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(1.中國石油 獨(dú)山子石化分公司 乙烯廠，新疆 獨(dú)山子 833699；2.新疆寰球工程公司，新疆 獨(dú)山子 833699)

中國石油獨(dú)山子石化分公司1 000萬t/a煉油及120萬t/a乙烯工程配套裝置工業(yè)污水處理場總設(shè)計(jì)規(guī)模為1 800 m3/h，采用生物處理工藝處理煉油、化工裝置產(chǎn)生的污水。由于污水中的煉油電脫鹽污水、堿渣出水、含硫污水、動(dòng)力站污水、過濾罐排污水等含鹽、含油量高并且含有其它雜質(zhì)，乳化嚴(yán)重，造成裝置內(nèi)管線和設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，引發(fā)多處點(diǎn)蝕泄漏[1]。

1 污水管線漏點(diǎn)分布及補(bǔ)漏情況

本次施工前現(xiàn)場65 m管線曾經(jīng)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)共計(jì)8處點(diǎn)蝕漏點(diǎn)(5個(gè)普通漏點(diǎn)和3個(gè)帶壓堵漏點(diǎn))，其中帶壓堵漏的3處漏點(diǎn)在2015-08～09已經(jīng)出現(xiàn)了滲漏，泄漏量不大，屬于滲漏。各泄漏點(diǎn)在污水處理流程中的位置見圖1。

圖1 各泄漏點(diǎn)在污水處理流程中的位置

漏點(diǎn)集中的DN500 mm碳鋼管線原壁厚7.1 mm。堵漏過程中發(fā)現(xiàn)該管線腐蝕嚴(yán)重，管壁普遍減薄，最薄處實(shí)測值已至5.32 mm ，需要對(duì)腐蝕減薄后的DN500 mm 碳鋼母管進(jìn)行帶壓封堵、增加閥門及管線更換工作。

在沒有出口閥門控制污水處理池的情況下，堵漏和更換操作過程很可能發(fā)生大量泄漏,甚至導(dǎo)致曝氣池內(nèi)3 000 m3工業(yè)含鹽污水泄漏，造成環(huán)境污染事故，工業(yè)水場也將被迫停工。為了有效降低大量泄漏風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過綜合考慮,決定在2015年冬季(12月)-20 ℃的環(huán)境氣溫條件下對(duì)污水管線實(shí)施封堵施工。

2 污水管線帶壓封堵施工概況

2.1 風(fēng)險(xiǎn)分析

此次施工主要存在以下風(fēng)險(xiǎn)：①腐蝕減薄管線在施工中出現(xiàn)大量污水泄漏導(dǎo)致環(huán)境污染事故。②在施工過程中存在有限空間作業(yè)人員中毒窒息、動(dòng)火作業(yè)著火爆炸、機(jī)械傷害、吊裝作業(yè)高處墜物等風(fēng)險(xiǎn)。③室外氣溫-15～-25 ℃，若封堵后增加閥門及更換管線工作時(shí)間較長，則存在封堵盲端凍凝、封堵設(shè)備無法撤離情況，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致裝置停工。

2.2 消減風(fēng)險(xiǎn)措施

此次施工采取的施工風(fēng)險(xiǎn)消減措施：①嚴(yán)格HSE管理，實(shí)行現(xiàn)場作業(yè)票制。②制定詳細(xì)應(yīng)急預(yù)案及工藝處理方案，如出現(xiàn)大量泄漏情況，立即啟動(dòng)三級(jí)響應(yīng)。③現(xiàn)場開挖排水溝，預(yù)備4臺(tái)60 m3/h氣動(dòng)泵，隨時(shí)準(zhǔn)備將污水排放至事故水池。④落實(shí)監(jiān)護(hù)人職責(zé)，做好中毒窒息、起火燃燒的防護(hù)、急救準(zhǔn)備。⑤現(xiàn)場制作保溫管線、搭設(shè)保溫棚，每1 h監(jiān)控封堵部位溫度。

2.3 總體施工方案

基于一般帶壓封堵流程，結(jié)合管線腐蝕和泄漏情況以及施工時(shí)的環(huán)境氣候特點(diǎn)，制定的施工總體方案為：加工伴熱線—搭設(shè)保溫棚—制作封堵設(shè)備支撐墊板—管壁測厚—確定封堵點(diǎn)—封堵設(shè)備試運(yùn)—焊接三通扣件—帶壓開孔—投放筒式封堵器—檢驗(yàn)封堵效果—抽取管線積水—斷開管路安裝閥門—檢驗(yàn)焊接質(zhì)量—撤除封堵—三通扣件安裝堵塞—更換管線—施工完成。

3 污水管線帶壓封堵施工準(zhǔn)備

3.1 作業(yè)空間和逃生通道挖掘

本次通過機(jī)械、人工共計(jì)挖掘土方280 m3,主要滿足帶壓封堵部位的作業(yè)空間以便三通扣件能夠安裝到位，同時(shí)要方便夾板閥操作。土方挖掘過程中應(yīng)注意做好護(hù)坡，防止土方滑落。同時(shí)設(shè)立逃生通道、四合一報(bào)警器、直梯、逃生繩及急救空氣呼吸器等防護(hù)急救器材。

3.2 測厚確定封堵位置[2]

測厚是帶壓封堵的必須程序。本次施工管線漏點(diǎn)多，腐蝕嚴(yán)重。為保證測量數(shù)據(jù)的代表性和全面性，在預(yù)帶壓封堵管線部位的0°、90°、180°、270°方位各選取4個(gè)點(diǎn)(每隔1 m進(jìn)行一次)進(jìn)行測厚，共計(jì)16個(gè)點(diǎn)。為保證測厚工作的可靠與專業(yè)性，特委托獨(dú)山子石化分公司的設(shè)備研究所對(duì)待施工管段作專業(yè)測厚。管線原始厚度為7.1 mm，本次選取的16個(gè)測量點(diǎn)的測厚結(jié)果按照從小到大的順序依次為：5.32 mm、5.76 mm、5.89 mm、5.97 mm、5.99 mm、6.09 mm、6.10 mm、6.14 mm、6.15 mm、6.16 mm、6.17 mm、6.18 mm、6.22 mm、6.33 mm、6.41 mm(2處)，其中最薄部位(厚度為5.32 mm)對(duì)應(yīng)的腐蝕率為25%，最厚部位(厚度為6.41 mm)對(duì)應(yīng)的腐蝕率為9.7%。本著帶壓封堵部位盡量靠近池底盲端的原則，三通扣件的焊接最終選擇在腐蝕率較低部位進(jìn)行，尤其是扣件三通環(huán)焊縫部位盡量避開管線減薄部分。

3.3 制作伴熱管線和搭設(shè)暖棚

此次污水管線的帶壓封堵和更換施工是在室外-20 ℃環(huán)境下進(jìn)行的，沒有充足的防護(hù)措施極可能造成施工過程中的夾板閥凍結(jié)無法啟閉、封堵設(shè)備凍凝無法拆卸等影響到整體作業(yè)進(jìn)度的問題，因此防凍、防凝工作尤其需要重點(diǎn)關(guān)注。同時(shí)工藝方面配合此次施工的時(shí)間只有24 h,時(shí)間緊迫，需要連續(xù)作業(yè)，一旦超出此時(shí)間將導(dǎo)致污泥失活和污水無法有效處理的生產(chǎn)性事件。

根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境的具體情況，按照暖棚內(nèi)的溫度始終保持在13 ℃以上的原則，本次施工中落實(shí)的防凍措施主要包括：①在封堵作業(yè)區(qū)搭設(shè)暖棚。②封堵器加設(shè)暖氣片。③污水處理池體的管線盲端加裝伴熱管。在防凍措施落實(shí)后，做好每小時(shí)一次的測溫記錄工作，如出現(xiàn)溫度驟降情況，及時(shí)增設(shè)暖氣數(shù)量。

污水管線堵漏施工現(xiàn)場暖棚見圖2。

圖2 污水管線堵漏施工現(xiàn)場暖棚

3.4 封堵設(shè)備保溫和試運(yùn)

帶壓封堵的設(shè)備均采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，在正式封堵前要對(duì)以下設(shè)備及參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)檢查及試運(yùn)：①柴油發(fā)電機(jī)，包括油量、可靠性等，并進(jìn)行試運(yùn)發(fā)電。②液壓站油位、油量、黏度、牌號(hào)，液壓油管線及其接頭密封性，各擋位順暢可靠。③開孔機(jī)、封堵器、堵頭投放器均進(jìn)行滿行程試運(yùn)，無卡阻現(xiàn)象。④電焊機(jī)、配電箱等施工器具符合現(xiàn)場使用要求。⑤液壓設(shè)備在開工前應(yīng)放置在室內(nèi)，運(yùn)行時(shí)再由叉車運(yùn)至現(xiàn)場。此舉可盡量提高液壓油流動(dòng)性，一定程度上縮短作業(yè)時(shí)間。

3.5 制作封堵設(shè)備支撐

本次封堵工作對(duì)象的管徑大(DN500 mm)，配套封堵設(shè)備大，僅封堵作業(yè)計(jì)劃使用的三通扣件、封堵器、夾板閥這3類設(shè)備的總質(zhì)量就有5 t。為避免出現(xiàn)封堵設(shè)備重力集中造成管線沉降，在封堵作業(yè)前根據(jù)封堵扣件的底部形狀制作專用支撐。本次封堵扣件底部為弧形，制作的專用工具承托面盡量貼合扣件底部，增加受力面積。同時(shí)該支撐在施工時(shí)可以增大封堵扣件與松軟地表的接觸面積，降低局部壓強(qiáng)，減小封堵部位的管變形以及管線切割后的垂直位移。

4 污水管線帶壓封堵作業(yè)

4.1 三通扣件焊接

根據(jù)SY/T 6150.1—2003《鋼制管道封堵技術(shù)規(guī)程 第一部分:塞式、筒式封堵》計(jì)算管道的允許帶壓施焊壓力[3]。

式中，p為管道允許帶壓施焊的壓力，σs為管材的最小屈服強(qiáng)度，MPa；δ為焊接處管道實(shí)際壁厚，D為管道外徑，mm；C為壁厚修正值，一般取2.4 mm；F為安全系數(shù)，本管線取0.6。

污泥管線材質(zhì)為Q235B，σs取235 MPa ，δ取5.32 mm，D取500 mm，C取2.4 mm，F(xiàn)取0.6。帶入公式計(jì)算得到管道帶壓施焊允許壓力p=1.64 MPa[4]。此處管線在泵送停止情況下，只存在曝汽池內(nèi)含鹽污水靜壓力0.06 MPa，符合現(xiàn)場施工焊接要求[5]?？奂馁|(zhì)20鋼和母材Q235均為普通碳鋼，焊條選用型號(hào)J427焊條，焊接時(shí)電流在90～100 A，采用小電流多道焊。對(duì)焊縫采用著色檢測，保證焊接質(zhì)量符合焊接要求[6-7]。

4.2 安裝夾板閥

在-20 ℃環(huán)境下進(jìn)行夾板閥開啟試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，無保溫措施無法做到夾板閥全開。結(jié)合測試階段發(fā)現(xiàn)的啟閉困難情況，進(jìn)一步分析動(dòng)工后可能出現(xiàn)的問題。開孔工作開始后，夾板閥、開孔器筒室內(nèi)充滿工藝介質(zhì)，在低溫情況下將很快凍凝，無法啟閉[8]。屆時(shí)將導(dǎo)致開孔設(shè)備無法撤離，整個(gè)施工無法繼續(xù)進(jìn)行，裝置被迫停工。為此，在夾板閥上下兩側(cè)各設(shè)置1組暖氣片，見圖3。

圖3 增加了暖氣片的夾板閥

實(shí)際施工過程中，增設(shè)的暖氣片及時(shí)融化了閥板上的積雪，切實(shí)保障了夾板閥的啟閉順暢和施工的順利進(jìn)行。

4.3 帶壓開孔[9]

在管線上帶壓開孔存在較大人員安全風(fēng)險(xiǎn)，需要專用的開孔設(shè)備。此開孔設(shè)備主要由扣件、夾板、連箱、刀夾、刀頭及鉆桿等部件組成，其在管線上工作時(shí)的分解圖見圖4。

圖4 污水管線封堵施工專用開孔設(shè)備分解圖

在管線上帶壓開孔操作分10個(gè)步驟進(jìn)行：①將開孔機(jī)與短管連箱的貼合面清潔干凈，檢查O形圈是否完好，清理刀具和鉆桿的配合面，緊固刀頭與鉆桿同心。②擦凈U形卡表面油脂保證其靈活性，測量并記錄U形卡的位置及刻度。③將開孔機(jī)安裝于夾板閥頂部，固定后打開夾板閥，將進(jìn)給箱手柄打至空位，記錄原始位置刻度值，手動(dòng)進(jìn)刀，當(dāng)感覺遇到阻礙無法進(jìn)刀時(shí)，復(fù)核H1=H2+H3是否成立，若上式成立，則刀具已與母管管頂觸碰。④將進(jìn)給手柄打在自動(dòng)進(jìn)給位置，空載啟動(dòng)液壓站試運(yùn)后啟動(dòng)開孔機(jī)，開始切削開孔。記錄此時(shí)開孔機(jī)鉆桿刻度位置S1。⑤預(yù)算開孔結(jié)束位置S2=S1+H4。⑥開孔作業(yè)過程中，開孔機(jī)及液壓站旁必須有技術(shù)人員值守，一旦遇到意外情況需及時(shí)停機(jī)。⑦開孔期間密切注意行程刻度，當(dāng)刻度位置達(dá)到S2時(shí)，切削完畢，現(xiàn)場切削聲停止。⑧將進(jìn)給手柄打到空位，手動(dòng)向下繼續(xù)搖動(dòng)手柄兩圈，無卡阻后提升刀頭，直至恢復(fù)到原始位置。⑨關(guān)閉夾板閥。打開泄壓閥，觀察是否關(guān)閉徹底。⑩拆除開孔機(jī)，觀察開孔筒中切割下管線是否完整，以判斷下一封堵工序的具體操作。開孔工作完成。

污水管線封堵施工專用開孔設(shè)備刀頭切割下管線的瞬間情況見圖5。

圖5 污水管線封堵施工專用開孔設(shè)備刀頭切割下管線瞬間

4.4 投放筒式封堵器

污水管線封堵過程中的筒式封堵器投放施工現(xiàn)場見圖6。

圖6 筒式封堵器投放施工現(xiàn)場

筒式封堵器投放分3個(gè)步驟進(jìn)行：①吊裝封堵設(shè)備到夾板閥上，固定徹底后稍開夾板閥，觀察密封面無泄漏，打開連箱排氣閥，平衡壓力。②確定封堵筒下放尺寸，具體步驟參照開孔操作流程。做好各位置的刻度記錄。③待封堵筒下方到位后，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)膨脹筒中心螺桿，筒體膨脹，開始封堵，打開連箱放空閥，觀察封堵效果30 min，無異常及泄漏則進(jìn)行下步作業(yè)。

4.5 封堵后管線加裝閥門[10]

按照施工計(jì)劃對(duì)封堵后管線進(jìn)行加裝閥門作業(yè)，當(dāng)閥門安裝完畢后，將封堵筒手動(dòng)緩慢提升，確認(rèn)閥門加裝效果。若各部位無泄漏，則將封堵筒提升至起始位置，關(guān)閉夾板閥，開始更換管線工作。

4.6 安裝堵塞和盲蓋[11-12]

堵塞和盲蓋的安裝按以下步驟進(jìn)行：①將堵塞與連箱組合好，將堵塞縮回連箱。②測定堵塞鎖環(huán)結(jié)合面至連箱下法蘭面的距離，確定下堵器標(biāo)尺刻線數(shù)字。③將下堵器吊裝到夾板閥上，螺帽緊固。④打開夾板閥，手動(dòng)下放堵塞，待到達(dá)計(jì)算刻度后，使用內(nèi)六角扳手旋轉(zhuǎn)鎖環(huán)螺母，使鎖環(huán)卡壓住堵塞，四處鎖環(huán)對(duì)稱旋緊，打開連箱排放閥，觀察堵塞密封性。⑤排放閥無泄漏，撤離連箱，增加三通盲蓋。封堵任務(wù)結(jié)束。

5 污水管線帶壓封堵工程難點(diǎn)及注意事項(xiàng)[13]

(1)封堵結(jié)束后，管線打開增加閥門過程中，會(huì)出現(xiàn)因封堵設(shè)備重力、管線應(yīng)力導(dǎo)致的位移，封堵前應(yīng)充分考慮以保證余量。本次施工過程中管線切割完畢后垂直方向出現(xiàn)15 cm位移，當(dāng)時(shí)采取了清除墊土、液壓抬升、焊接L型勾、螺栓擰緊等辦法完成管線對(duì)接。

(2)封堵設(shè)備總重5 t左右，為防止地基松散或跑水后整體下陷，需制作專門支撐工具，增大與地面松軟地表的接觸面積，減少局部壓強(qiáng)，防止下沉。

(3)環(huán)境溫度在-15～25 ℃，應(yīng)定期測溫，防止凍凝。液壓設(shè)備必須選用冬季低溫抗凝液壓油，防止液壓油因流動(dòng)不暢導(dǎo)致開孔時(shí)間延長。

(4)此項(xiàng)工程存在動(dòng)火、空間有限、臨電、帶壓封堵等施工過程風(fēng)險(xiǎn)，需要指派專業(yè)的監(jiān)護(hù)及HSE管理人員。

6 結(jié)語

本次帶壓封堵作業(yè)克服了管線腐蝕減薄、氣溫低、空間作業(yè)受限、連續(xù)施工等不利影響，依靠前期大量細(xì)致的準(zhǔn)備工作才得以保證工程的順利實(shí)施[14]。整個(gè)作業(yè)由焊接扣件到封堵結(jié)束歷時(shí)20 h，圓滿完成了更換管線工作。為今后低溫環(huán)境下，大管徑管線帶壓封堵施工積累了經(jīng)驗(yàn)[15]。