淺談管道不停輸開孔封堵技術

吳 金

中國天辰工程有限公司施工管理部 天津 300400

阿布扎比原油管線項目集油站工程需要將新建集油管線與舊輸油管線進行碰頭施工，涉及管線規格為24 寸及36 寸，若采用停產改造，對阿聯酋原油的出口會造成很大的影響，將產生巨大的經濟損失。因此，改造過程采用了雙側雙封不停輸開孔封堵技術，將損失降為零。本文以管線MOL1(24 寸)不停輸封堵為例，對其施工流程做簡要說明。

1 管道不停輸開孔封堵原理及施工流程

1.1 簡要原理

管道不停輸開孔封堵技術（俗稱帶壓開孔Hot Tapping），是在不停止管道生產運行的情況下，對需要進行改造、維修作業的管道進行開孔封堵，建立旁通管線，將改造部位與原管道系統隔離，從而達到在線改造維修的目的。

在整個輸油管道不停輸開孔封堵過程中，開孔、封堵和旁通管線的建立是管道不停輸開孔封堵施工的三大關鍵環節。開孔為旁通管線的建立及封堵的實現提供前提條件；封堵將改造管段從原管線中隔離出來，從而能夠對其進行改造；旁通管線的建立，則臨時替代改造管段進行原油輸送，使實現不停輸封堵成為可能。上述過程中，開孔及封堵設備具有關鍵作用。

1.2 施工主要機具

（1）開孔設備包括開孔液壓機、刀具連接器、開孔刀具、中心鉆、三明治閥、防漲圈和中心定位裝置。

（2）封堵設備包括封堵液壓機、封堵連接器、封堵頭和隔離囊。

（3）其他設備包括半剖式三通、壓力平衡口管接件等。

開孔設備和封堵設備都有比較高的密封性能和耐壓性，根據封堵頭型式，可分為懸掛式封堵、桶式封堵、折疊式封堵和囊式封堵。本項目采用了懸掛式封堵型式。

1.3 管道不停輸開孔封堵流程簡述

管道不停輸開孔封堵流程見圖1。

1.3.1 勘察現場

詳細勘測管道的具體參數，包括管道材質、外徑、壁厚、工作溫度、工作壓力及輸送介質特性、流量、管道內腐蝕狀況。根據所得的參數進行判斷，確定連接件選用材料，開孔封堵的位置，旁通管線的用料及用量，并根據管道的狀況、運行參數等選擇合適的開孔、封堵設備，及不停輸開孔封堵工藝，編制施工方案。

圖1 作業流程

管線MOL1 不停輸開孔封堵總計開孔8 個（圖2），包括兩個旁通孔，兩個封堵孔，兩個下囊孔和兩個壓力平衡孔。開孔位置確定以后，將開孔周圍的3 層聚乙烯防腐層剝除，除去管線表面油污和底漆。

1.3.2 三通及平衡管短節的焊接及測試

半剖式三通焊接前必須預熱至100℃以上，但不超過250℃，層間溫度也不應低于100℃。兩名焊工先從橫縫中間處開始施焊，一次不間斷施焊堆焊金屬需達到焊接處截面積的1/ 3 以上。橫縫焊接完畢后，開始焊接縱縫。

焊接結束后，需對焊縫進行無損檢測，包括磁粉和超聲波探傷。無損檢測合格后進行水壓試驗，水壓試驗壓力值為管線操作壓力值加上基于ASME ⅧDivision 1 Section UG28 和有限元分析得到的差值，具體公式見式（1）。

式中：PT——試驗壓力；

PA——主管線操作壓力；

ΔP——基于ASME ⅧDivision 1 Section UG28 以及有限元分析得到的差值。

圖2 不停輸開孔封堵示意

水壓試驗過程如下：往半剖式三通內注入新鮮水；水注滿后，放上金屬纏繞墊，安裝盲法蘭（帶2 個1 寸管嘴）、上壓力表和加壓泵；然后加壓至打壓壓力并保壓15min，往焊縫上和法蘭連接處灑上肥皂水，肉眼檢查是否有泄漏，壓力是否下降；若沒有發現泄漏，并且無壓降，則為合格；再緩慢降壓至零，拆除盲法蘭，排水。

1.3.3 防漲圈和中心定位裝置的焊接

安裝防漲圈的目的是為了切管時防止割除的那塊板變形導致卡刀，管道直徑≥24 寸的開孔均需要安裝防漲圈。防漲圈焊接在主管上，中心定位裝置焊接在防漲圈上，這些操作在半剖式三通焊接后、水壓測試前進行。

1.3.4 三明治閥門和開孔機的安裝及測試

三明治夾板閥需試壓合格后再安裝。安裝前檢查其閥桿是否靈活，O 型密封圈是否變形、老化、缺損等。三明治夾板閥安裝時，確認閥門下法蘭面與三通法蘭面吻合后，均勻地連接好閥體上的螺栓。吊裝時，三明治閥門應處于關閉狀態，并且內旁通應關閉。三明治閥門安裝結束后，開始安裝開孔機。開孔機安裝完成后應對三通、閥門、開孔結合器部件的腔體進行氮氣置換，使用可燃氣體檢測儀測量排氣口處氣體，含氧量小于爆炸極限為置換合格。置換完成后應對三通、閥門、開孔結合器進行整體打壓，以檢查其密封性能。試驗前，要將三明治閥調至全開狀態，繼續充入氮氣，使試驗壓力上升至管道操作壓力的1.1 倍后，穩壓15min。打壓時需進行階段升壓。穩壓時使用泡沫水噴淋三通焊逢、各部件結合面，觀察有無氣泡產生，以壓力不降低、不產生氣泡為合格。然后關閉三明治閥，將閥瓣上半部分的閥門及開孔結合器部件腔體內的氮氣排空，關閉氮氣注入點的閥門，保持10min，檢查閥瓣以上部分腔體內的壓力是否上升，若仍為0 表明閥瓣關閉嚴實，無泄漏。

1.3.5 管線開孔

開孔機安裝完畢后，打開三明治閥門，使用下開孔刀開始切割開孔，切割管道要緩慢進行，防止卡刀而損壞刀具，并防止熱量大量產生。通過觀察標尺來計算盤刀的進刀尺寸。開孔順序依次為平衡孔→封堵孔→旁通孔→下囊孔。開封堵孔、旁通孔及下囊孔前需導通旁通管線。開孔切割完成后，上提開孔刀具，靠中心導向鉆勾住切割出來的鋼板并提出到閥門閘板外。然后，關閉三明治閥。

1.3.6 旁通管線的安裝及試驗

移除開孔機，開始安裝旁通管線。安裝之前，旁通管線應作打壓試驗，試驗介質為水。打壓完畢后，排空管內試壓用水，用氮氣置換旁通管線內的空氣，并使用可燃氣體測爆儀測量排氣口處氣體，當含量小于爆炸極限時為合格。

1.3.7 封堵機安裝

將封堵機安裝在封堵三明治閥上。封堵前旁通三明治閥門打開，緩緩降低封堵機內部閥桿，使閥桿端部的封堵頭與原油管線密封完成封堵，液體介質被導入旁通管臨時運行。

1.3.8 管線斷管以及與新舊管線碰頭

旁通管線正常工作后，連接平衡旁通管與抽油泵對封堵隔離管段進行抽油。抽油完畢后，使用氮氣置換封堵段內油氣，并用可燃氣體測爆儀測量出氣口處氣體，設備不報警為合格。然后通過下囊三通下隔離囊，其主要作用是隔離封堵機密封不嚴而泄露的油氣。這時就可以采取斷管作業了，斷管采用機械斷管方式；斷管期間，采用水冷卻刀片，并使用楔子預防夾刀。斷管設備應牢固地安裝在管線上，做好管線支撐，調節適當的切削速度，以滿足安全要求。切削時，應對刀片做及時的冷卻。斷管結束后，要清理管口，壘砌黃油墻。最后進行原管線與新管線動火碰頭，碰頭施工結束后撤離隔離囊。

1.3.9 旁通管線拆除

當新管線安裝好后，收回封堵頭，關閉旁通三明治閥門，將物料介質切換至新改造的管道運行，恢復管道正常流動。排凈旁通管線內的原油并用氮氣進行置換。置換結束后將旁通管線移除。

1.3.10 密封塞安裝

拆除封堵機，用開孔機安裝密封塞；然后將半剖式三通側面的卡環鎖上，拆除三明治閥，并安裝盲法蘭，安裝平衡孔塞堵，拆除平衡旁通管閥門，加蓋管帽。

1.3.11 管線防腐、恢復現場

對留在管道上的管件進行防腐處理，然后恢復施工現場，完成整個不停輸開孔封堵改造工作。

2 不停輸開孔封堵施工注意事項

（1）開孔作業點應選擇在直管段上，開孔部位盡量避開管道焊縫。無法避開時，對開孔刀具切削部位的焊道宜適量打磨，中心鉆不應落在焊縫上，并且要測量開孔處的橢圓度和管線壁厚，以確保焊接位置和封堵位置的管線壁厚均勻滿足要求。

（2）半剖式三通的孔徑尺寸和中線垂直精度有嚴格要求，開孔前應測量開孔刀具、三明治閥內孔與半剖式三通內孔的同軸度，同軸度要求誤差不應超過1mm。這樣才能保證開孔時不發生偏心，確保封堵嚴密。

（3）焊接半剖式三通時，必須嚴格控制電流。由于是不停輸焊接，原油管道內部有壓力，焊接時若電流過高，容易將管道焊穿，造成嚴重事故。該環節是整個流程中較為危險的一環，必須做足預防措施。

（4）開閉三明治閥前后、拆卸開孔機及封堵機前后，需通過壓力平衡管線進行壓力平衡后再操作，避免造成事故。

3 結語

采用不停輸開孔封堵技術對重要管線進行改造維修，無需間斷管道介質輸送，保證了生產的穩定性，大大縮短了維修改造的時間，并且速度快、施工方便，減少了施工風險。憑借以上諸多優勢，采用管道不停輸帶壓開孔封堵技術對重要管線進行維修改造越來越多，具有良好的效果。但該技術目前尚無統一的規范可遵循，尚需進行規范引導。