王志強(qiáng)

廣元市天然氣公司

淺析輸氣管道帶壓開(kāi)孔排水技術(shù)應(yīng)用

王志強(qiáng)

廣元市天然氣公司

結(jié)合廣元市天然氣公司長(zhǎng)輸天然氣管道帶壓開(kāi)孔排水工程的實(shí)際應(yīng)用，對(duì)帶壓開(kāi)孔技術(shù)進(jìn)行了介紹，闡述了長(zhǎng)輸天然氣管道帶壓開(kāi)孔的工藝與施工過(guò)程，對(duì)類似工程的施工具有參考價(jià)值。

帶壓開(kāi)孔；天然氣管道

1 前言

廣元市天然氣公司長(zhǎng)輸天然氣管道從1992年開(kāi)始建設(shè)，經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，從?108螺旋焊縫鋼管發(fā)展到?219無(wú)縫鋼管，從玻纖防腐發(fā)展到3PE防腐，從年用氣量百萬(wàn)立方發(fā)展到上億立方，長(zhǎng)輸管道從材質(zhì)到防腐再到輸氣規(guī)模都有了長(zhǎng)足發(fā)展，同時(shí)也造成了各種材質(zhì)、管徑的管道并存的局面，隨著管道輸氣規(guī)模日益擴(kuò)大，沉重的輸氣任務(wù)致使唯一的輸氣管道無(wú)法停氣清管，管道中積水造成輸氣能力降低。廣元市天然氣公司采用帶壓開(kāi)孔技術(shù)對(duì)廣元至旺蒼輸氣管道（該管道于2003年建成投運(yùn)，管道外徑159mm，管道壁厚5.5mm，管道材質(zhì)L245ERW鋼管，設(shè)計(jì)壓力4.0MPa，日常運(yùn)行壓力為1.2-2.5MPa）進(jìn)行排水，有效的解決了天然氣輸送和管道排水的矛盾，此技術(shù)改變了傳統(tǒng)的停氣、切割、動(dòng)火焊接的作業(yè)方式，降低了社會(huì)影響，減少了經(jīng)濟(jì)損失，并可避開(kāi)夜間作業(yè)，減少了人力、物力的投入，提高功效，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和消耗，避免作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高安全性。

2 帶壓開(kāi)孔原理

帶壓開(kāi)孔工藝，是在管線不停止輸送介質(zhì)，不降低壓力，正常運(yùn)行管線的條件下，利用特殊對(duì)開(kāi)三通法蘭短接、球閥連接在管道或者設(shè)備上，用機(jī)械或者手動(dòng)的開(kāi)孔工具實(shí)現(xiàn)在線開(kāi)孔（如圖1）。其開(kāi)孔過(guò)程，在全密閉空腔完成，開(kāi)孔機(jī)刀具切削過(guò)程不接觸空氣，故沒(méi)有起火或者爆炸的可能性。在開(kāi)孔過(guò)程中不停輸，時(shí)耗短，且沒(méi)有污染，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益和安全程度都比較高。

圖1 開(kāi)孔設(shè)備示意圖

3 帶壓開(kāi)孔排水工藝流程

施工準(zhǔn)備→施工基坑及管溝開(kāi)挖→對(duì)開(kāi)三通（帶特殊法蘭）組對(duì)和埋地閥焊接→無(wú)損檢測(cè)→組裝開(kāi)孔設(shè)備并試壓→鉆孔→關(guān)閉閥門拆除開(kāi)孔設(shè)備→連接排水管線→開(kāi)啟閥門排水→關(guān)閉閥門拆除排水管線→加盲板→防腐和恢復(fù)地貌→作業(yè)完成。

4 施工前的準(zhǔn)備工作

（1）帶壓開(kāi)孔焊接要求。查閱管道竣工資料，確定管道相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)相應(yīng)技術(shù)規(guī)范計(jì)算確定開(kāi)孔管道是否允許帶壓施焊。

根據(jù)《鋼質(zhì)管道帶壓封堵技術(shù)規(guī)范》（GB/T28055-2011）關(guān)于管道允許帶壓施焊的壓力計(jì)算公式，廣元至旺蒼輸氣管道最大允許帶壓施焊壓力計(jì)算如下：

P=2￡s（T-C）÷D×F

P=管道允許帶壓施焊的壓力，單位為Mpa

￡s=管材的最小屈服極限，取值245 Mpa

T=焊接處管道實(shí)際壁厚，取值5.5mm

C=因焊接引起的壁厚修正值，一般取2.4mm

D=管道外徑，取值159mm

F=安全系數(shù)，（原油、成品油管道取0.6，航煤、煤氣管道取0.5）

根據(jù)輸氣管道設(shè)計(jì)參數(shù)帶入上式得出廣元至旺蒼輸氣管道最大允許帶壓施焊壓力P=4.77MPa大于管道最大操作壓力4.0MPa，故管道滿足外部施焊要求。為滿足旺蒼城區(qū)居民用氣需求，廣元至旺蒼輸氣管道最低輸氣壓力不得低于1.2MPa，結(jié)合該管道允許帶壓施焊壓力、設(shè)計(jì)壓力等因素，故該管道帶壓開(kāi)孔運(yùn)行壓力確定為1.2MPa，遠(yuǎn)小于管道允許帶壓施焊壓力4.77MPa，具備帶壓施焊條件。

（2）對(duì)開(kāi)孔、焊接、排水等，可以編制專業(yè)施工技術(shù)方案，同時(shí)提出質(zhì)量檢驗(yàn)措施，也要提前勘察施工現(xiàn)場(chǎng)。技術(shù)方案要求切實(shí)可行、可操作性強(qiáng)，要健全壓力管道安裝質(zhì)量保證體系。在施工前，必須做好技術(shù)交底工作，對(duì)特殊施工人員焊工、檢測(cè)工進(jìn)行資格審查，同時(shí)對(duì)焊接工藝評(píng)定報(bào)告進(jìn)行審核，所有技術(shù)文件、表格準(zhǔn)備要求就緒。

（3）施工前，確保機(jī)械設(shè)備就位并可以正常地調(diào)試及運(yùn)行。提供的管材、管件進(jìn)行復(fù)核，鋼管及對(duì)開(kāi)三通不能夠有磨損、裂紋、氣孔、皺褶、重皮、夾渣等缺陷，無(wú)超過(guò)壁厚負(fù)偏差的銹蝕和凹陷，密封材料不能夠有氣孔、雜質(zhì)、飛邊、毛刺、裂紋等缺陷；對(duì)開(kāi)三通、閥門、盲板等材料應(yīng)有材質(zhì)證明書(shū)和產(chǎn)品合格證并標(biāo)識(shí)齊全，閥門還應(yīng)有試壓報(bào)告；開(kāi)孔機(jī)、開(kāi)孔刀具連接頭準(zhǔn)備就緒，專用閥門及對(duì)開(kāi)三通提前定制。

（4）模擬試驗(yàn)。根據(jù)廣元至旺蒼輸氣管道管道參數(shù)、介質(zhì)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)，施工單位按照經(jīng)審核的施工方案會(huì)同業(yè)主單位在作業(yè)前進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

（5）操作現(xiàn)場(chǎng)要求。開(kāi)孔點(diǎn)作業(yè)坑的開(kāi)挖應(yīng)有足夠的操作空間，兩側(cè)應(yīng)設(shè)有方便上下的安全通道；作業(yè)坑土質(zhì)不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)有預(yù)防作業(yè)坑塌方的措施；地下水位較高的地段，應(yīng)采取降水措施。設(shè)備應(yīng)擺放在距離作業(yè)坑1m以外。作業(yè)區(qū)外設(shè)置安全警戒區(qū)，并設(shè)有明顯的安全標(biāo)識(shí)。作業(yè)人員需配備安全繩，對(duì)作業(yè)坑內(nèi)天然氣泄漏情況不間斷監(jiān)測(cè)。

5 帶壓開(kāi)孔排水施工過(guò)程

首先在待開(kāi)孔管道上帶壓焊接一個(gè)對(duì)開(kāi)三通，然后在三通上部安裝一臺(tái)埋地球閥，待開(kāi)孔機(jī)與法蘭閥門連接后，打開(kāi)閥門。把開(kāi)孔機(jī)刀具通過(guò)閥門接觸到需要開(kāi)孔的管道，然后在該短接、閥門、鉆機(jī)適配器刀具放置空間里面按被開(kāi)孔管道的設(shè)計(jì)壓力做好試壓及氣密工作，試壓合格后轉(zhuǎn)動(dòng)刀具在管道上開(kāi)孔。開(kāi)孔成功后退出刀具和開(kāi)孔留下的鐵塊和鐵屑，退至閥門以外的鉆機(jī)適配器空間中，關(guān)閉閥門，鉆機(jī)適配器泄壓并拆除開(kāi)孔機(jī)，排水管線與法蘭閥門連接，打開(kāi)閥門，氣體流動(dòng)將管道內(nèi)積水帶出。排水完成后，關(guān)閉閥門，拆除排水管線。閥門加裝盲板并防腐后恢復(fù)地貌，帶壓開(kāi)孔排水施工完成。

5.1 對(duì)開(kāi)三通組對(duì)焊接

開(kāi)孔點(diǎn)軸向位置確定原則：（1）日常管道巡護(hù)過(guò)程中聽(tīng)到有水響的管段；（2）管道鋪設(shè)高程起伏較大段的高程最低點(diǎn)；（3）應(yīng)選擇在直管段上，開(kāi)孔部位宜避開(kāi)管道焊縫。開(kāi)孔點(diǎn)徑向位置確定原則：管道內(nèi)積水一般沉積于管道下方，最佳開(kāi)孔點(diǎn)在管道垂直下方；受地形限制地段，開(kāi)孔部位宜選擇在管道徑向5點(diǎn)至7點(diǎn)鐘方向。廣元至旺蒼輸氣管道開(kāi)孔點(diǎn)軸向位置確定在靜樂(lè)寺、高橋子、彭家灣、盧家壩等四個(gè)點(diǎn)，開(kāi)孔點(diǎn)徑向位置確定在管道徑向5點(diǎn)至6點(diǎn)鐘方向。

確定開(kāi)孔位置后，將預(yù)制球閥的對(duì)開(kāi)三通扣在待開(kāi)孔的管道上，球閥中心對(duì)準(zhǔn)開(kāi)孔位置，其正下方配對(duì)另一半對(duì)開(kāi)三通，兩片對(duì)開(kāi)三通組對(duì)合適后進(jìn)行焊接。焊接對(duì)開(kāi)三通時(shí)，管道內(nèi)天然氣流速不應(yīng)大于10m/s，嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程施焊。焊縫焊接質(zhì)量應(yīng)采用滲透探傷和超聲波探傷進(jìn)行檢驗(yàn)。

5.2 開(kāi)孔設(shè)備安裝及氣密性試驗(yàn)

對(duì)開(kāi)三通焊接經(jīng)檢測(cè)合格后，開(kāi)孔設(shè)備與球閥法蘭段連接，然后對(duì)開(kāi)孔機(jī)、閥門、管件等部件進(jìn)行整體試壓，試壓選擇管道設(shè)計(jì)壓力4.0MPa，試壓采用氮?dú)膺M(jìn)行氣密性試驗(yàn)，氣密性試驗(yàn)的同時(shí)將鉆機(jī)適配器和球閥間空氣置換為氮?dú)?。用肥皂水噴涂法蘭連接口，檢查整個(gè)連接段氣密性，檢測(cè)確認(rèn)無(wú)泄漏后，打開(kāi)開(kāi)孔機(jī)放空閥，將連接段氣體放空至常壓以利于查驗(yàn)鉆孔進(jìn)度，然后關(guān)閉放空閥。

5.3 帶壓開(kāi)孔

帶壓開(kāi)孔時(shí)，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)手柄用力要均勻。鉆頭鉆透管壁時(shí)，天然氣會(huì)充滿球閥和適配器，通過(guò)開(kāi)啟鉆孔機(jī)放空閥可以檢測(cè)到天然氣。繼續(xù)旋進(jìn)鉆頭，當(dāng)旋轉(zhuǎn)手柄，鉆頭能順利進(jìn)入，表明鉆頭已完全鉆透管壁，開(kāi)孔完成。開(kāi)孔完畢后將刀具和鐵塊退回至適配器內(nèi)，完全關(guān)閉閥門。開(kāi)啟放空閥，釋放適配器內(nèi)的壓力和隨天然氣帶出的鐵屑，把開(kāi)孔機(jī)從閥門上拆除。

5.4 排水作業(yè)

排水管線與球閥法蘭連接,排水管線末端引至開(kāi)孔作業(yè)點(diǎn)25米外固定，排水放散點(diǎn)宜設(shè)置在四周空曠、較平整的地方，半徑5米范圍設(shè)置警戒線，配備消防器材，做好排水收集工作，防止管道排水外流造成周邊環(huán)境污染。確認(rèn)排水放散點(diǎn)四周安全，具備排水條件時(shí)，開(kāi)啟球閥進(jìn)行排水作業(yè)，排水過(guò)程中對(duì)放散點(diǎn)四周天然氣濃度實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)可燃?xì)鈿怏w濃度達(dá)到5%時(shí)，關(guān)閉球閥停止排水，待空氣中可燃?xì)怏w濃度降至1%，開(kāi)啟球閥繼續(xù)排水。作業(yè)完成后關(guān)閉球閥，拆除排水管線。

5.5 封堵、防腐及地貌恢復(fù)

埋地球閥法蘭側(cè)加裝與球閥同壓力等級(jí)的盲板，并對(duì)盲板連接進(jìn)行檢漏，確認(rèn)無(wú)泄漏后，對(duì)對(duì)開(kāi)三通、球閥防腐處理，待防腐層固化后，對(duì)操作坑進(jìn)行土方回填，并做好地貌恢復(fù)。地貌恢復(fù)后應(yīng)在地面埋設(shè)標(biāo)志樁，標(biāo)志樁內(nèi)容包括管道里程、埋深等信息。

6 結(jié)語(yǔ)

帶壓開(kāi)孔技術(shù)近年來(lái)已經(jīng)廣泛的認(rèn)可和使用，與傳統(tǒng)施工工藝相比，保證了正常天然氣輸送的連續(xù)性，時(shí)間短、速度快、施工方便、安全可靠、對(duì)環(huán)境無(wú)污染。隨著這項(xiàng)技術(shù)日益完善、成熟、成本不斷降低，相信不久的將來(lái)帶壓開(kāi)孔技術(shù)會(huì)得到更好的發(fā)展和應(yīng)用。

[1]GB/T 28055－2011.鋼質(zhì)管道帶壓封堵技術(shù)規(guī)范[S].

[2]程習(xí)剛，沈志恒.帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)應(yīng)用及探討[J].石油化工建設(shè),2015(1).

[3]黃麟淞.淺述管道不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)[J].廣東化工,2010(8).