天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創新技術

楊志煒 張瓊飛 蔡婷 隆梅 趙文峰 邱露

1.中國石油新疆油田公司油氣儲運分公司基建管理站 2.中國石油新疆油田公司科技信息處

天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創新技術

楊志煒1張瓊飛1蔡婷1隆梅1趙文峰1邱露2

1.中國石油新疆油田公司油氣儲運分公司基建管理站 2.中國石油新疆油田公司科技信息處

天然氣管道不停輸帶壓封堵技術可有效避免資源浪費和環境污染，同時還能減少下游天然氣用戶的經濟損失。為此，在比較膨脹筒式帶壓封堵器和皮碗式帶壓封堵器的優缺點基礎上，選取前者進行了深入的應用研究。為了使該技術在生產實踐中更加安全、規范，通過廠房試驗、現場試驗以及不斷地技術改革和創新探索，最終形成了以下天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創新技術：①將短管與封堵堵盤連體放回原位，解決清管卡球問題；②減小氣流壓差對膨脹筒就位過程的影響；③緩慢泄壓，減少管口對封堵膠皮的剪切作用；④進行壓力平衡，減少壓差對封堵作業的影響；⑤開孔引氣泄壓動火施工。應用該項技術，中國石油新疆油田公司2007—2010年共完成了大小封堵52次，封堵壓力最高達到3.14 MPa，封堵口徑達到500 mm，節省了天然氣放空燃燒和注氮氣置換費用，節約資金達千萬元。

天然氣管道 封堵 不停輸 膨脹筒式帶壓封堵器 皮碗式帶壓封堵器 開孔引氣 泄壓動火

傳統的管道動火施工作業需將管道內天然氣全部放燒后再用氮氣置換［1］，最后再動火聯頭，不僅造成了大量的資源浪費和環境污染，同時由于輸氣管線停產，也給下游用戶造成了一定的經濟損失［2－3］。為此，成立了天然氣管道不停輸帶壓封堵動火作業課題項目組，對行業施工范圍內的天然氣管道不停輸帶壓封堵技術進行了廣泛的調查研究，在借鑒相關成功經驗的基礎上，通過不斷試驗和持續改進，使天然氣管道不停輸帶壓封堵施工技術在實際應用過程中更加安全、規范。

1 不停輸帶壓封堵器簡介

目前國內市場上使用的不停輸帶壓封堵器主要有2種［4］：膨脹筒式帶壓封堵器和皮碗式帶壓封堵器（圖1、2）。2種封堵器的主要優缺點對比如表1所示。

圖1 膨脹筒式帶壓封堵器示意圖

圖2 皮碗式帶壓封堵器示意圖

2種封堵器各有優缺點，密封截面均有限，在壓力較高的情況下均很難保證封堵絕對嚴密，因此，在封堵施工過程中盡可能地降低管線壓力，并且保持壓力的相對穩定，否則，會影響管道封堵密封效果。對于沒有變形量的無縫鋼管，采用皮碗式封堵器優點更明顯。但在實際應用過程中，鋼管的變形量是不確定因素，同時，當管線內徑不能準確判定時，無法準確選擇合適的皮碗，因此，重點對膨脹筒式封堵器進行了研究。

表1 2種封堵器的主要優缺點對比表

2 不停輸帶壓封堵試驗

2.1 廠房試驗

項目組首先在廠房內做了短管與封堵堵盤連體放回原位的操作試驗，同時做了試壓介質為水、壓力等級為3.8 MPa的封堵試驗，都取得成功。

2.2 現場試驗

項目組依托工程建設，對相關技術難題進行了4次現場封堵試驗（表2）。

表2 現場封堵試驗情況統計表

3 不停輸帶壓封堵技術

根據封堵試驗結果［5］，項目組及時總結經驗教訓，通過總結分析，形成以下創新的不停輸帶壓封堵施工技術。

3.1 將短管與封堵堵盤連體放回原位，解決清管卡球問題

將開孔切下的短管與封堵堵盤焊接在一起（圖3），并將封堵聯箱加長，封堵完成后連體放回原位置，從而保證切下的短管能準確復位，解決了清管檢測時卡球的技術難題。

3.2 減小氣流壓差對膨脹筒就位過程的影響

膨脹筒式封堵是依靠膨脹筒上的封堵膠皮與管線端口緊密接觸實現封堵，在封堵過程中保護好膨脹筒密封面的封堵膠皮是關鍵，但在膨脹筒就位過程中如果操作不當，由于氣流壓差的影響，膨脹筒在就位過程中與管壁一旦發生摩擦，就會導致密封膠皮損壞，造成封堵失敗。對此，在輸氣管線上封堵可分2種情況采取相應保護措施。

圖3 短管與封堵堵盤連體示意圖

1）輸氣干線封堵時，利用氣體的可壓縮性原理在膨脹筒就位前關閉干線閥5～10 min（圖4），也就是將任一控制閥門（F1、F2、F3）暫時關閉5～10 min，消除氣流壓差的影響，這樣就可以降低膨脹筒就位過程中封堵膠皮被損壞的可能性。另一種情況是在動火點附近沒有閥門控制時，應提前在封堵旁通管線上安裝1個截斷閥F4，封堵時先封下游，后封上游。先封下游時氣流產生的壓差是膨脹筒背面與管壁發生摩擦，可以保證膨脹筒正面膠皮（即封堵面）的完好。在封堵上游時可暫時關閉F4旁通閥消除氣流壓差的影響，然后再進行封堵。需要說明的是，停輸5～10 min，是指上游進氣和下游供氣不間斷，利用氣體的壓縮性僅使中間某段管線停輸。

圖4 干線封堵換閥示意圖

2）站內管線或進出站管線封堵時，氣流不允許截斷，在這種情況下封堵成功幾率相對較低，一般采用先封下游、后封上游的封堵順序，可減少封堵膠皮被損壞的可能性。

3.3 緩慢泄壓，減少管口對封堵膠皮的剪切作用

封堵作業完成后，動火端管線不可泄壓過快，因為瞬時壓差大，容易切斷封堵膠皮，影響封堵效果。因此，應緩慢進行管線放空泄壓。

3.4 進行壓力平衡，減少壓差對封堵作業的影響

帶壓施工的任何作業之前都必須進行壓力平衡，如安裝膨脹筒、拆除膨脹筒、安裝開孔短管和夾板閥開關等操作，都必須進行壓力平衡后再作業，否則將無法打開夾板閘板或者造成設備故障。壓力平衡是指封堵筒的前后和夾板閥的上下壓力平衡，操作方法有2種：①通過夾板閥自帶的平衡孔來平衡壓力；②當2個封堵器之間的管線較長時，通過引壓閥（圖4）來平衡壓力，操作更方便，更節省時間。

3.5 開孔引氣泄壓動火施工

在管線壓力過高的情況下，要想使帶壓封堵絕對嚴密，靠目前使用的封堵設備還難以做到。但當泄漏量不大的情況下，可在封堵器與動火點之間（距封堵器距離要大于300 mm）安裝1個DN25 mm的引氣泄壓閥門。要求閥門開啟時無哨聲，并且火苗高度不超過300 mm，將泄漏的少量天然氣引出放燒，用機械切管刀將維修管道截斷后，再做黃油滑石粉隔離墻進行封堵隔絕，然后進行動火施工（圖5）。

圖5 開孔引氣泄壓動火施工示意圖

4 效果分析

4.1 經濟效益

實施以上改進措施后，中國石油新疆油田公司2007—2010年共完成了大小封堵52次，封堵壓力最高達到3.14 MPa，封堵口徑達到500 mm，節省了天然氣放空燃燒和注氮氣置換費用，節約資金達千萬元。

4.2 社會效益

不停輸帶壓封堵技術在天然氣管線上的應用有效杜絕了動火聯頭過程中天然氣的大量放燒，減少了環境污染，保證了輸配氣管網的安全平穩運行，同時也提高了輸氣干線平穩供氣的能力，具有相當可觀的社會效益及經濟效益。

5 結束語

不停輸帶壓封堵技術是一種安全、經濟、快速高效地對在役管道進行維修的特種施工技術，這一技術的推廣使用特別是在輸氣干線上的應用，有效杜絕了動火聯頭過程中天然氣大量放空燃燒，同時也提高了輸氣干線平穩供氣的能力。

［1］鄧曉峰，何永春，彭維茂，等.天然氣管道氮氣干燥置換工藝及實際應用［J］.石油與天然氣化工，2011，40（3）：325－328.

［2］王志華，陶志鈞，周偉國.不停輸管道施工技術研究［J］.上海煤氣，2006，50（5）：13－15.

［3］袁平凡，余立，左松濤.不停輸帶壓封堵技術在川渝地區的應用［J］.天然氣工業，2008，28（9）：108－110.

［4］國家經濟貿易委員會.SY／6150.1—2003鋼制管道封堵技術規程 第1部分：塞式、筒式封堵［S］.北京：石油工業出版社，2003.

［5］徐小兵，黃文堯，陳紅.在役管道不停輸封堵的仿真試驗［J］.天然氣工業，2010，30（9）：72－77.

Leakage blocking with pressure in gas pipelines under non－stop service

Yang Zhiwei1，Zhang Qiongfei1，Cai Ting1，Long Mei1，Zhao Wenfeng1，Qiu Lu2
（1.Infrastructure Management Office of Oil and Gas Storage Department，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China；2.Sci－Tech Information Department of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 2，pp.95－97，2／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The leakage blocking with pressure in gas pipelines under non－stop service can not only effectively avoid resource waste and environment pollution but reduce the economic loss for downstream natural gas users.This paper hereby makes a comparison between cylinder－type and cup－type plugging devices and an in－depth analysis has been made of the former.In order to make the above technology safer and better in accord with regulation，tests in the plants，on－site tests，and continuous technical research and improvement have been conducted to finally achieve the following innovative techniques.（1）The conjunct short tube and the plugging plate are placed in situ in order to solve the problem of spherical pig blockage.（2）The impact of the air flow pressure difference is reduced on the expandable cylinder preparation.（3）The pressure is released slowly to reduce the shearing action caused by the orifice on the plugging gum.（4）The pressure balancing is done to reduce the impact of pressure difference on the plugging operation.（5）An exhaust opening is cut to release pressure and start construction.The PetroChina Xinjiang Oilfiled Company had completed pipeline leakage blocking operation for 52 times during 2007－2010 by using the above innovative techniques with the maximum blocking pressure of 3.14 MPa and the maximum diameter of 500 mm，which not only avoided the waste of natural gas but saved the costs on nitrogen injection，as a result，totally 10 million Yuan RBM has been saved.

natural gas pipeline，plugging，expandable cylinder type stopper，cup－type stopper

楊志煒，1969年生，工程師；主要從事油田地面工程建設工作。地址：（834002）新疆維吾爾自治區克拉瑪依市金龍鎮油龍新村油氣儲運分公司機關。電話：（0990）6834573，139099060。E－mail：yzhiwei＠petrochina.com.cn

楊志煒等.天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創新技術.天然氣工業，2012，32（2）：95－97.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.023

2011－12－03 編輯 何 明）