屈海利，何建設，宋花平，袁長友，崔 虹

（中國人民解放軍總后油料研究所，北京 102300）

輸油氣管道破斷搶修技術

屈海利，何建設，宋花平，袁長友，崔 虹

（中國人民解放軍總后油料研究所，北京 102300）

輸油氣管道破斷后必須停輸搶修，搶修技術分焊接和非焊接兩種。焊接搶修是永久性的搶修方案，非焊接搶修是臨時性的搶修方案。文章從焊接搶修的程序、焊接封堵三通和旁通三通的方法、封堵焊接的要求，非焊接搶修的程序、形狀記憶合金管接頭、斯特勞勃管接頭、槽頭管接頭、制式快裝管道等方面進行了綜述。

油氣管道；破斷；搶修；焊接；管接頭；快裝管道

0 引言

管道破斷是指管道完全斷開，或出現(xiàn)大長度、大面積的破裂，這些破斷事故常常是由于地震、山體滑坡等自然災害以及施工不當?shù)仍蛟斐傻?。這種事故不同于腐蝕、鉆孔盜油等泄漏事故，后者可在不停輸?shù)臓顟B(tài)下采用鋼帶拉緊技術、快速捆扎技術、低壓粘補技術、管道修補器快速封堵技術等進行搶修。

管道破斷事故發(fā)生時，由于管道斷開或大面積破裂，大量油氣外泄，此時管道必須停輸。由于油氣泄漏量大，實施搶修時必須特別注意安全，同時盡可能降低對周圍環(huán)境的污染。在經濟上，由于停輸會給石油公司造成巨大的經濟損失，甚至會影響用戶的生產生活，因此搶修的目標是盡快恢復生產。

1 焊接搶修

焊接搶修是對破斷的管道切割后將新管道焊接到舊管道上的搶修作業(yè)，焊接搶修適合對工期要求不緊的場合，是永久性的搶修。實施焊接搶修時，首先要對施工現(xiàn)場進行清理，使之能夠達到焊接的安全要求；其次要對焊接的管道進行有效封堵，防止封堵失效造成二次事故。

1.1 封堵焊接搶修的程序

封堵焊接搶修的主要程序是：清理現(xiàn)場—開挖作業(yè)坑道—手動割管 （如果封堵器能夠從管道破斷口放入管道，則應先進行封堵隔離，只在無法封堵隔離時才先進行割管）—封堵隔離—清洗通風—管道焊接—質量檢驗—防腐處理—驗收試運行—回填土正式運行。

（1）清理現(xiàn)場。管道破斷后，現(xiàn)場會跑冒出大量的油氣，必須對現(xiàn)場清理后方可進行下一步的工作。清理方法一般是先抽凈地面積油，然后挖去含油的污泥，最后再用干土覆蓋。在整個施工過程中，應不斷地用鼓風機吹散空氣中的油蒸氣。

（2）開挖作業(yè)坑道。作業(yè)坑的尺寸一般有如下規(guī)定：

作業(yè)坑的長度要視現(xiàn)場需換管道長度而定，一般比換管長度長4 m，且作業(yè)點至隔墻的距離一般不小于1.5 m。

作業(yè)坑底最小寬度：

式中W——坑底最小寬度/m；

D——管道外徑/m；

K——作業(yè)坑底寬度常規(guī)值/m，通常取2.6~3.2 m。

作業(yè)坑深度：

式中H——作業(yè)坑最小深度/m；

h1——管頂至地面的距離/m；

h2——管底至坑底的距離/m，h2≥0.7 m；

D——管道外徑/m。

另外，作業(yè)坑還有一定的坡度要求，作業(yè)坑兩端應設有方便人員上下的安全通道。

（3）手動割管。用手動工具把斷裂的管頭割除，切割處要保證管道的圓度。在保證安全的情況下也可使用液動割管器。切割時應防止火花出現(xiàn)。須注意的是，只有當破斷的管道由于破口的原因無法放入封堵器時，才先進行割管作業(yè)，否則必須先進行封堵作業(yè)。

（4）封堵隔離。把要焊接的管段與主體管道用封堵器隔離開。封堵的方法很多，有鐵絲裹布、黃泥墻、擋板、黃油墻等封堵隔離方法，對于向下傾斜的管段，也可采用水封。王闖[1]等制作的黃油囊油氣隔離裝置在東北油氣管道的動火施工和搶修中得到了廣泛的應用，并收到了良好的效果。姚志祥[2]認為采用鈣基質黃油封堵優(yōu)于黃泥和鋰基質黃油，且黃油墻距離管口應30 cm以上。

（5）清洗通風。采用通風設備向管道內吹風，置換出油蒸氣。清洗時應根據(jù)實際條件，可用水沖洗。通過清洗通風，使管道內達到無油漬、無油蒸氣的要求。

（6）管道焊接。清洗通風后，檢測管道內以及焊接現(xiàn)場的油蒸氣的含量，符合動火作業(yè)標準時，方可進行管道焊接。換接的管道應與原管道材質、管徑、壁厚一致，管道焊接應符合SY/T 4103-2006《鋼制管道焊接及驗收》標準的技術要求。管道焊接現(xiàn)場應有滅火器材。

（7）質量檢測。主要是檢查焊縫質量，達到不滲不漏。應使用無損檢測方法對焊縫進行檢查，檢測方法應能檢出焊縫缺陷，并便于對缺陷進行準確定性和定量。

（9）驗收試運行。會同有關人員按照SY/T 4103-2006《鋼制管道焊接及驗收》的要求進行檢查驗收，填寫驗收報告，整理技術資料，移交使用單位投入試運行。

（10）回填土正式運行。當試運行一切正常后，可進行回填土，進入正式運行階段。

1.2 焊接封堵三通或旁通三通的方法

以上搶修方法由于對破斷管道進行了換管焊接搶修，因此屬于永久性的搶修方案，但由于這種搶修方案需要對跑冒油地區(qū)進行現(xiàn)場清理，因此工期較長。為了縮短工期，可否在遠離破斷點處的管道上采用焊接封堵三通和旁通三通的方法進行搶修呢？如圖1所示，在破斷管道的兩端遠離跑冒油的位置 （此處跑冒油的油蒸氣濃度不足以影響帶火作業(yè)）分別焊接封堵三通和旁通三通，兩個旁通三通之間的管道可采用臨時快裝管道，也可采用永久焊接管道。

1.3 封堵焊接的要求

SY/T 6150-2003《鋼制管道封堵技術規(guī)程》第1部分塞式、筒式封堵和第2部分擋板—囊式封堵分別規(guī)定了兩種不同的封堵方式和封堵方法。其中第1部分塞式、筒式封堵更適合于帶壓封堵，第2部分擋板—囊式封堵更適合于停輸封堵。雖然擋板—囊式封堵更適合于停輸封堵，但在標準條文中，更多的則是介紹帶壓封堵。不管是采用何種封堵方式，SY/T 6150-2003所說的停輸封堵不同于本文提出的破斷搶修封堵。這是因為SY/T 6150-2003所說的停輸，是在正常情況下的停輸，而本文提出的停輸是由于管道破斷造成大量油氣跑冒事故后不得已的停輸。前者的管道內是充滿介質的，后者的管道內只有部分介質。對于管道內只有部分介質的封堵方法，SY/T 6150-2003沒有介紹。即使對于正常停輸封堵，SY/T 6150-2003介紹的操作規(guī)程也不全面。

公認管道帶壓施焊壓力是按公式 （3）計算的：

式中p——管道允許帶壓施焊的壓力/MPa；

σs——管材的最小屈服極限/MPa；

1.2.2.1 風險識別。由醫(yī)護人員調查近些年來急診護理期間出現(xiàn)投訴、糾紛等事件，掌握護理風險事件出現(xiàn)事件，一般護理高風險事件：吸痰護理、吸氧護理、壓瘡護理、感染護理、輸液護理等，時刻注意高風險護理事件，并采取針對性風險管理。

ta——焊接處管道實際壁厚/mm；

c——因焊接引起的壁厚修正量/mm，通常取2.4 mm；

D——管道外徑/mm；

F——安全系數(shù)，原油、成品油管道取0.6，天然氣、煤氣管道取0.5。

在管道流速方面的要求是：封堵管件焊接時管道內液體流速不應大于5 m/s，氣體流速不應大于10 m/s。帶壓焊接所要求的管內壓力以及流速是基于以下兩方面的原因，一是帶壓焊接過程中的局部高溫，會使材料局部失去強度，從而在內壓作用下發(fā)生燒穿或爆破；二是管道內流動的介質會帶走大量的熱量，加速了焊縫的冷卻，從而增加了焊縫熱影響區(qū) （Heat Affected Zone，HAZ）產生裂紋的可能性或氫致開裂，給管道的安全運行帶來隱患。

從SY/T 6150-2003的要求來看，如要保證焊接的安全，似乎管內壓力和流速越小越好。然而如果管道內介質不流動，可能會在焊接處產生局部高溫。如果破斷管道內沒有充滿介質時，這種局部高溫有可能引爆管內氣體；如果破斷管道是向下傾斜的，管道內充滿介質，但由于油氣中含有的烴類在一定溫度和壓力下會分解，同樣面臨非常危險的情況。Hicks[3]等人認為管內為氣體時，流速最好大于0.396 24 m/s，管內為液體時，流速最好介于0.396 24~1.219 2 m/s之間。因此不管是充滿介質的，還是非充滿介質的，破斷管道的搶修都不適合于采用SY/T 6150-2003所規(guī)定的封堵作業(yè)。

2 非焊接搶修

焊接搶修必須要對破斷現(xiàn)場進行充分的處理，使之達到焊接的安全條件方可進行。因此必然要耽誤許多時間，這種耽擱，不僅會造成各相關單位的經濟損失，有時還會影響用戶的正常使用。所以在管道破斷后，如何能快速地恢復生產，就是管道搶修公司首先應考慮的問題。

非焊接搶修主要用于臨時搶修，用于管道破斷后快速連通管道，盡量減少停輸?shù)臅r間，減少因停輸造成的經濟損失和降低對用戶的影響。非焊接搶修因為是臨時措施，因此在管道連通完成后，清理現(xiàn)場，再進行改道作業(yè)，使管道進入正常的輸送模式。非焊接搶修措施主要是采用各種快裝接頭和快裝管道，快裝接頭有記憶合金管接頭、斯特勞勃管接頭、槽頭管接頭等多種形式，快裝管道一般是一定長度的兩端帶有制式接頭的鋼管或復合材料管。

2.1 非焊接搶修的程序

非焊接搶修由于無須動火，因此可在跑冒油現(xiàn)場未進行處理前進行，大大縮短了搶修時間。非焊接搶修的主要程序是：開挖作業(yè)坑道—手動割管—清理處理管端—安裝管接頭—連接快裝管道—試運行改道。

（1）開挖作業(yè)坑道。作業(yè)坑道的長度、寬度和深度一般視現(xiàn)場作業(yè)需要而定。

（2）手動割管。用手動工具把斷裂的管頭割除，切割處要保證管道的圓度。在保證安全的情況下也可使用液動割管器。由于現(xiàn)場油氣濃度較大，切割時應防止火花出現(xiàn)。

（3）清理處理管端。把管端的防腐層、銹跡除凈，露出金屬底色。根據(jù)管接頭的形式對管端進行處理。

（4）安裝管接頭。把制式管接頭安裝到處理好的管端上。選用的管接頭承壓能力應不小于管道的額定工作壓力。如確實無法滿足壓力要求，也可在試運行期間降壓運行，改道后再恢復原工作壓力運行。

（5）連接快裝管道。在破斷管道兩端的管接頭之間連接快裝管道。之所以要用快裝管道，是由于現(xiàn)場油氣濃度很大，不能焊接管道?？煅b管道的承壓能力應不小于管道的額定工作壓力。

（6）試運行。管道連接完畢，檢查連接質量，試運行。當試運行正常后，就可對現(xiàn)場進行清理，然后采用改道作業(yè)方式，恢復管道正常輸送模式。

2.2 形狀記憶合金管接頭

形狀記憶合金管接頭是靠其在不同溫度下呈現(xiàn)出不同直徑的性能達到連接的目的。其工作原理是：形狀記憶合金管接頭經擴孔后使之與連接管呈較小間隙配合，然后將管接頭加熱到某一溫度 （相變溫度As）以上后，管接頭的形狀就向擴孔前的形狀恢復 （即收縮）而抱緊連接管，即完成連接。形狀記憶合金管接頭具有連接方便、耐腐蝕性好等優(yōu)點。目前，研究較為成熟的是TiNi形狀記憶合金管接頭。但TiNi合金價格昂貴，除了在航天、軍工等特殊領域有應用外，在一般領域的應用受到限制。FeMnSi系形狀記憶合金，是一種單程記憶效應的合金，特別適合作管接頭用，它具有成本低、強度高、適合大批量生產的特點，有廣闊的應用前景。

林成新[4]等認為Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni合金管接頭的形狀恢復率隨著預變形量的增加而降低，最大可恢復應變出現(xiàn)在4%～6%之間，預變形量為4.5%～8%時管接頭的緊固力較大；熱—機械訓練可顯著提高管接頭的形狀記憶效應和連接的緊固力；管接頭的形狀記憶效應隨著其壁厚的增大而降低，管接頭壁厚有一個合理的取值范圍，可使其連接的緊固力較大；管接頭連接長度越長，管接頭的緊固力越小。

林成新[5]等還認為管接頭的連接長度越長，管接頭連接組件的耐壓密封性越好；管接頭的壁厚對管接頭連接組件耐壓密封性的影響規(guī)律同管接頭壁厚對管接頭緊固力的影響規(guī)律相似，有一個合理的取值范圍；對于所測規(guī)格尺寸的管接頭，預變形量在4.5%～8%時管接頭連接組件的耐壓密封性較好；熱機械訓練可以顯著提高管接頭的耐壓密封性，且只需一次訓練就可以達到較為滿意的結果；管接頭的結構對管接頭連接組件的耐壓密封性影響很大，管接頭的結構不同，耐壓密封性可以有幾倍的差異。

萬家瑰[6]將自制的粘結劑用于鐵基形狀記憶合金管接頭的連接，并對連接副的密封性、耐壓性、抗拉拔性進行了試驗，結果表明其耐壓性及抗拉拔性優(yōu)良。將管接頭連接用于現(xiàn)場試驗，成功解決了環(huán)氧粉末內噴涂鋼管在三元復合驅采油技術上的內補口問題。

2.3 斯特勞勃管接頭

斯特勞勃管接頭采用把接頭上的牙齒嵌入管道外壁的方式實現(xiàn)緊固，其密封依靠自壓式橡膠圈。斯特勞勃管接頭一般承受的壓力較低，大部分在1.6 MPa以下，小口徑的接頭能承受較高的壓力。同一種型號的斯特勞勃接頭隨著口徑的增大，其耐壓能力也有所下降，因此應根據(jù)管道的工作壓力或降壓運行時的管道壓力選用合適的斯特勞勃接頭。同時這種接頭的性能還和其是否承受軸向力有關，因此選用時應特別注意。

2.4 槽頭管接頭

槽頭管接頭是利用接頭卡住管壁上的溝槽來實現(xiàn)連接，槽頭接頭內有C型壓敏型密封墊圈。槽頭接頭的應用已有80多年的歷史。對于厚壁管，在壁厚安全余量較大時，可以采取現(xiàn)場切槽的辦法，利用液壓驅動或手工切槽機，在管端切削出與接頭配套的溝槽 （具體尺寸可以參照美國唯特利（Victaulic）槽頭接頭公司發(fā)布的標準），然后使用連接器連接。20世紀50年代中期，唯特利開發(fā)并推廣了滾溝技術，解決了薄壁管道無法現(xiàn)場開槽的難題。滾溝技術的基本原理是薄壁管道通過設備在現(xiàn)場被快速冷壓成型，以生成帶溝槽的管端。滾溝過程中，不需要切除任何金屬，凹槽處的管道材料在冷加工過程中向內發(fā)生位移，因此管道強度不受影響。切槽和滾溝比焊接搶修能節(jié)省大量時間，對公稱直徑203 mm和305 mm的管道，焊接搶修一般需要十幾小時甚至數(shù)天，而切槽和滾溝一般只需要十幾分鐘。

2.5 制式快裝管道

非焊接搶修的主要目的是盡快恢復生產，因此如果破斷的管道較長，則破斷管道的替換管道就宜采用具有快速接頭的制式快裝管道，如軍用裝配式輸油管。這是因為現(xiàn)場不允許采用傳統(tǒng)的鋼管焊接，其次，這種搶修本身就是臨時性的，這些搶修管道也應是臨時的，否則在改道管道建成后，這些臨時管道的拆除也是很麻煩的。如采用具有快速接頭的制式管道，則不僅能夠方便快捷地鋪設、連接和拆除，而且還能反復使用。

3 結束語

焊接破斷管道的搶修應根據(jù)管道的運行條件選擇合適的搶修方式[7]。如果管道為非主要干道，允許較長時間的停輸，則可以選擇焊接搶修方式；如果管道運輸繁忙，停輸將會造成重大經濟損失，甚至對民眾生活影響較大，則最好采用非焊接搶修方式。破斷管道的焊接搶修不宜采用SY/T 6150-2003規(guī)定的封堵方式。非焊接搶修應根據(jù)管道的工作壓力選用合適的管接頭，且兩個管接頭之間宜選用快裝管道連接。

[1]王闖，高?。S油囊油氣隔離裝置在油氣管道動火搶修中的應用[J]．管道技術與設備，2008，（4）：62.

[2]姚志祥．格—拉輸油管道泄漏搶修實踐[J]．管道技術與設備，1999,（5）：18-19.

[3]Hicks D J．Guidelines for Welding on Pressurized Pipe[J]．Pipeline and Gas Journal，1983，210（3）：17-19.

[4]林成新，谷南駒，趙連城．Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni形狀記憶合金管接頭恢復特性分析[J]．河北工業(yè)大學學報，2001，30（4）：1-4.

[5]林成新，谷南駒，趙連城．Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni形狀記憶合金管接頭性能分析[J]．材料工程，2001，（11）：21-24，16.

[6]萬家瑰，林柏松．鐵基形狀記憶合金管接頭在油田管道連接中的應用[J]．潤滑與密封，2009，34（7）：94-96，101.

[7]彭善碧，廖柯熹，李長俊，等.應用模糊評判法確定原油管道最佳搶險方案[J]．石油工程建設，2005，（6）：6-8.

Techniques of Emergency Repair for Broken Oil and Gas Pipelines

QU Hai-li（POL Research Institute of General Logistics Department,PLA， Beijing 102300,China）,HE Jian-she，SONG Hua-ping，et al.

Both welding and non-welding techniques of emergency repair for broken oil and gas pipelines are discussed in this paper.Welding is permanent for broken pipeline emergency repair and the non-welding is temporary,and which way adopted is based on the pipeline running condition.The welding emergency repair procedures and requirements of tapping and plugging using T-joint and bypass T-joint are illustrated in addition to the non-welding emergency repair procedures,shape memory alloy pipe-joint,Straub pipe-joint,recessed-head pipe-joint,steel or composite-material rapid-deployment pipes with both ends of standard joints.

oil and gas pipelines;broken;emergency repair;welding;pipe-joint;rapid-deployment pipes

TE973.9

A

1001－2206（2011）03－0006－04

屈海利 （1968-），男，安徽宿州人，高級工程師，1995年畢業(yè)于中國石油大學 （北京），現(xiàn)從事野戰(zhàn)輸油管道及輸油泵機組的研究。

2010-08-24