李東坡 成 磊

新疆石油勘察設計研究院(有限公司)，新疆 烏魯木齊 830026

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某輸氣管道工程動火方案分析

李東坡 成 磊

新疆石油勘察設計研究院(有限公司)，新疆 烏魯木齊 830026

某輸氣管道因擴建需進行動火作業(yè)，采用TG-NET軟件對停輸后管存天然氣持續(xù)供氣時間以及恢復供氣時間進行分析，確定停輸技術可行。提出三個動火方案：停輸常規(guī)動火、停輸單側帶壓封堵動火、不停輸雙側帶壓封堵動火，并對三種動火方案進行技術經濟對比，得到方案一即停輸常規(guī)動火方案為最優(yōu)?，F場實施情況表明采用方案一順利完成了本次動火作業(yè)，取得了預期效果。

天然氣管道；動火作業(yè)；動火方案；TG-NET；帶壓封堵

0 前言

某輸氣管道是A城市的居民及工業(yè)用氣的重要保障，同時也分輸供給沿線用戶。由于輸氣管道末站擴建，需要在進站干線管道上進行動火作業(yè)建立聯絡管道。為保證沿線用戶的供氣，必須提出合理的動火方案，在允許時間內完成作業(yè)。由于在役管道的動火屬于一級動火作業(yè)，動火作業(yè)非常危險，要求動火方案的設計和操作步驟必須嚴格控制，并提前做好動火作業(yè)的危險源辨識及防護措施，以保證安全作業(yè)[1-5]。根據國內管道維搶修公司所具備的封堵及動火連頭技術[6-7]，對本次動火提出三個方案：停輸常規(guī)動火、停輸單側帶壓封堵動火、不停輸雙側帶壓封堵動火。

1 動火方案

某輸氣管道規(guī)格Φ 1 016×16 mm，設計壓力10 MPa，目前輸量2 800×104m3/d，管道總長164 km，沿線設6座閥室、2座站場(首站和末站)，其中2座閥室設分輸供給沿線用戶，沿線分輸管道末點最小壓力2.0 MPa。由于輸氣管道末站擴建，需在進站干線管道上建立聯絡管道，輸氣管道工藝流程見圖1。

1.1 方案一

方案一，停輸常規(guī)動火。常規(guī)動火示意圖見圖2。

由圖2可見，關閉該輸氣管道首站出站閥門并切換流程至復線工程，同時關閉6#閥室截斷閥門，對6#閥室至末站管道以及末站站內管道進行天然氣放空和氮氣置換。放空過程中嚴格控制排放距離，以保證站場設備和工作人員的安全[8]。對于注氮置換，通過目前氮氣置換技術對比，考慮到線路截斷閥有可能內漏造成置換時混氣，無法置換徹底，可采用中間注氮的方法[9-11]。最后關閉6#閥室閥門以及末站進站閥門以作雙閥隔離，經檢測置換合格后方可動火。

圖1 輸氣管道工藝流程簡圖

圖2 常規(guī)動火示意圖

動火作業(yè)流程：施工準備→停輸管道→管道放空→6#閥室至站場進行氮氣置換→確認6#閥室閥門及進站閥門關閉→動火點處有毒氣體、可燃氣體檢測合格→冷切割管→連頭管段下料、坡口加工→檢測動火點可燃氣體濃度→對口焊接→焊道無損檢測→動火結束。

1.2 方案二

方案二，停輸單側帶壓封堵動火。停輸單側帶壓封堵動火示意圖見圖3。

圖3 停輸單側帶壓封堵動火示意圖

由圖3可見，關閉該輸氣管道首站出站閥門并切換流程至復線工程，同時關閉末站進站閥門，對末站站內管道進行天然氣放空和氮氣置換，在進站閥門與動火點之間進行單側帶壓封堵(防止單閥隔離泄漏)，經檢測置換合格后方可動火。

圖4 單側封堵工藝

單側封堵工藝見圖4。為防止進站閥門泄漏，在進站閥門與動火點之間進行單側封堵，封堵主要采用帶壓開孔設備[12]進行帶壓開孔。開孔前應對焊接到管道上的管件和組裝到管道上的閥門、開孔機等部件進行整體試壓，試驗壓力應等于運行壓力，最高不超過運行壓力的1.1倍，并填寫開孔作業(yè)檢查表[13]。然后在封堵口下封堵頭，同時在囊孔下封堵囊，封堵完成后動火點即實施動火作業(yè)，待新管道與主管道連頭完成后，解除封堵，在封堵口和囊孔加法蘭蓋[14]。

動火作業(yè)流程：前期準備工作→停輸管道→管道放空→站場進行氮氣置換→確認進站閥門關閉→動火點處有毒氣體、可燃氣體檢測合格→焊接三通、短節(jié)→安裝閥門→組裝開孔機，開孔→管道封堵→下隔離囊→機械(無明火)斷口→冷切割管→連頭管段下料、坡口加工→檢測動火點可燃氣體濃度→對口焊接→焊道無損檢測→解除封堵→安裝加蓋盲板→動火結束。

1.3 方案三

方案三，不停輸雙側帶壓封堵動火。不停輸雙側帶壓封堵開孔動火示意圖見圖5。

由圖5可見，管線不停輸，在動火點前后進行帶壓開孔并采用臨時管線替代輸送，同時對動火點前后進行封堵實施動火作業(yè)[15-16]。

采用不停輸封堵工藝對主管道進行切割改造。先將動火點兩端分別用旁通管道接通，采用旁通管道輸送介質，然后封堵主管道，主管道上被封堵段即可進行動火施工作業(yè)，待新管道與主管道連頭完成后，解除封堵，切換至新管道正常輸送，最后將旁通撤除[17]，不停輸雙側封堵工藝見圖6。

圖5 不停輸雙側帶壓封堵開孔動火示意圖

圖6 不停輸雙側封堵工藝

動火作業(yè)流程：前期準備工作→焊接三通、短節(jié)→安裝閥門→組裝開孔機，開孔→旁通線預制、打壓、安裝→管道封堵→動火段管道排空、置換→下隔離囊→機械(無明火)斷口→管道連頭→焊縫檢測→動火完成后管道通氣→解除封堵→旁通線置換、拆除→安裝塞柄，加蓋盲板→管道、短節(jié)防腐→動火結束。

2 方案分析

方案一和方案二將對管道進行停輸，目前管道有兩處分輸管道供給沿線用戶，需分析停輸后管存天然氣對沿線用戶的供氣持續(xù)時間以及恢復供氣時間。而方案三不停輸，因此，三種方案在時間和經濟上有差異，需對提出的三種方案進行經濟性分析。

2.1 管存天然氣狀態(tài)分析

停輸后管存天然氣的持續(xù)供氣及恢復供氣的過程處于非穩(wěn)態(tài)運行工況，利用TG-NET對運行參數變化情況進行模擬計算[18-19]，得到可靠的優(yōu)化方案。

2.1.1 方案一

根據方案一內容，在TG-NET中建立分析模型，見圖7。

圖7 TG-NET分析模型

根據TG-NET管網模型，在腳本文件中設定管道停輸時首站供氣輸量為0，同時6#閥室閥門關閉；以用戶1、用戶2的最低要求壓力2 MPa為緊急報警值，對管道停輸后110 h內管道各參數進行動態(tài)模擬，在動態(tài)輸出報告中查看出現報警的時間，即可確定停輸后管存天然氣持續(xù)供氣時間。通過分析，用戶1、用戶2在管線停輸后的壓力變化趨勢見圖8。

由圖8可知，最先達到報警值的為用戶1，時間97 h。

圖8 停輸后各用戶壓力變化趨勢

但是，由于在動火過程中盡量保證對用戶1、用戶2持續(xù)供氣，而且恢復供氣升壓也需要時間，因此除要分析管道停輸后產生緊急低壓報警的時間，還應分析動火結束后最遲什么時間開始供氣，才不會產生緊急低壓報警。為此，在TG-NET里通過腳本文件中重復修改恢復供氣時間，進行動態(tài)模擬，得出在停輸后95 h恢復供氣不會產生低壓報警，壓力趨勢模擬結果見圖9。

圖9 方案一停輸及恢復供氣壓力變化

由圖9可知，在95 h時恢復供氣最低壓力不會低于2 MPa，因此為保證管道停輸不影響沿線用戶的正常生產，方案一從停輸至恢復供氣時間為95 h。

2.1.2 方案二

方案二TG-NET分析管網模型與方案一分析模型一致，見圖7。在腳本文件中設定管道停輸時首站供氣輸量為0，同時設定末站進站閥門關閉；以用戶1、用戶2的最低要求壓力2 MPa為緊急報警值；此外在腳本文件中同時設定恢復供氣，并對管道停輸以及供氣的120 h內管道各參數進行動態(tài)模擬，得出在停輸后110 h恢復供氣不會產生低壓報警，壓力變化趨勢模擬結果見圖10。

圖10 方案二停輸及恢復供氣壓力變化

由圖10可知，為保證管道停輸不影響沿線用戶的正常生產，方案二從停輸至恢復供氣時間為110 h。

2.2 工程量分析

方案一、二、三實施的主要工程量對比見表1，本次動火作業(yè)是某輸氣管道擴建的一部分并非單獨項目，因此不對其前期準備及常規(guī)施工作業(yè)的工程量進行單獨計算，表1中只列出需要在正常作業(yè)條件以外需增購物資(如液氮)或委托有相關資質的單位進行施工作業(yè)(如帶壓封堵)作為影響因素進行分析。

2.3 綜合分析

通過管存天然氣氣量對沿線用戶供氣時間以及三種方案的綜合對比分析，得到各項對比資料見表2。

表1 各方案主要工程量對比表

項目方案一方案二方案三備注液氮/m39550-天然氣損耗/m366.566.50天然氣價格按氣田成本價計算單側帶壓封堵否是否包括施工機具、氮氣置換、帶壓開孔、帶壓封堵雙側帶壓封堵否否是包括施工機具、氮氣置換、帶壓開孔、帶壓封堵總費用/萬元142.5220.5380帶壓單側封堵、帶壓雙側封堵費用參考維搶修公司報價、液氮根據當地制氮公司報價作業(yè)時間/h72102-參考西氣東輸施工經驗計算作業(yè)時間[20]:6#閥室—末站天然氣放空及置換時間約24h,站內氮氣置換時間約6h,單側封堵施工時間約48h,切割+焊接+檢測約48h

表2 各方案綜合分析表

項目方案一方案二方案三作業(yè)時間/h72102-允許停輸時間/h95110-總費用/萬元142.5220.5380安全性安全安全安全優(yōu)點費用低,停輸時間可滿足動火,安全性好,動火時間較方案二充裕停輸時間可滿足動火不停輸管線缺點作業(yè)時間較緊湊作業(yè)時間緊湊;費用較高;管線為埋地,動火作業(yè)結束后會有3處法蘭蓋遺留在管線上,后期有泄漏隱患費用太高;管線為埋地,動火作業(yè)結束后會有6處法蘭蓋遺留在管線上,后期有泄漏隱患

通過表2的綜合分析及管道運行情況，建議選擇方案一。對于方案一存在作業(yè)時間比較緊湊的問題，可以通過前期充分的準備工作以及詳細的工序計劃作業(yè)，保證在允許停輸時間內完成作業(yè)。

3 結論

對某輸氣管道末站動火作業(yè)提出三種動火方案：停輸常規(guī)動火、停輸單側帶壓封堵動火、不停輸雙側帶壓封堵動火。通過采用TG-NET對停輸后管存天然氣持續(xù)供氣時間進行分析可知，方案一和方案二作業(yè)時間都滿足管道停輸時間而不影響沿線用戶供氣。綜合對比，方案一具有費用小、停輸時間可滿足動火作業(yè)、安全性好的特點；而方案二和方案三會留下泄漏隱患，從長期運營的角度考慮選用方案一。根據現場實際施工情況選用方案一順利完成了動火作業(yè)。

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2015-08-22

李東坡(1989-)，男，四川南部人，助理工程師，學士，主要從事油氣儲運研究與設計工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.01.008