楊向陽

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

某廠空分裝置空壓機(jī)組增壓機(jī)段間冷卻器采用浮頭式管式換熱器，2018 年底，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)循環(huán)水回水管道溫度、壓力超差嚴(yán)重，打開管道頂部排放閥門排出大量氣體，因此判斷換熱器管束內(nèi)漏導(dǎo)致高壓氣體泄漏進(jìn)入回水管道內(nèi)，如修復(fù)或更換此換熱器需要全廠停車將損失巨大，通過研究決定采用循環(huán)水回水出口管線增加氣液分離罐排除泄漏氣體減少氣阻的方式臨時(shí)解決，該回水管道口徑DN 350，經(jīng)工藝計(jì)算需在線帶壓開口徑為DN 200 圓孔排出泄漏氣體，經(jīng)過與專業(yè)廠家對(duì)接，需專業(yè)設(shè)備進(jìn)行，費(fèi)用巨大、時(shí)間較長(zhǎng)，為解決此問題，通過技術(shù)攻關(guān)提出一種效率高、清潔性好、費(fèi)用小、易于操作、操作空間小、安全可控等優(yōu)點(diǎn)的方法，成功解決此問題，節(jié)約大量生產(chǎn)成本。

1 在線開孔結(jié)構(gòu)及操作方法

傳統(tǒng)在線帶壓開孔需專業(yè)設(shè)備，配置電機(jī)、鉆頭等，采用鉆削加工，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大、重量較大，本文介紹一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需外接電機(jī)、設(shè)置鉆頭，并且材料普通，可根據(jù)不同工況進(jìn)行制作。如圖1 所示。

主要操作步驟：

（1）首先對(duì)擬開孔部位計(jì)算最小壁厚，計(jì)算時(shí)要考慮厚度減薄附加量即加工開槽深度及材料厚度負(fù)偏差，具體計(jì)算過程見本文第3 節(jié)。

（2）依據(jù)實(shí)際口徑需求進(jìn)行定位、劃線。

（3）使用超聲波測(cè)厚儀測(cè)量實(shí)際厚度后，將擬開孔定位線打磨至開孔最小壁厚。

圖1 帶壓開孔裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structure with pressure opening hole device

（4）選擇合適的短管口徑、長(zhǎng)度、閥門、法蘭及配套螺栓墊片。

（5）將大螺桿焊接到主管上，必須適當(dāng)加強(qiáng)，可采用焊接三角筋板或焊縫打坡口加固，防止在作業(yè)過程中大螺桿與主管脫落，導(dǎo)致開孔作業(yè)失敗。

（6）法蘭首先焊接到短管上，然后套入大螺桿并將一端垂直焊接固定在主管上的擬開孔位置的四周；

（7）將閥門的一端與上述短管的法蘭連接；

（8）依次將密封墊板、盲法蘭按照?qǐng)D示連接，并保證大螺桿依次穿過所述封板、閥門的通道以及短管的中心。

（9）所有部件安裝完畢后，通過反復(fù)緊固大螺桿螺母、錘擊大螺桿，使擬開孔位置收到拉力及推力作業(yè)發(fā)生金屬疲勞，從而按照劃線、打磨減薄線斷裂直至脫落。

（10）將大螺桿拉至盲法蘭側(cè)，關(guān)閉閥門，拆開盲法蘭，取出大螺桿及脫落的金屬管壁，完成開孔作 業(yè)。

2 操作要點(diǎn)

（1）大螺桿可根據(jù)開孔口徑設(shè)置一根或多根。設(shè)置單根時(shí)，應(yīng)使短管、大螺桿、盲法蘭的中心軸線與所述擬開孔位置的中心位置重合。設(shè)置多根大螺桿時(shí)，盡量均布在擬開孔部位，使開孔部位金屬管壁受力均勻，同時(shí)在螺栓緊固或錘擊時(shí)必須同步，防止變形。

（2）大螺桿與盲法蘭中心空間間隙為2 ～ 3 mm，同時(shí)墊板和盲法蘭之間設(shè)置密封墊，以保證螺桿與盲法蘭之間密封配合，防止開孔部位金屬斷裂時(shí)管內(nèi)介質(zhì)泄漏。

（3）短管10 的口徑必須大于擬開孔口徑，以保證開孔后能夠取出大螺桿及開孔處脫落的管壁。

（4）閥門的1/2 通道長(zhǎng)度大于開孔縱向長(zhǎng)度，即L2＞L1，如必要時(shí)可在閥后增設(shè)短管，保證開孔成功后有足夠長(zhǎng)度放置開孔部位斷裂后脫落下的金屬管壁，從而能夠順利關(guān)閉閥門。

（5）壁厚需要反復(fù)測(cè)量，可借助超聲波測(cè)厚儀、深度尺等測(cè)量?jī)x器，防止破壞管道本體的承壓結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致管道結(jié)構(gòu)失穩(wěn)泄漏。

（6）在線焊接時(shí)，金屬材料的強(qiáng)度隨著溫度的升高而急劇降低，管壁上已經(jīng)熔化的部分完全失去了承載能力，當(dāng)該區(qū)域剩余壁厚不足以承受介質(zhì)壓力和焊接應(yīng)力的共同作用，就會(huì)發(fā)生燒穿。燒穿是由壁厚、熔深、操作壓力、流動(dòng)狀態(tài)等等因素的綜合作用的結(jié)果。管道壁厚對(duì)在役焊接燒穿的發(fā)生有著不容忽視的作用。研究表明焊接熱輸人使得管道內(nèi)表面溫度達(dá)到982 ℃以上，易發(fā)生燒穿的危險(xiǎn)，而當(dāng)壁厚超過6.4 mm 時(shí)，采用低氫焊條進(jìn)行正常焊接時(shí)，這一溫度很難達(dá)到，不會(huì)發(fā)生燒穿。對(duì)于壁厚超過12.8 mm的管道，燒穿不是主要問題。當(dāng)管道壁厚小于6.4 mm，API RP2201 推薦第一個(gè)焊道宜使用2.4 mm 或更小直徑的焊條，來限制熱輸入量。如果金屬的厚度不超過12.8 mm，隨后的焊道焊接宜使用3.2 mm 或更小直徑的焊條。

（7）作業(yè)前必須依據(jù)管內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，制定各項(xiàng)安全措施后對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全交底及技術(shù)交底，確保作業(yè)整個(gè)過程安全受控。

3 壁厚計(jì)算過程

查循環(huán)水管道設(shè)計(jì)文件可知本次需開孔主管參數(shù)如下：

材質(zhì)直縫埋弧焊鋼管相應(yīng)參數(shù)為：DN350 SAW HG 20553（Ia） SCH20（8.0mm） L245 GB 9711.1，腐蝕裕度1.5mm。

介質(zhì)循環(huán)水回水相應(yīng)參數(shù)為：設(shè)計(jì)溫度 60 ℃，設(shè)計(jì)壓力0.7 MPa，使用溫度40 ℃，使用壓力0.35 MPa。

此管道按照使用性質(zhì)工業(yè)金屬D 類流體范疇，因此計(jì)算壁厚需參照GB 50316—2000《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》，按照規(guī)范中第6 章金屬管道組成件耐壓強(qiáng)度計(jì)算章節(jié)6.2.1 承受內(nèi)壓直管的厚度計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：“當(dāng)直管計(jì)算厚度 小于管子外徑D的1/6 時(shí)”，即：

ts= 8 ＜355.6 / 6 = 59.26 mm

按照下式計(jì)算：

式中ts——直管計(jì)算厚度；

t——直管開孔厚度；

P——設(shè)計(jì)壓力；

D0——管子外徑；

C——厚度減薄附加量；

[σ]t——設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力；

Ej——焊接接頭系數(shù)；

Y——材料系數(shù)，按表選取。

具體數(shù)據(jù)見表1，把相關(guān)數(shù)據(jù)代入式中求得：

該管道為埋弧焊鋼管直縫鋼管，考慮到材料厚度負(fù)偏差及腐蝕情況，此處取厚度減薄附加量C為2 mm：

圓整為3.3 mm，確定加工最小壁厚后即可開始按照第1 節(jié)步驟進(jìn)行作業(yè)。

表1 管道壁厚計(jì)算參數(shù)Table 1 Calculation parameters of pipe wall thickness

4 存在問題

盲法蘭與大螺桿間密封墊片尺寸確認(rèn)及制作加工必須嚴(yán)謹(jǐn)，否則需開孔位置管壁金屬斷裂后，無法確保盲法蘭與大螺桿之間不泄漏或泄漏量可以控制，制約此開孔裝置的適用范圍，因此在易燃易爆、有毒介質(zhì)使用時(shí)要慎重選擇此方法。

5 結(jié)束語

目前化工生產(chǎn)裝置均為連續(xù)生產(chǎn)，開停車損失巨大，費(fèi)用均在百萬以上，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，往往因?yàn)榉N種問題需要在正在使用的管道上開孔，帶壓開孔技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前國內(nèi)傳統(tǒng)的管道帶壓開孔技術(shù)，均采用專業(yè)開孔機(jī)切削開孔，存在設(shè)備體積大、運(yùn)輸困難、專業(yè)性強(qiáng)、費(fèi)用高、管道內(nèi)部易進(jìn)入鐵屑雜物等問題，往往無法大規(guī)模使用，本文介紹帶壓開孔方法，具有效率高、清潔性好、費(fèi)用小、易于操作、操作空間小、安全可控等優(yōu)點(diǎn)，在保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下采用，可創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。