曹雋，陳建鋒(西安西北石油管道有限公司，陜西 西安 710018)

0 引言

長輸天然氣管道在設計施工過程當中，遇到高山、河流時往往由于高落差、敷設應力大、敷設距離遠等原因，采取隧道穿越的方式進行天然氣管道的敷設。在投入運行后，常常因為管道內腐蝕或地質災害導致管道本體存在缺陷而影響管道正常運行。特別是隧道內油氣管道由于腐蝕、焊縫缺陷等隱患，傳統(tǒng)的套筒補強方式無法徹底消除管線安全隱患，就需要徹底更換缺陷管道，進行換管的動火連頭作業(yè)。由于隧道內空間狹小，空氣流動差，通訊設備信號差，需要使用便于操作、體積較小的工具，以及使用強制通風設備保證隧道內的可燃氣體濃度、氧氣的濃度達到動火連頭的要求，并且使用簡單高效的通訊方式，使得信息溝通暢快。文章介紹一種在隧道內使用自制工具進行動火作業(yè)的方法，該作業(yè)法提高了對在役天然氣管道進行維護或更換的工作效率。

1 工藝特點

在役天然氣管道完整性管理過程中，需對管道進行內檢測，在發(fā)現(xiàn)管道有變形、內腐蝕、焊口缺陷等問題時，經(jīng)過與運行參數(shù)、管道材質、管道敷設地區(qū)風險等級等綜合評估，對風險不可接受的缺陷經(jīng)常采用換管的方式排除風險。在役天然氣管道換管作業(yè)屬于動火作業(yè)，在中石油內部管理中被列為特級動火[1]，為動火作業(yè)級別中最高等級。而在隧道內進行換管動火作業(yè)收到空間影響，往往面臨空間受限、吊裝運輸受限、通風不暢、動火指令傳達不暢等各種疊加風險因素。

換管動火作業(yè)前需對缺陷點上下游閥室間油氣進行放空，放空后使用氮氣對管段置換，使可燃氣體濃度低于爆炸下限的10%[2]，確保動火作業(yè)的安全進行；使用軸流風機對隧道內空氣進行置換，確保隧道內空氣氧含量高于19.6%[3]，排出隧道內管線打開后溢出的氮氣、可燃氣體，動火連頭作業(yè)時焊接產生的煙塵，一方面降低了在相對密閉環(huán)境下人員窒息的安全隱患，另一方面降低了作業(yè)空間內發(fā)生火災爆炸的安全風險，確保了作業(yè)人員的身體健康和施工安全；使用供氣風帽從隧道外由空氣壓縮機引入新鮮空氣供給作業(yè)人員，保證在相對密閉、缺氧且有毒環(huán)境下作業(yè)人員能夠正常呼吸，提高作業(yè)人員安全。

2 基本原理

動火作業(yè)前，關閉隧道前后坐閥室的干線階段閥，以及所有的旁通線路，根據(jù)閥室實際情況，選用冷放或者熱放方式，放空閥間管內天然氣，通過觀察放空管段內的壓力，驗證閥門的嚴密性，驗證后用氮氣對區(qū)間管道進行置換；置換合格后在隧道內進行換管作業(yè)，隧道內空氣流動受阻且空間狹小，為保證作業(yè)順利進行，通過軸流風機對隧道內進行強制通風，盡量避免使用明火，使用中頻加熱器對管道進行防腐層剝離作業(yè)，使用鉆洗機或是坡口機進行冷切割斷管作業(yè)，作業(yè)時工作人員佩戴風帽從隧道外供應新鮮空氣進行呼吸，防止管道打開瞬間氮氣濃度驟然升高發(fā)生窒息事件，待斷管作業(yè)完成后，使用自制運管小車將待更換管段運輸至換管位置，使用龍門吊進行新管段的吊裝及組對作業(yè)，組對完成后進行管道焊接施工[4]。

3 工藝流程

通過前期現(xiàn)場踏勘，對更換管段進行定位，核實隧道內管線布置位置、埋深及管線參數(shù)，測量隧道長度，隧道內空間體積，作業(yè)點距隧道兩端距離等。編制相應的作業(yè)計劃及施工方案要求，調遣相應的作業(yè)人員抵達現(xiàn)場，并進行施工培訓、安全教育及應急演練。

作業(yè)前，在隧道口兩側放置2臺軸流風機，1臺送風1臺排氣對隧道內空氣進行置換，進入隧道前，測量隧道內空氣氧含量高于19.6%時方可進入隧道內進行作業(yè)。

在隧道口放置2臺88 kW發(fā)電機，1臺供應照明及通風，1臺為焊接及斷管設備提供動力。根據(jù)施工所使用設備功率及長距離供電的電力損耗(損失功率P=3I2R,式中：I為負荷電流，導線電阻R=RL，式中：L為導線長度)和用電安全，現(xiàn)場所使用動力電纜采用25 mm2(YZ3×25+2×10)型電纜專供動力設備，軸流風機采用16 mm2電纜提供動力，照明采用6 mm2電纜提供動力，且6 mm2電纜和16 mm2電纜采用雙回路設置防止單個設施切斷時線路斷電[4]。具體作業(yè)步驟如圖1所示。

圖1 天然氣管道隧道內換管動火作業(yè)流程圖

4 輔助設備

(1)在受限空間內，使用正壓是空氣呼吸器為作業(yè)人員供氧，作業(yè)人員在換管作業(yè)期間，全程佩戴供氣風帽，使用空壓機連接供氣軟管對風帽進行供氣，防止管線打開后氮氣瞬間大量溢出，造成人員窒息傷害。一個正常成年人的呼吸量約為1 m3/h，可根據(jù)作業(yè)人數(shù)來選取合適的空壓機，根據(jù)空氣的輸送距離和高差來調節(jié)空壓機的運行壓力，作業(yè)人員可根據(jù)自身的呼吸狀況在風帽接口閥門處調節(jié)送風流量。供氣風帽及匯管示意圖如圖2所示。

圖2 供氣風帽及匯管示意圖

(2)利用運輸小車對新管件及設備進行運輸，由于隧道內空間受限，施工設備及待更換管道無法使用常規(guī)運輸設備搬運，本工法所采用的自制運輸車，在符合安全施工的基礎上滿足狹小作業(yè)空間搬運需求，能大幅提升施工作業(yè)效率。運管小車示意圖如圖3所示。

圖3 運管小車示意圖

(3)有限空間內，利用自制龍門吊進行吊裝作業(yè)由于隧道內空間狹小，無法使用大型機械進行吊裝作業(yè)，根據(jù)隧道內空間特點及吊裝物的質量，選定可承載的工字鋼及吊裝裝置，自行設計并組裝了一種新型龍門吊。自制龍門吊頂部安裝橫向移動裝置，齒輪可在龍門吊頂部的軌道內滑動，從而實現(xiàn)橫向吊裝，而通過吊裝滑輪下安裝的倒鏈可進行縱向吊裝。吊裝龍門架示意圖如圖4所示。

圖4 吊裝龍門架示意圖

5 結語

在隧道內對在役天然氣管道進行管道更換的動火作業(yè)，屬于特級動火中安全、質量要求最高的作業(yè)。所以在作業(yè)中要嚴格按照動火作業(yè)現(xiàn)場負責人指令有序作業(yè)。每一項作業(yè)前都需對作業(yè)現(xiàn)場的氧氣濃度、可燃氣體濃度、通風設備、通訊設備等各項安全保證要素進行確認。進場前需對所有設備、工器具進行完好率確認，現(xiàn)場的安全、技術交底做到位，使得每一位作業(yè)人員明確崗位職責，各項工作無縫銜接。