膺M(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(jī)，用開(kāi)孔機(jī)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(mén)，加蓋管帽。

1.3.11 管線防腐、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

對(duì)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(chǎng)，完成整個(gè)不停輸開(kāi)孔封堵改造工作。

2 不停輸開(kāi)孔封堵施工注意事項(xiàng)

（1）開(kāi)孔作業(yè)點(diǎn)應(yīng)選擇在直管段上，開(kāi)孔部位盡量避開(kāi)管道焊縫。無(wú)法避開(kāi)時(shí)，對(duì)開(kāi)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(cè)量開(kāi)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(mǎn)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(kāi)孔前應(yīng)測(cè)量開(kāi)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(guò)1mm。這樣才能保證開(kāi)孔時(shí)不發(fā)生偏心，確保封堵嚴(yán)密。

（3）焊接半剖式三通時(shí)，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(shí)若電流過(guò)高，容易將管道焊穿，造成嚴(yán)重事故。該環(huán)節(jié)是整個(gè)流程中較為危險(xiǎn)的一環(huán)，必須做足預(yù)防措施。

（4）開(kāi)閉三明治閥前后、拆卸開(kāi)孔機(jī)及封堵機(jī)前后，需通過(guò)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(yǔ)

采用不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)對(duì)重要管線進(jìn)行改造維修，無(wú)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(shí)間，并且速度快、施工方便，減少了施工風(fēng)險(xiǎn)。憑借以上諸多優(yōu)勢(shì)，采用管道不停輸帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)對(duì)重要管線進(jìn)行維修改造越來(lái)越多，具有良好的效果。但該技術(shù)目前尚無(wú)統(tǒng)一的規(guī)范可遵循，尚需進(jìn)行規(guī)范引導(dǎo)。