疊加封堵在高落差超高壓輸油管道改造中的應(yīng)用

劉 辰 曹 雋

西安西北石油管道有限公司, 陜西 西安 710018

0 前言

輸油管道帶壓開孔封堵技術(shù)經(jīng)過多年的積累及推廣,由于其安全可靠、高效快速、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢,成為中國管道修復(fù)、改線連頭、站場改造等施工中的主流技術(shù)[1-2]。但在管道開孔封堵動火連頭施工中,往往會因為管道靜壓過高而無法進(jìn)行開孔作業(yè),目前開孔封堵設(shè)備在超高壓情況下并不適用[3-4]。針對上述問題,結(jié)合輸油管道封堵技術(shù),總結(jié)出一套完善的高落差超高壓輸油管道停輸疊加封堵施工方法。該施工方法在同一段管道的同一方向先后進(jìn)行兩次或多次封堵,可有效降低低點的靜壓力,使低點的動火作業(yè)能夠順利完成。具體操作方法為首先在高點位置進(jìn)行第一次封堵,封堵完成后進(jìn)行泄壓排油,將低點的壓力降至5 MPa以下,再在低點進(jìn)行第二次封堵。

1 停輸疊加封堵施工方法特點

1.1 安全可靠

利用停輸疊加封堵作業(yè)方式將超高壓封堵轉(zhuǎn)換為高壓封堵,可有效降低封堵點處管道壓力,在不影響施工進(jìn)度的基礎(chǔ)上大幅提升封堵成功率,保證施工作業(yè)安全可靠。

1.2 施工周期短

輸油管道高壓封堵壓力一般為2.5～5 MPa,與超高壓封堵作業(yè)相比,夾板閥、聯(lián)箱、開孔機(jī)等機(jī)械設(shè)備的安裝、試壓流程相對簡單,法蘭結(jié)合面之間的安裝誤差、螺栓緊固的扭力倍數(shù)、密封材料、密封墊片等裝配精度要求不高,安裝調(diào)試時間短,可有效降低施工總時長。

1.3 成本低

當(dāng)輸油管道運(yùn)行壓力大于10 MPa時,無法采用帶壓開孔封堵作業(yè)方法,常采用停輸放空置換的傳統(tǒng)方式。該方式需消耗大量氮氣,造成管路長時間停輸,原油管道存在凝管風(fēng)險。而對于沒有油庫依托的高落差超高壓輸油管道,還要清空管內(nèi)存油,需調(diào)集大量移動式油罐車對油品進(jìn)行拉運(yùn)、轉(zhuǎn)存,導(dǎo)致施工時間長、成本高以及風(fēng)險大,而采用停輸疊加封堵施工方法可減少施工步驟,縮短停輸時長,降低氮氣消耗量,從而大幅降低施工成本及管道運(yùn)行方損失。

2 操作要點

以中國西南地區(qū)某原油管道閥室更換閥門項目為例,闡述高落差超高壓輸油管道停輸疊加封堵施工步驟及要點。

2.1 施工準(zhǔn)備

2.1.1 作業(yè)坑準(zhǔn)備

本次動火由于下游1#高點檢測閥室高程為2 708.3 m,需要在1#封堵點(k13+507 m)和2#封堵點(k5+300 m)進(jìn)行兩次封堵。1#封堵點高程為2 250.0 m,靜壓為3.6 MPa；2#封堵點高程為1 650.7 m,靜壓約為8.5 MPa。某原油管道高程圖,見圖1。根據(jù)水力計算管道靜壓,選擇管道封堵點位置,見圖2。人工開挖探坑,在開挖前使用管線探測儀確認(rèn)管道及光纜的走向和埋深。

圖1 某原油管道高程圖

圖2 封堵點選擇示意圖

2.1.2 三通焊接位置確認(rèn)

開孔位置及封堵位置盡量選擇在直管上。剝離防腐層,注意不要損傷運(yùn)行管道,防腐層清除長度應(yīng)比三通長度每側(cè)均長100 mm以上[5]。焊接三通處壁厚必須滿足允許帶壓施焊的要求,管道橢圓度小于管徑的1%。開孔筒刀切削部位錯開管道本體焊縫,無法錯開時,對切削部位的管道本體焊縫進(jìn)行適當(dāng)打磨[6]。

2.2 三通短節(jié)帶壓施焊

2.2.1 安裝三通短節(jié)

將三通上護(hù)板(帶法蘭部分)用三腳架、吊鏈吊起放到管道上,當(dāng)管道本體焊縫余高影響組對間隙要求時,宜適量打磨管道螺旋焊縫和直焊縫,以使三通護(hù)板與管道間隙符合以下要求:主管道為DN500及以上規(guī)格,間隙為2.5～4 mm;主管線為DN500及以下規(guī)格,間隙為1.5～2 mm。三通法蘭面與管道軸線應(yīng)保持平行,誤差不應(yīng)大于1 mm,三通法蘭面中軸線與管道軸線距離小于1.5 mm[7-8]。

2.2.2 帶壓施焊壓力計算

管道帶壓施焊時,壓力需滿足SY/T 6150.1—2017《鋼質(zhì)管道封堵技術(shù)規(guī)范 第1部分:塞式、筒式封堵》[9]中的要求,管道允許帶壓施焊壓力計算公式為:

(1)

式中:p為管道允許帶壓施焊的壓力,MPa;σs為管材最小屈服極限,MPa;t為焊接處管道實際壁厚,mm;c為因焊接引起的壁厚修正量,mm;D為管道外徑,mm;F為安全系數(shù)。

根據(jù)式(1)計算得出帶壓焊接管道允許運(yùn)行壓力。

2.2.3 三通帶壓焊接

1)焊接前安裝好消除靜電接地裝置,用專用固定橡膠帶將銅編帶固定在焊口附近管道上,然后將銅編帶引出作業(yè)坑外接地,接地電阻不應(yīng)大于10 Ω。按照焊接工藝規(guī)程要求對焊條進(jìn)行加熱烘干。

2)兩側(cè)縱焊縫應(yīng)同時焊接，縱焊縫焊接時應(yīng)加墊板，不應(yīng)與管道母材直接焊接。焊接前可采用火焰加熱方法對焊道進(jìn)行預(yù)熱。

3)縱焊縫按要求焊接完成并打磨飛濺后，應(yīng)預(yù)熱并立即開始焊接三通環(huán)焊縫。環(huán)焊縫焊接時應(yīng)先完成一側(cè)焊接,徹底釋放應(yīng)力之后,再進(jìn)行另一側(cè)環(huán)焊縫焊接。環(huán)焊縫應(yīng)先焊接預(yù)堆層，預(yù)堆層禁止與護(hù)板相連。

4)三通護(hù)板厚度不大于1.4倍管壁厚度時，護(hù)板端面焊接高度應(yīng)與護(hù)板厚度一致；三通護(hù)板厚度大于1.4倍管壁厚度時，護(hù)板端面焊接高度應(yīng)等于1.4倍管壁厚。

5)管徑大于DN500的管道開封堵孔時應(yīng)焊接防漲圈,防止鞍形板變形導(dǎo)致中心鉆斷裂[11]。

2.3 三通焊縫無損檢測

檢測焊縫宜采用超聲波探傷或磁粉探傷[12]。目前三通焊縫應(yīng)檢測四次，打底根焊完成后檢測一次，填充至50%時再檢測一次，蓋面完成后再檢測第三次。焊接結(jié)束24 h后進(jìn)行延遲裂紋復(fù)檢測(超聲+磁粉)。

2.4 管道開孔

2.4.1 安裝夾板閥

在三通底部安裝千斤頂,以支撐三通上開孔設(shè)備的重量;安裝夾板閥時,應(yīng)檢查其各部件是否移動靈活,如不靈活,需更換夾板閥;檢查各密封面是否老化、變形、損傷等,如有問題,應(yīng)立即更換密封裝置[13]。

2.4.2 安裝開孔機(jī)

安裝開孔機(jī)與開孔聯(lián)箱:在開孔機(jī)主軸上安裝刀具結(jié)合器;檢查中心鉆U型卡環(huán)是否能靈活轉(zhuǎn)動和有無損傷;在刀具結(jié)合器上安裝筒刀及中心鉆;測量筒刀外齒的直徑;測量中心鉆尖到開孔聯(lián)箱法蘭面的距離;測量筒刀刀齒到開孔聯(lián)箱法蘭面的距離[14];將開孔機(jī)安裝至夾板閥上;均勻地擰緊螺母;安裝開孔結(jié)合器上平衡孔閥門和放氣孔閥門。

2.4.3 開孔設(shè)備整體試壓

對開孔機(jī)及夾板閥進(jìn)行試壓,試壓介質(zhì)可采用瓶裝氮氣,試驗壓力應(yīng)為開孔作業(yè)時管道內(nèi)運(yùn)行壓力的1.1倍;檢查開孔機(jī)及夾板閥各密封面是否泄漏,無泄漏為合格。

2.4.4 1#封堵點開孔

1#封堵點開孔時壓力為3.6 MPa,根據(jù)計算得出滿足開孔條件,可在管道運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行開孔。在進(jìn)行第一處封堵點開孔作業(yè)時先開DN50平衡孔,再開封堵孔,最后開下囊孔[15]。管道開孔示意圖見圖3。

圖3 管道開孔示意圖

2.5 管道停輸后1#封堵點封堵

管道停輸后,通過站內(nèi)觀察及控制泄壓,將第一處封堵點停輸靜壓穩(wěn)定在3.6 MPa左右，將組裝好的封堵器安裝至夾板閥上,進(jìn)行管道封堵作業(yè),管道封堵示意圖見圖4。封堵完成后需驗證封堵效果[16]：對封堵點下游管段進(jìn)行降壓,使封堵頭上下游形成壓力差，持續(xù) 10 min 觀察,如果下游段壓力無變化,密封部位無泄漏聲,或有微量泄漏且可控,說明封堵成功;否則說明封堵有泄漏,需要提起封堵頭檢查再重新下封堵;若再次封堵泄漏,則需更換封堵皮碗。

圖4 管道封堵示意圖

2.6 排油泄壓

由于2#封堵點位于k5+300 m處,靜壓為8.6 MPa,無法滿足封堵條件。1#封堵點成功封堵后,由首站進(jìn)行工藝操作,將1#封堵點至首站之間管道油品直接卸入站內(nèi)儲油罐(根據(jù)圖1計算約排150 m3油品),將2#封堵點壓力降至5 MPa。

2.7 2#封堵點開孔

2#封堵點進(jìn)行開孔作業(yè),先開DN50平衡孔,再開封堵孔,最后開下囊孔,同1#封堵點開孔操作步驟一致。

2.8 2#封堵點封堵

2#封堵點封堵操作步驟同1#封堵點操作步驟。

2.9 動火點排油

確認(rèn)2#封堵點封堵成功后;再次由首站進(jìn)行工藝操作進(jìn)行泄油,利用2#封堵點至首站高差(約50 m)進(jìn)行油品自流進(jìn)罐,排空50 m管道(約15 m3油),即排空動火點處油品。

2.10 動火點氮氣置換

注氮作業(yè)示意圖見圖5。利用平衡孔和PG0101壓力表短節(jié)進(jìn)行注氮作業(yè)。平衡孔為注氮口,在PG0101壓力表短節(jié)處檢測氧含量,通過主閥及旁通閥的切換對主管道和旁通管道進(jìn)行氮氣置換。注氮完成后,在囊孔內(nèi)安裝隔離囊,隔離囊充壓介質(zhì)為氮氣,囊內(nèi)壓力應(yīng)保持在0.02 MPa。

圖5 注氮作業(yè)示意圖

2.11 斷管焊接作業(yè)

2.11.1 冷切割斷管

檢測動火管道內(nèi)可燃?xì)怏w濃度，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度小于爆炸下限10%為合格，斷管位置兩側(cè)管道要做接地，斷管位置需確保后續(xù)焊接時相鄰焊縫距離大于1.5倍管外徑。

2.11.2 動火焊接連頭

在焊接工作開始前,消除作業(yè)坑內(nèi)的易燃物品，用銅帶固定在焊接管道上，另一端連接至作業(yè)坑外接地網(wǎng)。用接地電阻測試儀測試接地電阻,接地電阻不大于4 Ω;用可燃?xì)怏w檢測儀監(jiān)測作業(yè)坑可燃?xì)怏w濃度,在安全范圍內(nèi)時方可焊接;用管道消磁機(jī)對焊接處進(jìn)行消磁,徹底消磁后方可焊接[17];嚴(yán)格按照管道焊接工藝規(guī)程要求進(jìn)行焊接。

2.11.3 焊縫無損檢測

焊縫外觀檢查合格后應(yīng)對其進(jìn)行無損探傷[18]。無損探測應(yīng)按SY/T 4109—2013《石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測》的規(guī)定執(zhí)行[12],在焊接完成24 h后,對焊縫進(jìn)行延遲裂紋檢測。焊縫檢測宜采用超聲波檢測和射線檢測的方式共同確認(rèn)檢測結(jié)果[19]。檢測結(jié)果合格后對焊縫進(jìn)行防腐作業(yè)。

2.12 地貌恢復(fù)

作業(yè)坑回填時,生熟土要分開回填,管道懸空部位要采用細(xì)土回填并夯實管道基礎(chǔ)軟土層部位,每回填200～300 mm厚時夯實一次,回填時用編織袋裝土保護(hù)好光纜,回填至地面300 mm時用熟土回填,回填土要高出地面100 mm[20]。

3 結(jié)論

1)采用管道停輸疊加封堵施工方法可顯著降低封堵壓力,保證封堵作業(yè)過程安全可靠。

2)管道停輸疊加封堵施工方法施工周期短,一方面可有助于降低施工成本,另一方面,對于原油管道而言,可避免由于長時間停輸而造成的凝管事故,保障管道安全正常運(yùn)行。

3)管道停輸疊加封堵施工方法的成功應(yīng)用將促進(jìn)高落差超高壓管道維修技術(shù)的提升,具有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。