長輸管道帶壓封堵技術(shù)現(xiàn)狀及改進研究

王立強 李 勇 董華進 羅衍濤

（1. 國家管網(wǎng)集團西部管道公司烏魯木齊維搶修中心，新疆 烏魯木齊 830000；2. 國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司山東省分公司，山東 德州 253000；3. 國家管網(wǎng)集團西南管道有限責(zé)任公司天水輸油氣分公司，甘肅 天水 741002；4. 國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司山東省分公司聊城作業(yè)區(qū)，山東 聊城 252000）

0 引言

管道服役期間因制管、施工機械損傷、腐蝕和第三方開挖等，管道發(fā)生油氣泄漏事故，需要進行突發(fā)搶修[1]。傳統(tǒng)停輸修復(fù)技術(shù)成熟，但需停輸、清管置換油氣介質(zhì)，存在火災(zāi)風(fēng)險隱患和停輸損失。帶壓封堵技術(shù)是在役管道安全、高效搶修技術(shù)，在不停輸條件下完成管道更換、移位、換閥和增加支線，對管道泄漏進行快速搶修，適用于原油、成品油、天然氣以及化工產(chǎn)品等管道的改造施工和突發(fā)事故維修。

我國管道不停輸封堵技術(shù)在借鑒國外技術(shù)基礎(chǔ)上，封堵設(shè)備能力、規(guī)格、種類不斷完善，但在密封性能、筒刀控制精度、物料處置、焊接效率方面存在不足。針對上述問題開展設(shè)計優(yōu)化和改進措施研究，旨在提高管道企業(yè)應(yīng)急搶修技術(shù)能力，建立高效、先進、適用的搶修技術(shù)體系，降低管道事故影響和損失。

1 管道帶壓封堵技術(shù)類型

國內(nèi)管道帶壓封堵技術(shù)型式有盤式封堵和囊式封堵，還應(yīng)用筒式和折疊式封堵技術(shù)。盤式封堵可根據(jù)管道運行工況進行不停輸封堵。囊式封堵適用停輸封堵和壓力較低情形。折疊式封堵開孔直徑為管徑30%，適用于大管徑、中壓管道，筒式封堵開孔直徑大于管徑，施工費用較高。選擇封堵方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件、管輸介質(zhì)性質(zhì)、待維修管段距離和安全經(jīng)濟因素。

1.1 囊式封堵

囊氏封堵適用于天然氣、成品油易揮發(fā)介質(zhì)管道，工作壓力為0.5～1.0MPa，環(huán)境溫度小于65℃。在待維修管段適當(dāng)位置，焊接兩組封堵法蘭進行帶壓開孔。從擋板孔送入展開圓形擋板，從膠囊孔送入充氣膨脹密封膠囊，囊表面與管壁緊密貼合切斷油流，囊后端抵在擋板，擋板可承受管內(nèi)壓力通過密封膠囊傳遞推力，通過充氣膠囊和擋板將管內(nèi)介質(zhì)隔斷。后續(xù)釋放修復(fù)管段內(nèi)介質(zhì)，修復(fù)完畢順序解除封堵，用堵孔器在開孔處堵塞，加蓋盲板。

1.2 盤式封堵

盤式封堵最大工作壓力10MPa，適應(yīng)環(huán)境溫度最高340℃。圖1是盤式封堵簡圖，在待維修管段兩側(cè)焊接兩個三通，內(nèi)側(cè)封堵三通，外側(cè)旁通三通。在封堵三通上安裝夾板閥、開孔機，采用液壓驅(qū)動進行全密閉開孔。拆除開孔機后，在旁通三通上架設(shè)旁通管線，在封堵三通上安裝封堵器。確認旁通管線導(dǎo)通，對管道進行封堵，待維修管段與主管道隔離，進行抽油、割管、砌黃油墻、換管連頭，施工完畢解除封堵、拆除旁通管線，安裝堵塞，加蓋盲板。

圖1 盤式封堵示意圖

2 盤式封堵關(guān)鍵技術(shù)要點

盤式封堵適用工作壓力、溫度范圍廣，應(yīng)用最廣泛，針對盤式封堵關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行分析。

2.1 開孔作業(yè)

開孔點選擇在直管段，筒刀中心鉆不能位于焊縫。安裝三通前測量管壁厚度，測量應(yīng)避開腐蝕區(qū)域，開孔點處管道橢圓度不超過1%，否則重新選定開孔點。安裝三通前檢查三通壓力等級與管道壓力相符，檢查弧板直徑與管道相同。帶壓開孔前，對焊接到管道的管件和開孔設(shè)備進行嚴密性試壓，試驗壓力不超過管道運行壓力1.1倍。安裝開孔機時檢查筒刀橢圓度。開孔作前測量開孔機轉(zhuǎn)速，要求在10～12rmin，轉(zhuǎn)速過快筒刀震動、損壞、甚至卡刀。

2.2 封堵作業(yè)

皮碗安裝到封堵頭前，檢查皮碗尺寸與管道管徑、壁厚是否匹配，檢查皮碗是否破損，防止皮碗破損導(dǎo)致封堵不嚴。安裝封堵頭皮碗方向應(yīng)向著封堵管段，安裝封堵頭皮碗后連接平衡管，下封堵頭按照管道流向先封上游再封下游。封堵完成后關(guān)閉壓力平衡閥，壓力將為零保持10min，如封堵管段壓力未回升，表明封堵成功。天然氣管道或輕質(zhì)易揮發(fā)油品管道，排除介質(zhì)后，在封堵器一側(cè)安裝封堵膠囊，膠囊充滿氮氣，壓力不低于0.5MPa。

2.3 解除封堵

管道動火完成、焊口檢測合格后可解除封堵。解除封堵前先進行管道壓力平衡，減輕提取封堵頭阻力。先提取上游封堵頭，再提取下游封堵頭，關(guān)閉夾板閥，拆除封堵聯(lián)箱。開孔切下的鞍形板安裝在堵塞上，調(diào)整鞍行板與聯(lián)箱相對位置，確認鞍形板與管道方向一致。先進行管道與開孔聯(lián)箱壓力平衡，打開夾板閥，確認堵塞完全定位后，將堵柄與開孔機主軸徹底脫離。下堵塞完成后，驗證堵塞密封效果，順序拆除堵柄、開孔機。夾板閥拆除后再對開三通法蘭上安裝盲板，安裝前確認盲板密封面和金屬密封墊片完好情況，螺栓對稱緊固。

3 帶壓封堵技術(shù)存在問題及改進優(yōu)化

調(diào)研我國管道帶壓封堵技術(shù)應(yīng)用情況，在封堵三通、封堵頭皮碗、筒刀進刀控制和殘留油品清除方面存在不足。

3.1 封堵頭密封管道失效

封堵器堵頭是帶壓封堵技術(shù)關(guān)鍵部件，包括封堵支架和皮碗，封堵支架對密封件進行支撐壓緊，皮碗是密封件。盤式封堵利用皮碗和管線過盈配合實現(xiàn)封堵，皮碗過盈量為管徑15%～20%。皮碗過盈量大，與封堵孔接觸產(chǎn)生刮傷、破損導(dǎo)致封堵失效。筒刀開孔產(chǎn)生金屬屑和毛刺，會對皮碗造成損傷破損?，F(xiàn)設(shè)計內(nèi)脹式封堵頭，由活動支架、脹緊系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和封堵皮碗組成。皮碗在未達到封堵位置時與管道內(nèi)徑有5mm間隙，保證前進中不受到損傷。到達封堵位置啟動液壓膨脹裝置，皮碗過盈量可達30%～50%，保證封堵效果。

3.2 開孔器進刀控制精度差

根據(jù)計算開孔尺寸和進刀標(biāo)尺刻度控制觀測開孔尺寸，因進刀標(biāo)尺多次使用，進刀標(biāo)尺刻度磨損無法判斷開孔尺寸，只能人工觀測控制開孔尺寸，導(dǎo)致開孔尺寸偏差。因缺少開孔停止裝置，開孔尺寸偏大和管線開透事故也有發(fā)生[2]。為精準(zhǔn)控制筒刀進刀尺寸，設(shè)計進刀尺寸標(biāo)尺，研制進刀標(biāo)尺聲光報警裝置，在開孔機作業(yè)時達到開孔尺寸時發(fā)出指令信號，開孔機自動停機，保證開孔精度。管道開孔自動停機報警裝置核心部件是觸發(fā)傳感器（限位開關(guān)），將機械位移轉(zhuǎn)化為電信號，由紅外接收和發(fā)射電路控制機械動作。

3.3 封堵施工過程油氣泄漏污染環(huán)境

管道帶壓封堵施工過程中進行設(shè)備換裝，施工完成后開孔及封堵聯(lián)箱中殘留油品，油品回收和抽取過程存在油品外溢造成環(huán)境污染，特別是管道低點油品回收不徹底、回收率低。現(xiàn)研制帶壓封堵油品置換裝置，在開孔完成后，通過充氣接口向開孔聯(lián)箱沖入氮氣，氮氣壓力與管道內(nèi)壓力相同，壓力平衡后油品被壓入管道內(nèi)。針對待維修管段內(nèi)油品，管道上游封堵后沒利用氮氣瓶壓力和管道內(nèi)壓力的壓差，油品通過氮氣置換至施工管段下游，在對管段下游實施封堵。該方法將待維修管段的油品“零泄漏”“零污染”和“全回收”。

3.4 封堵作業(yè)效率不滿足高效搶修需求

囊式封堵、盤式封堵存在焊接時間長、焊道檢測時間長的問題，不能滿足管輸企業(yè)應(yīng)急搶修和盡快恢復(fù)輸送的需求。傳統(tǒng)開孔三通固定方式，焊接上下弧板需要有經(jīng)驗焊工至少焊接6h。現(xiàn)研發(fā)對開式快卡三通，通過緊固快卡三通的連接螺栓固定上下三通弧板，螺栓連接少于1h，實現(xiàn)快速封堵施工。在上下弧板縱向、角向連接處安裝耐高壓密封膠條，可承受6MPa油品壓力，避免封堵時油品泄漏。封堵完成后三通上下弧板需焊接進行永久性固定，因弧板縱焊縫處有密封橡膠墊，焊接即要保證焊縫質(zhì)量，又要防治焊接過程損傷密封橡膠墊?？刂品椒ㄊ窃诤缚p和密封橡膠墊增加鋼條墊板，隔離焊縫熔池即傳遞熱量；快卡三通焊接時采用小電流和快速焊接方式。

4 結(jié)語

隨著新版《安全生產(chǎn)法》《環(huán)境保護法》實施，管道搶修修復(fù)和改線改造對安全、環(huán)保要求更為苛刻。管道不停輸封堵工藝發(fā)展方向式提升封堵工藝及設(shè)備的安全性和可靠性，提升適用管道等級范圍，降低對施工場所條件限制。重點針對封堵密封性、筒刀控制精度、油氣回收和快速封堵進行了優(yōu)化改進，對于提高我國管道行業(yè)搶修水平具有重要指導(dǎo)意義。