帶壓開孔技術(shù)在生產(chǎn)平臺改造項目中的可行性應(yīng)用

趙 晨

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

陸地上的石油化工裝置往往隨著社會需求發(fā)展而不斷改造、擴建，其中最直接的變化就是新增工藝流程，也就是增加管道。但在這個變化過程中，就存在新增管道與原工藝流程管道連接或切割等施工作業(yè)。這些施工作業(yè)中有些裝置或管道可以完全停止運轉(zhuǎn)后再進行作業(yè)，但有些無法完全停止。這就要求我們對這類無法完全停止的管道使用帶壓開孔技術(shù)進行施工。帶壓開孔就是流體管內(nèi)的介質(zhì)（氣態(tài)、液態(tài)）在沒有外泄的情況下，以冷切割（機械切削）的方式在管道母材上機加工出橢圓形或圓形孔的一種施工方式。帶壓開孔優(yōu)點：屬于施工作業(yè)中先進工藝，無需動火切割作業(yè)，可省去相關(guān)工機具準備工作，安全無污染。該施工作業(yè)方法即不影響裝置或設(shè)施的生產(chǎn)工藝工作，又能保證管道的維修，更換及增加等特殊作業(yè)。經(jīng)濟性、安全性高，減少污染排放。

1 項目工況簡述及技術(shù)參數(shù)

某涉外項目火炬塔在原有28 寸的火炬管線上新接出一根16 寸支管，以連接新增系統(tǒng)。由于工藝需要，新增管線要與原管線成45 度角，且原28 寸火炬管線正在運行當(dāng)中，管道內(nèi)是可燃氣體，因此防爆防火措施要求極高。需在動火區(qū)域周圍用三防布搭設(shè)圍欄（高度為2 m）。還需對新增管線內(nèi)不斷地輸送惰性氣體，如氮氣，進行氣體置換。

此類工況是帶壓開孔管線施工中具有代表性的案例之一，對施工的技術(shù)措施及安全保障提出了非常高的要求，因此對其進行分析論述，闡明帶壓開工技術(shù)的可行性。

表1 技術(shù)參數(shù)

2 防爆系數(shù)計算

當(dāng)對三通中間的縱縫及兩端的環(huán)縫進行焊接時受熱中心點的溫度約為1 800 ℃，假設(shè)熱影響區(qū)域?qū)挾葹?0 mm、長度200 mm、高度為700 mm，熱影響區(qū)域體積為0.007 m3，熱影響區(qū)域的平均溫度為800 ℃，假設(shè)火炬線內(nèi)的溫度為20 ℃，根據(jù)公式V1/T1=V2/T2，氣體受溫度影響膨脹后的體積為0.28 m3，比原體積增加0.273 m3，而整條火炬線的總體積約2 000 m3，膨脹的0.273 m3氣體體積對整條火炬線可以忽略不計，因此熱膨脹對整條火炬線沒有影響。

3 帶壓開孔施工方案

1）作業(yè)前必須檢查所有的設(shè)備、工具和材料的完整性、完好性和工作性能。

2）焊接管件時，焊接導(dǎo)向鉆定心裝置；

3）選擇適合的割刀和導(dǎo)向鉆；

4）在安裝開孔機之前，檢查管件、閥門和管線溫度并記錄，發(fā)現(xiàn)異常及時報告；

5）在安裝開孔機之前，確認得到所需的測量數(shù)據(jù)，如開孔定位測量等；

6）關(guān)閉閥門，安裝開孔機，然后確認安裝開孔機后，用氮氣進行試壓和置換，并同時測量含氧量，當(dāng)達到規(guī)定數(shù)值時才可繼續(xù)進行施工。作業(yè)區(qū)域根據(jù)作業(yè)需求鋪設(shè)好防火毯和防風(fēng)防火帆布；

7）用無倒鉤的導(dǎo)向鉆鉆透管壁；

8）更換正常帶倒鉤導(dǎo)向鉆進行開孔作業(yè)，鉆孔作業(yè)時管子內(nèi)一直充氮；

9）當(dāng)測量桿達到標記時，停止液壓站；

10）確認管壁完全被切透；

11）收回切刀，關(guān)閉閥門；

12）使用適配器上的放空閥對適配器和開孔機進行放空；

13）取下開孔機，拿出切塊交給客戶。

4 帶壓開孔現(xiàn)場工作流程圖

帶壓開孔現(xiàn)場工作流程圖見圖1。

圖1 帶壓開孔現(xiàn)場工作流程圖

5 帶壓開孔注意事項

1）火炬管線高處動火作業(yè)并在運行的火炬線上焊接，易導(dǎo)致火炬管內(nèi)氣體由于溫度過高而發(fā)生氣體膨脹，造成火炬管內(nèi)壓力增高，發(fā)生爆炸危險。

2）鉆孔作業(yè)前對斜三通DN400 管內(nèi)部進行充氮置換，鉆孔作業(yè)過程中三通內(nèi)部一直充氮（控制含氧量低于4.5%），通過氮氣的流動帶走一部分焊接熱量，氮氣壓力不易太高，防止將火炬熄滅。

3）三通安裝前應(yīng)在正上方開一個小孔用于塞焊，將三通倒扣在28 寸火炬主管線上，中間兩條縱縫和管件的兩端焊縫進行焊接，兩條縱縫的焊縫應(yīng)飽滿，焊縫高度應(yīng)符合要求，兩端的角焊縫的焊腳高度為管件的厚度，焊接時應(yīng)分段、分層進行，管件兩端與火炬管焊接時，焊接電流不易過大并分段焊接，防止熱量過高將火炬管焊穿，焊接用φ3.2焊條，焊接第一層電流為100 A，焊接第二、三層電流為110 A，必須嚴格執(zhí)行，防止焊接熱量過于集中。焊接完成后進行探傷。最后將塞焊孔進行塞焊并進行負壓試驗。在作業(yè)區(qū)域周圍用三防布進行隔離，防止焊接時火花飛濺，動火點配備兩個以上的滅火器。

4）三通上焊接法蘭(DN400 RF PN2.0MPa)，法蘭口進行100%RT 探傷。法蘭與管線的中軸線一致，保證螺栓能自由穿入，安裝方向一致。螺栓緊固應(yīng)均勻?qū)ΨQ，扭矩值正確，緊固后的螺栓與螺母宜平手套。齊。墊片周邊應(yīng)整齊，尺寸與法蘭密封面相符。

5）法蘭焊接完成后，將閥門（DN400 Class150）進行安裝，具體要求如下：

a.閥門安裝前要進行試壓，試壓合格后對閥門進行標記。閥門手輪方向施工圖未注明的，以方便操作即可，但手輪不宜朝下。水平管道上的閥門，其閥桿一般應(yīng)安裝在上半周范圍內(nèi)。

b.閥門在關(guān)閉狀態(tài)下安裝。

c.對于安裝閥門的位置，需在其下方做一個支撐，以支撐閥門的重量。

6 安全管理與應(yīng)急措施

安全管理主要三個方面：人員行為、機物狀態(tài)、環(huán)境條件。

人員資質(zhì)：施工人員需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，且必須有對應(yīng)安全人員進行監(jiān)護。作業(yè)前必須檢查所有的設(shè)備、工具和材料的完整性、完好性和工作性能。

作業(yè)前應(yīng)檢查周圍的環(huán)境，并配備充足的滅火器。還必須將作業(yè)區(qū)域根據(jù)作業(yè)需求鋪設(shè)好防火毯和防風(fēng)防火帆布。

現(xiàn)場作業(yè)許可的控制:

1）作業(yè)許可必須報項目安全負責(zé)人進行審批方可作業(yè)。

2）安全負責(zé)人必須對現(xiàn)場進行檢查，不得隨意簽署作業(yè)許可。

3）明確所有作業(yè)人員的職責(zé)，嚴格履行各自的工作職責(zé)。

4）使用項目管理規(guī)定中的作業(yè)許可申請單。無申請單或不是項目最新體系的申請單或代簽作假等不符合規(guī)章制度的將視為無效，并對責(zé)任人進行相應(yīng)的處罰。

勞保穿戴及身體防護

1）在切割進行時，應(yīng)佩戴干燥合適的焊接防護

2）當(dāng)施工人員在高處的工作平臺、腳手架或提升設(shè)備上作業(yè)時，必須配備防墜落設(shè)備。

3）應(yīng)做好防止或限制金屬塊掉落風(fēng)險的措施，以防發(fā)生掉落砸傷人或物的情況。

4）當(dāng)切割作業(yè)噪聲超過85dB 時，應(yīng)佩戴達到防護要求的耳塞或耳罩。

5）切割作業(yè)時應(yīng)佩戴合乎要求的呼吸防護用品，以防止切割時產(chǎn)生的金屬屑進入施工人員體內(nèi)。

7 結(jié)束語

伴隨著大量的海洋平臺建設(shè)和開工，經(jīng)過長時間運行后需對其進行維保、改造、檢修等措施以保證其安全的運行，一旦開始上述施工往往平臺需要停產(chǎn)，甚至對整個平臺管線進行清理后才能開展相關(guān)工作。這將給平臺的安全運行帶來極大的隱患，經(jīng)濟上也損失很大的效益。

而帶壓開孔作業(yè)不影響整個平臺的正常運行，大大縮短維修改造作業(yè)時間，減少停產(chǎn)待機時間，減少環(huán)境污染，又避免了維修過程中用火焰切割相關(guān)部位帶來的安全隱患。該技術(shù)既不影響系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，又可安全、經(jīng)濟的達到平臺改造的目的。