帶壓開孔技術在急冷水管道上的應用

李 鋼 侯 維 遲國政

(中國石油遼陽石化公司烯烴廠)

中國石油遼陽石化公司烯烴廠裂解裝置在進行某項改造過程中，新增急冷水(HW)管道要和裂解裝置的HW管道碰口。正常情況下，這項作業需要裂解裝置停車后才能進行作業，這將嚴重影響整個生產線的物料平衡，同時開、停車還會造成大量物料排放，使經濟效益受到損失。為了解決這一矛盾，降低經濟損失，筆者采用了帶壓開孔技術對裂解裝置的HW管道進行不停車碰口作業，取得了較好的效果。

1 帶壓開孔技術簡介

帶壓開孔是一種安全、環保、經濟、高效的在役管線維、搶修技術，適用于原油、成品油、化工介質及天然氣等多種介質管線的正常維修改造和突發事故的搶修。開孔時管道和容器處于承壓或使用狀態下。帶壓開孔是在完全封閉的空腔內進行的，刀具切削過程與空氣隔絕，無著火、爆炸的可能性，對環境也無污染。其裝置是在不停產情況下開孔接點，適用于除氧氣以外的任何介質以及不同直徑的各類管道。 帶壓開孔技術解決了管道在線維修存在的停輸、降壓及動用明火等弊端。避免作業風險，提高安全性，使維修既迅速又經濟可靠。多年來該技術在國內城市燃氣管網、石油及石化管道上得到了廣泛應用。

2 不停輸帶壓開孔機結構及原理

開孔機結構如圖1所示，主要由液壓系統、密封系統和刀頭3部分組成。液壓系統通過控制液壓泵來由液壓接口控制開孔機刀頭的進給與退刀、旋轉，使刀頭以CW或CCW方向旋轉，并根據不同的工況輸出不同的轉速，便于調整鉆頭旋切管道的模式。中間部位為密封系統，防止在旋切過程中物料從刀桿泄漏。剖開的帶法蘭三通焊接在管線的待開孔處，法蘭連接閥門。將開孔機法蘭與閥門連接，閥門全開，通過氮氣接口接氮氣保壓。液壓機通過液壓接口控制開孔機的進給、退刀與旋轉。開孔結束后將刀退出，關閉閥門。

開孔機的刀頭比較特殊，由兩種刀具組成：中心部位是鉆頭，略長于環形刀具，起到定位和抽取管道殘片的作用；外側一圈是涂抹潤滑脂的環形刀具，起到了旋轉切削管道的作用。在鉆頭上部安有一個隨動的銷子用于防止旋切下來的管道殘片脫落到管道內，使管道殘片隨著刀頭的抽出一起從管道內提出。

3 管道參數和作業內容

裝置HW管道參數為：

管道材料 20#鋼

設計壓力 1.6MPa

操作壓力 0.7MPa

設計溫度 60℃

操作溫度 40～50℃

在裝置區有限的空間內，進行輸水高壓管道的帶壓水平方向開孔，整個作業過程主要包含3部分內容。

圖1 開孔機結構簡圖

3.1 開孔前準備

確認施工單位及作業人員具備相關資質，作業設備符合要求。對管道的工藝條件進行交底，確認符合作業要求。準備一件DN400mm三通，材料為20#鋼。在橫軸部位沿中軸線剖分為兩部分，剖口做坡口打磨處理，上半部分焊接DN400mm法蘭，備用。準備規格為DN400/PN16切斷閘閥，進行強度和密封水壓試驗合格，備用。

3.2 管道安裝焊接

確定管道的開孔部位，剝離管道保溫層、防腐層，將管道外表面清潔干凈，達到焊接條件。將分體的DN400mm三通兩部分焊接在DN450mm的主管道上，如圖2所示。要注意調整法蘭的方位，便于以后的施工工序。將切斷閘閥與法蘭密封連接，切斷閥再與鉆孔機密封連接。

將閥門開度開到最大。

圖2 三通焊接示意圖

3.3 開孔作業

做完以上工作后，開孔鉆頭和DN450mm主管道外表面之間形成封閉空腔，通過鉆頭外殼的接口連接氮氣保壓管道，打開閥門，用氮氣充壓至與HW管道內壓力相等，檢查各焊縫和靜密封點無泄漏后氮氣置換出設備內空氣。

啟動開孔機，緩慢進刀，直至開孔完畢，鉆頭電流明顯下降，關閉氮氣保壓閥門，然后緩慢收刀，刀頭提升至閥門閘板以上，關閉閘閥。將鉆孔機從閘閥外側拆卸下來，開孔作業結束。如圖3所示為帶壓開孔結束后的管道狀態。圖4為刀頭帶有切削下來管道殘片的照片。

圖3 施工結束后的管道狀態

圖4 刀頭帶有管道殘片的圖片

4 結束語

帶壓開孔過程中對急冷水管道總流量無影響。開孔后管道流量完全滿足新增換熱器需求，總管道流量下降100m3/h，分析為阻力增大所致，對其他設備無影響。通過不停輸帶壓開孔技術，在正在運行的HW管道上成功開孔，實現了裂解裝置不停車進行HW管道碰口的先例，為今后帶壓開孔技術在相關領域的應用提供借鑒。