近收發球筒封堵技術及管道維修工藝設計

杜宇龍，曾 鳴，張仕民，王文明

（中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院，北京102249）

近收發球筒封堵技術及管道維修工藝設計

杜宇龍，曾 鳴，張仕民，王文明

（中國石油大學（北京）機械與儲運工程學院，北京102249）

近收發球筒封堵是對靠近收發球筒的一段管段或者閥類控件進行維修時使用的一種管道封堵技術。介紹了近收發球筒封堵器可進行的3種封堵作業：收發球筒閥門更換與維護作業，廢棄分支管線作業和管線閥門維修與更換作業，并設計了相應的管道維修工藝。相對于傳統的封堵技術，近收發球筒封堵技術具有操作方便、易于實施、設備簡單等優點。

管道封堵；近收發球筒；維修；工藝

油、氣管道是陸、海油氣田開發、生產與油氣外輸的主要生產設施［1］。隨著全世界油氣工業的發展，油、氣管道總使用長度在不斷增加。近年來一批區域性大型天然氣干線管道的建成投產，使中國管道工業的發展速度和技術水平跨入了世界先進行列［2］。目前，美國擁有長約200萬k m的油氣管道網絡；截至2010年底，我國已建油氣管道總長度［3］約8.5萬k m，其中天然氣管道4.5萬k m，原油管道2.2萬k m，成品油管道1.8萬k m。

管道一旦發生泄漏，將造成嚴重的經濟、安全、環保和生態影響［4］。隨著我國經濟發展及能源需求的增加，需對油氣管道輸送技術、安全保障及維護技術裝備進一步研究。目前，我國油氣管道中，管道失效以及閥門等故障會逐漸增多，需要對新型智能管道維搶修裝備加大研發，從而保障管道的安全運行。石油天然氣管道投入運行時，經常需要在不停輸的條件下進行管道加裝支線、改線等作業［5］，在管道進行維護的過程中常采用管道封堵技術來封隔管道內部的輸送介質。

1 近收發球筒封堵技術簡介

1.1 技術發展概況

我國在管道維搶修方面廣泛使用的是帶壓開孔封堵技術和管內智能封堵技術。帶壓開孔技術在維修管道并進行封堵作業時，工藝復雜，不適用帶有電伴熱等附加設施的雙層管道封堵，裝備的開發與施工影響管道正常輸送的時間較長；管內封堵技術在應用于近收發球筒管道維修和閥類控制元件維修時，管內智能封堵復雜的操作過程和設備都降低了經濟性和操作效率，迫切需要研制可靠的近收發球筒封堵器完成封堵作業。

近收發球筒封堵技術以及配套工具的開發屬于管端系纜封堵技術的一種，利用靠近收發球筒的位置優勢，在處理近收發球筒管線維搶修的帶壓作業方面具有操作簡單、易于實施、設備簡單等優點。

將管內智能封堵器的封堵頭應用于系纜封堵形式即為近收發球筒管道封堵技術的具體封堵方式，圖1所示為中國石油大學（北京）油氣管道智能裝備實驗室研制系纜封堵的具體形式。再結合動態密封技術和可進行手動操作的液壓系統即為近收發球筒管道封堵技術的關鍵部分。

圖1 中國石油大學（北京）油氣管道智能裝備實驗室的系纜封堵器

1.2 智能封堵技術

國外主要有美國的T.D.Williamson公司和英國的Stats Group公司專注于管道維修技術開發。美國T.D.Williamson公司在管道封堵器方面的相關產品注冊名稱為Smart Pl ug T M，是一種用于海底油氣管道高壓智能封堵的工具，如圖2所示。作業時封堵器被壓力液推入管道，到達指定位置后由遙控裝置控制完成封堵作業。在近管端維搶修方面，可以完成更換閥門等作業。

圖2 T.D.Williamson公司的管內智能封堵器及近管端更換閥門作業

英國Stats Gr oup公司在近管端封堵技術方面進行了先驅性探索與設計，針對系纜封堵技術的特點將其應用到近管端管道維修領域，并開發了一系列封堵及配套工具，確保技術的成果轉化。圖3所示為由該公司設計完成的系纜封堵頭在管道維修工作中的應用，封堵頭的結構原理與其他封堵頭相同，后系纜線主要用于控制封堵頭的坐封和密封動作以及提供液壓動力。

圖3 Stats Group公司的系纜封堵器應用實例

國內從2008年起，在中國石油大學（北京）張仕民教授的主持下，研究了管內智能封堵技術，包括其結構［6］、錨定性能仿真［7］及密封性能等方面的理論和試驗研究，搭建了管內智能封堵器的坐封與解封的試驗平臺，以驗證理論設計的可行性。

2 管道維修工藝

目前，對于近收發球筒管道或管線閥類元件的維護與更換、管線維護和支管廢棄等作業，常用的封堵器包括擋板-囊式、囊式、塞式和盤式管道封堵器［8-9］。但上述封堵器作業時大多需要多次使用管線帶壓開口封堵裝置對管線進行開孔、封堵作業，作業工藝復雜、費用高［10］。本文介紹的近收發球筒管道封堵器為封堵頭與快速收發球筒、管線帶壓開孔封堵裝置配合完成上述作業。在近管端作業時，簡化操作步驟，工藝簡單、安全性高，同時所需費用也低于傳統作業形式。近收發球筒封堵器主要可以進行收發球筒閥門更換與維護作業；廢棄分支管線作業；管線閥門維修與更換作業。

2.1 收發球筒閥門更換與維護作業

工藝流程如圖4所示。

圖4 收發球筒閥門更換與維護作業流程示意

1） 首先關閉閥門，通過收發球筒注入近收發球筒封堵器封堵頭。

2） 打開正常閥門與損壞閥門，將封堵頭通過損壞閥門，并進行封堵。

3） 退回液壓控制纜，維修或更換損壞閥門。

4） 接回液壓控制纜，并注入法蘭密封測試單元，分別對新更換的閥門的遠端和近端法蘭進行密封測試，如果密封完好則撤出法蘭密封測試單元，如果密封失敗則需重新進行密封及檢測。

5） 解封并退回封堵頭，關閉閥門。

6） 退出封堵設備，作業完成。

如果收發球筒閥門為微泄漏閥門（圖5），即閥門關閉時泄漏量微小，泄漏量在發球筒作業允許范圍內，則在收發球筒近端無其他正常閥門的情況下，仍可使用近收發球筒封堵器進行閥門更換與維護作業。作業流程同上。

圖5 收發球筒微泄漏閥門

2.2 廢棄分支管線作業

工藝流程如圖6所示。

1） 在棄管上安裝帶壓封堵設備。

2） 使用筒刀切開管壁，并用封堵器對棄管進行帶壓封堵。

3） 使用切割器切斷棄管，安裝臨時收發球筒。

4） 撤回帶壓封堵器，將封堵頭推進至指定位置進行封堵。

5） 斷開液壓控制纜，移走棄管和帶壓封堵設備。

6） 在管端安裝盲法蘭，棄管作業完成。

圖6 廢棄分支管線作業流程示意

如果廢棄支管部分無法蘭接頭，可直接在管線上進行上述作業，即在執行流程第（5）步驟時，使用切割器在封堵頭與封隔器之間切斷管線，在斷口處焊接上法蘭，從而完成無法蘭接頭的部分管線廢棄作業。

2.3 管線閥門維修或更換作業

工藝流程如圖7所示。

1） 在管線上安裝帶壓封堵設備。

2） 使用筒刀切開管壁，并用封堵器對棄管進行帶壓封堵。

3） 使用切割器切斷棄管，安裝臨時收發球筒。

4） 撤回帶壓封堵器，將封堵頭通過損壞閥門后推進至指定位置進行封堵。

5） 更換閥門，并檢驗閥門法蘭密封性能。

6） 撤出封堵頭，關閉閥門，連接新的管線，作業完成。

3 結論

1） 本文對近收發球筒封堵器的現狀進行了介紹。并提出了近收發球筒封堵器可進行的3種封堵作業，即①收發球筒閥門更換與維護作業；②廢棄分支管線作業；③管線閥門維修與更換作業。并對以上作業的工藝進行了介紹。

2） 目前，由于近收發球筒封堵器具有經濟性好、操作簡單、易于實施等特點，國內外對于近收發球筒封堵器的關注度在不斷升高。對于近收發球筒處或管線閥類元件的維護與更換、管線維護和支管廢棄等作業，使用近收發球筒封堵器是十分便利的。

3） 近收發球筒封堵技術目前仍存在一定缺點，并且應用場合受限。對于以下幾種情況，無法應用此設備進行作業：①收發球筒閥門更換與維護作業時，收發球筒為單閥控制，閥門泄漏量較大，無法操作盲板；②管線閥門維修與更換作業時，閥門與主干線之間距離小于封堵頭的長度；③管線閥門維修與更換作業時，需更換的閥門連接于非直線管道上；④廢棄分支管線作業時，作業處支線管道為非直線管道。

圖7 管線閥門維修或更換作業流程示意

4） 盡管此技術存在針對性過強、應用場合受限等缺點，但其避開遠程控制技術壁壘，直接使用管內封堵頭作為主要封堵元件，無需重新開發，設備結構簡單、互換性強，經濟實用，在我國近收發球筒管道維搶修方面的應用前景廣闊。

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［6］ 樊文斌，張仕民.管內高壓智能封堵器設計［J］.石油機械，2008（9）：213-215.

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Technology of Plugging Isolation Near Launcher／Receiver and Pipeline Maintaining Process

DU Yu-l ong，ZENG Ming，ZHANG Shi-min，WANG Wen-ming
（College of Mechanical and Tr ansportation Engineering，China University of Petroleu m （Beijing），Beijing 102249，China）

Wit h the rapid develop ment of oil and gas pipelines，t he pl ugging technol ogy which is used to increase security of pipe repairing has been flourishing.As a kind of pipeline repair technology，plugging isolation near launcher or receiver is used to pl ug pipeline when maintaining the broken part of pipeline or change valves.This article introduces the status of the plug packer f or pl ugging isolation near launcher or receiver.And 3 kinds of block pr ocesses are raised，which pl ug packer can do，t hat are changing or maintaining t he valves near launcher or receiver；abandoning branch pipeline；changing or maintaining the valves installed in the pipeline.Plugging isolation near launcher or receiver which uses si mple equip ment to precede operations is easier to operate and i mplement co mpared with t he traditional pl ugging technology.

pipeline plug；near launcher or receiver；maintenance；technology

TE952

B

1001-3482（2014）06-0089-05

2014-01-02

杜宇龍（1988-），男，黑龍江大慶人，碩士研究生，主要從事管道維修技術研究，E-mail：copy mandyl＠hot mail.co m。