帶壓開孔封堵技術(shù)應(yīng)用及探討

程習(xí)剛 沈志恒

中國石油天然氣第七建設(shè)公司山東青島266061

帶壓開孔技術(shù)是一種工藝先進(jìn)的管道、設(shè)備改造以及工程搶修技術(shù),它解決了裝置連續(xù)生產(chǎn)的難題,能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。該技術(shù)能在不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行帶壓在線開孔接點,全過程在密閉空間內(nèi)進(jìn)行，既不影響裝置的正常運(yùn)行，又能保證安全、高效、環(huán)保地完成管線碰頭或預(yù)留接口的任務(wù)，在實踐中得到了越來越多的成功運(yùn)用。

本文以遼陽石化公司汽油質(zhì)量升級項目污油線帶壓開孔為例，通過帶壓開孔原理、帶壓開孔工藝流程、開孔方法、過程控制的歸納總結(jié)，闡明了帶壓開孔的技術(shù)要領(lǐng)。特別是在該項目中成功使用了橡膠軟管泄壓和自制手動軋管刀割管工藝，大大減少了焊接工作量，安全方便快捷，可為類似工程提供借鑒和參考。

1 項目概況

在遼陽石化公司汽油升級項目實施中，因現(xiàn)場有兩條DN250污油線影響基礎(chǔ)施工需拆除，但供一氣分的污油主線上無隔斷閥無法停輸。工程部決定在MTBE裝置北側(cè)污油主線上，不停輸加閥門，以利切斷其后的管線。

2 帶壓開孔原理

在管道不停輸?shù)那闆r下，利用特殊對開三通法蘭短節(jié)、閥門連接在需要開孔的管線（設(shè)備）上，采用機(jī)械和手動開孔工具實現(xiàn)在線開孔。開孔機(jī)在開孔過程中是在完全封閉的空腔內(nèi)進(jìn)行的,刀具切削過程與空氣隔絕,無著火、爆炸的可能性。由于封閉開孔、無泄漏,有毒有害介質(zhì)不能排放到大氣中,因此對環(huán)境無污染。帶壓開孔原理圖如圖1所示。

圖1 帶壓開孔原理圖

2 工藝流程

帶壓開孔加閥流程圖如圖2所示。

圖2 帶壓開孔加閥流程圖

3 施工前的準(zhǔn)備工作

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備工作

3.1.1 帶壓開孔施焊要求

認(rèn)真審查原有施工圖紙及相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，通過計算確定開孔管道是否允許帶壓施焊。

（1）開孔短管焊接管道壓力要求

管道允許帶壓施焊的壓力計算如下：式中：

P——設(shè)備、管道允許帶壓施焊的壓力，Mpa；

σs——設(shè)備、管道母材的最小屈服極限，Mpa；

t——焊接處管道、設(shè)備實際厚度，mm;

c——因焊接引起的壁厚修正量，mm（通常為2.4mm）;

D——設(shè)備、管道外徑，mm。

F——安全系數(shù)（水、氮?dú)獾确强扇?、有毒介質(zhì)取0.6；有毒可燃介質(zhì)取0.5）

將本項目中相應(yīng)的數(shù)據(jù)代入上式，得出P=2.99Mpa＞1.6Mpa（管線操作壓力），故污油管道滿足外部施焊要求。

（2）焊接管道內(nèi)介質(zhì)流速要求

查流量計顯示280m3/h。根據(jù)計算公式，可得其中的流速為1.585m/s＜5m/s，滿足焊接要求，同時流速小于2.5m/s，可以直接封堵。

3.1.2 帶壓開孔技術(shù)措施制定

針對開孔、封堵、焊接等編制專業(yè)施工技術(shù)措施和相應(yīng)的質(zhì)量檢驗措施，并對施工現(xiàn)場平面、空間提前做好勘查。技術(shù)措施要求切實可行，可控性強(qiáng)。要健全壓力管道安裝質(zhì)量保證體系。此外，需要完成的工作還包括：圖紙會審與設(shè)計交底工作；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范收集；向施工作業(yè)人員技術(shù)交底；對特殊施工作業(yè)人員起重工、電焊工、檢測工進(jìn)行資質(zhì)審查，焊接工藝評定的制作與審核，所有交工技術(shù)文件、表格準(zhǔn)備就位。

3.2 物資準(zhǔn)備

施工前所有機(jī)械設(shè)備齊全并調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)正常。施工用管子、管件表面無裂紋、縮孔、夾渣、重皮等缺陷，無超過壁厚負(fù)偏差的銹蝕或凹陷；密封材料不應(yīng)有氣孔、雜質(zhì)、飛邊、毛刺、裂紋等缺陷；帶特殊法蘭的對開三通等材料應(yīng)有材料材質(zhì)單、產(chǎn)品合格證及標(biāo)識齊全，閥門還應(yīng)有試壓記錄。

物資準(zhǔn)備主要是開孔機(jī)、封堵器及開孔用刀具堵頭的準(zhǔn)備，專用閥門及對開式三通的定制、臨時旁路線的提前預(yù)制。

3.3 開孔作業(yè)點選擇

開孔作業(yè)點宜選擇在寬敞位置，并應(yīng)核對圖紙，將開孔點選擇在業(yè)主指定位置附近。

剝離被開孔管道防腐層，開孔點不能選擇在焊縫上。如實際位置在焊縫上則應(yīng)與設(shè)計和業(yè)主商量更換位置。

兩條污油線開孔點前后錯開，留出施工空間。

利用測厚儀對被開孔管道的開孔點進(jìn)行壁厚測量并記錄數(shù)據(jù)。通過測厚儀檢測施焊處的實際壁厚，以滿足施焊要求。

3.4 現(xiàn)場準(zhǔn)備

聯(lián)合作業(yè)坑和動火作業(yè)坑的開挖應(yīng)有足夠的操作空間且滿足安全逃生要求。作業(yè)區(qū)外設(shè)置安全警戒區(qū)，并設(shè)置明顯的安全標(biāo)識

4 帶壓開孔的施工過程

首先在設(shè)備、管道帶壓焊接一個帶特殊法蘭對開三通，在法蘭上方安裝一臺夾板閥。把開孔機(jī)與法蘭閥門連接，并打開閥門。把開孔機(jī)刀具通過閥門接觸到需要開孔設(shè)備和管道，然后在該短管、閥門、鉆機(jī)連箱刀具放置空間里面按被開孔管道的設(shè)計壓力做好試壓及氣密工作，試壓合格后轉(zhuǎn)動刀具在設(shè)備、管道上開孔。開孔成功后退出刀具和開孔留下的鐵塊，退出到閥門以外的鉆機(jī)連箱的空間中，然后關(guān)閉閥門，鉆機(jī)連箱泄壓并拆去開孔機(jī)，帶壓開孔成功。

4.1 對開三通組對及焊接

對開三通組對尺寸要求嚴(yán)格。選定開孔位置后，先用一個帶特殊法蘭的對開三通（半圓管）扣在待開孔的污油線上，其正下方配對另一半對開三通，確定能全部包住主管且尺寸合適，將兩片對開三通點焊固定。

對開三通護(hù)板和管道焊接是帶壓開孔的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對開三通護(hù)板縱向焊縫采用兩名焊工同時對稱施焊；縱向焊縫完成后，兩名焊工對兩道環(huán)向角焊縫再分別對稱施焊。在環(huán)向角焊縫焊接過程中，采用容易控制的手工鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面，焊接過程中采用小電流、快速焊、手把傾斜等方法降低線能量，從而降低溫度和熔池深度。在氬弧焊焊接過程中，熔池深度（深入需開孔管道、設(shè)備側(cè)）在2mm左右。由于開孔過程是在操作條件下進(jìn)行的，所以必須保證管道內(nèi)壁溫度不可過高，一般內(nèi)壁溫度不超過100℃。環(huán)向角焊縫焊接形式結(jié)構(gòu)如下圖3所示。焊接完成后采用PT和MT對焊道進(jìn)行無損檢測。

圖3 環(huán)向角焊縫焊接形式結(jié)構(gòu)圖

4.2 對開三通法蘭封堵

在對開三通特殊法蘭口外側(cè)，采用配套螺絲擰入法蘭外側(cè)的四個小孔孔中，推動小孔內(nèi)的圓弧形的“鍵”推出堵盤以完成法蘭封閉。

4.3 管線開孔

4.3.1 將夾板閥和壓力平衡閥安裝就位

夾板閥水平安裝在對開三通法蘭上方，并加正式墊片密封良好。在開孔的污油線下游采用電動小開孔機(jī)鉆開一個平衡泄壓小孔，帶有球閥的平衡孔短節(jié)在開孔完成的同時留在接管上，待小開孔刀縮回后關(guān)閉球閥，卸下小開孔機(jī)。

4.3.2 組裝開孔機(jī)

組裝過程中應(yīng)該檢查開孔刀和鉆機(jī)連箱同心度是否符合要求。測量開孔刀頭的初始位置，并在開孔機(jī)軸標(biāo)尺處做好記錄，方便確認(rèn)刀具進(jìn)入狀況。把開孔機(jī)和閥門連接，墊片螺栓適用準(zhǔn)確。確認(rèn)閥門尺寸，確保有足夠的內(nèi)徑讓開孔刀順利通過。調(diào)整開孔行程，確保開孔行程不超過開孔機(jī)的最大行程，且滿足開孔要求，開孔機(jī)組裝及調(diào)整圖見圖4。

圖4 鉆孔設(shè)備組裝及調(diào)整圖

4.3.3 開孔設(shè)備水壓及氣密試驗

開孔前對焊接在管道上的管件和組裝在管道上的閥門、開孔機(jī)等部件進(jìn)行整體試壓，試驗壓力選擇管道操作壓力1.6MPa。強(qiáng)度試驗合格后用氮?dú)膺M(jìn)行整體氣密。氣密過程也是置換過程，把連箱和短管內(nèi)空氣置換成惰性氣體。氣密檢驗采用在法蘭及接口噴肥皂水的方式。確認(rèn)檢驗無滲漏后，打開連箱放空閥，為放凈連箱和短管內(nèi)的氣體準(zhǔn)備。

4.3.4 帶壓開孔

帶壓開孔開始，用力要均勻。中心鉆頭鉆透管壁時，介質(zhì)會充滿連箱和短管，等里面氣體全部放出后，關(guān)閉放空閥。隨著開孔刀開始切割管壁，可以聽到刀具切割噪音。開孔時要注意鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速，確保開孔機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。開孔完畢后，切割噪聲會降低或停止，動力液壓也會降低，且開孔機(jī)和動力裝置將更穩(wěn)定，同時檢查軸標(biāo)尺，是否已經(jīng)達(dá)到深度。完成開孔。

為確認(rèn)是否完成開孔，改用手搖柄調(diào)節(jié)鉆桿行程，只需將刀具在用手動進(jìn)入5-6圈，如能順利進(jìn)入，表明開孔已經(jīng)完成，如不能進(jìn)入，說明還需繼續(xù)開孔。鉆頭鉆通管皮后繼續(xù)下行，鉆頭上“Π”形鋼絲隨之進(jìn)到管皮下，因偏心自重而倒下?lián)踝」芷ぃ茹@桿上提時管皮被帶出，鉆頭上有2道這樣的鋼絲，雙保險。開孔完畢后退回刀具到連箱內(nèi)。完全關(guān)閉閥門。開啟放空閥，釋放連箱內(nèi)的壓力。把開孔機(jī)從閥門上拆除。作業(yè)完成。

4.4 管線封堵加閥

開孔作業(yè)完成后，調(diào)整連桿行程到夾板閥上方，關(guān)閉法蘭及夾板閥，拆除開孔機(jī)更換為封堵機(jī)。接管連通平衡泄壓孔與封堵機(jī)，待封堵碗兩側(cè)壓力平衡時，啟動封堵機(jī)將主管封堵嚴(yán)密。管線封堵結(jié)構(gòu)圖如下圖5所示。

圖5 管線封堵結(jié)構(gòu)圖

封堵完后卸下與封堵機(jī)聯(lián)箱一側(cè)的耐壓橡膠軟管，改連通管為泄壓管將污油線泄壓，觀察泄壓管的壓力大小，等泄壓管壓力在0.2Mpa以下時用手動軋管刀（比鋼鋸割管節(jié)省了時間，同時由于軋管刀力臂大，用力要求較小，也降低了帶壓介質(zhì)噴出傷人的可能性）切斷管線（如圖6所示）加閥。

圖6 管線泄壓、手動軋管刀割管圖

4.5 拆除封堵

加閥完成后封堵機(jī)完成任務(wù)，關(guān)閉夾板閥，為方便拆除封堵，再次接通連通管，在封堵碗兩側(cè)壓力平衡時，提起封堵頭，待封堵頭提到夾板閥上方時，關(guān)閉法蘭，拆吊夾板閥。

4.6 加盲蓋

在平衡泄壓小孔上擰上管帽。需要指出的是，平衡泄壓小孔開完后，仍由小開孔機(jī)裝上一個有外螺紋的小堵盤，擰在橘黃色球閥下面帶內(nèi)螺紋的管上，堵住管口再擰上帶螺紋的管帽，也是雙保險，最后卸下施工用的特殊球閥。在對開三通法蘭上方安裝密封墊片及法蘭蓋。帶壓開孔、加閥施工完成圖見圖7。

圖7 管線帶壓開孔、加閥施工完成圖

4.7 防腐及地貌恢復(fù)

管道開孔和加閥作業(yè)完成后，將更改的管道、管件等按照設(shè)計圖紙要求進(jìn)行防腐。待防腐層固化后在加閥位置制作并安裝兩個閥門井，其余位置進(jìn)行土方回填，并做好地貌的恢復(fù)。地貌恢復(fù)完成后在地面上設(shè)置埋設(shè)標(biāo)志樁。標(biāo)志樁內(nèi)容包括封堵點管道里程、埋深、法蘭短接數(shù)量。

5 帶壓開孔過程控制

帶壓開孔是在管線不泄壓的情況下完成，其鉆孔準(zhǔn)備工作和鉆孔過程要求非常嚴(yán)格

5.1 對開三通組對焊接控制

（1）兩條污油線開孔位置是錯開的，便于施工；

（2）對開三通和在一起后尺寸能夠全部包住主管，且對開三通護(hù)板與管道間隙不大于2mm；

（3）對開三通法蘭沿管道軸線方向的兩端到管頂?shù)木嚯x差不應(yīng)大于1mm，對開三通法蘭中軸線與其所在位置管道軸線間距不應(yīng)大于1.5mm；

（4）管件的焊接嚴(yán)禁使用氣焊。對開三通護(hù)板角焊縫焊接時采用小電流，保證焊接溫度在100℃以下，防止燒穿母管。

5.2 鉆孔及封堵過程控制

（1） 夾板閥應(yīng)在關(guān)閉狀態(tài)下下吊裝；

（2）注意測量夾板閥內(nèi)孔與對開三通內(nèi)孔的同軸度，控制在1mm以內(nèi)；

（3）開孔機(jī)與開孔結(jié)合器、封堵器與封堵結(jié)合器應(yīng)豎直安裝和拆卸；

（4）液壓油站鉆孔施工時油壓控制在7～8MPa，用手搖柄調(diào)節(jié)鉆桿行程,確保鉆孔過程平衡；

（5）封堵前確認(rèn)封堵頭堵盤帶的O 型密封膠圈外形完好，防止密封不嚴(yán)；

（6）封堵機(jī)封堵和拆除封堵時，都要確保封堵位置前后管以聯(lián)通并達(dá)到壓力平衡，進(jìn)而保證封堵的壓密性和堵拆輕便。

6 工期效益分析

傳統(tǒng)的施工方法是待裝置有機(jī)會停工或具備臨時停工時，吹掃開孔管段，進(jìn)行常規(guī)的動火切割作業(yè)。采用不停輸帶壓開孔，能在不停輸情況下帶壓開孔，使裝置同時維持正常運(yùn)行，減少停產(chǎn)損失。

6.1 工期分析

利用帶壓開孔技術(shù)，只用了2d時間，就把DN250的2臺閘閥架設(shè)完畢，如果按正常的停車、吹掃、開孔、開車程序，最起碼需要15d，起到了快速有效的作用。

6.2 效益分析

7 帶壓開孔技術(shù)擴(kuò)展

表1 帶壓開孔與停車施工效益分析表

帶壓開孔，是一種安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效的在線管線維搶修技術(shù)，適用于原油、成品油、化工介質(zhì)、天然氣等多種介質(zhì)管線的正常維修改造和突發(fā)事故的搶修。本文主要介紹了帶壓開孔在不停輸?shù)那闆r下加閥門以利切斷其后的管線的一種情況，實際生產(chǎn)中用到帶壓開孔的情況還很多。在新舊管線碰頭、設(shè)備增加接管，管線擴(kuò)徑、增加旁路，或在裝置的運(yùn)行中，因管線泄漏、堵塞、腐蝕等，需要旁路維持生產(chǎn)并處理故障管線段等，這些都需要帶壓開孔作業(yè)。其原理都是相同的，過程比較復(fù)雜的是故障管線段更換，其工藝示意圖如圖8所示。

圖8 故障管段帶壓更換工藝示意圖

帶壓開孔封堵技術(shù)近年來已經(jīng)被廣泛的認(rèn)可和使用，其開孔方法和過程控制還有待不斷地完善和成熟。本文中介紹的連通管和泄壓管采用耐高壓橡膠軟管代替鋼管減少了動火焊接工作量，降低了易燃易爆介質(zhì)燃燒爆炸的可能性；采用自制手動軋管刀割管安全快捷，具有不錯的實用性。熟悉帶壓開孔封堵原理，在實踐中配合使用新材料、新設(shè)備、新工藝，在提高安全性、降低成本、環(huán)?？茖W(xué)等優(yōu)勢的前提下，不斷完善帶壓開孔封堵技術(shù)，相信這一技術(shù)在管道搶維修中能夠得到更多的采納和應(yīng)用。

1 曹崇珍，劉格非，賈志方?！朵撝乒艿婪舛录夹g(shù)規(guī)程》[M]；Ⅱ版；北京；石油工業(yè)出版社；2011.7

2 夏節(jié)文，關(guān)一卓，趙喜平?！冬F(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[M]；北京；中國計劃出版社，2011.2

3 張西庚，張桂紅，單承家。《石油化工有毒、可燃介質(zhì)鋼制管道工程施工及驗收規(guī)范》[M]；Ⅳ版；北京；中國石化出版社；2011.5