帶壓開孔封堵技術在火炬氣管線更換閥門中的應用

杜金勐

摘 要：帶壓開孔封堵技術應用在大口徑管道上在實施過程中存在著一些危險，但它能最大限度的避免了企業停產造成的經濟損失。

關鍵詞：帶壓開孔；封堵；火炬氣

1 工程簡介

火炬系統中1#、4#操作閥均為暗桿式閘閥，由于閥門設計的原因兩處閘閥先后出現閥桿落入閥體內部的事件，導致閥門無法進行操作，直接影響火炬氣的正常排放，如采用傳統的管線停役檢修的方式，則需要全廠停產并將火炬系統全部放空。必須采用在線開孔封堵技術將閥門兩側封堵后進行閥門更換。

2 改造方案

由于此次更換閥門點位于火炬氣管輸送主管道，屬大口徑管道（DN800），且處于14米高的火炬氣管架上，考慮到高桁架上的動靜載荷等因素，經研究確定在不影響各生產裝置正常生產的同時，帶壓開孔后采用折疊式封堵技術，即DN800的火炬管線上開DN600的孔，待火炬氣管道封堵成功后，拆除兩處故障閥門。

3 工程概況

工程名稱：DN800 火炬氣帶壓開孔封堵更換閥門。施工作業高度：本次施工作業面距地面14米。工程內容：DN800 火炬氣管線不停產帶壓開孔，孔徑為DN600 共兩處，DN50 共4處。開孔管線規格、材質：DN800（ф813mm），16Mn直縫焊接管線。火炬氣管設計參數：設計壓力pd=0.3Mpa，操作壓力po=0.04Mpa；設計溫度120℃；實際運行溫度60℃?；鹁鏆鈨纫话憬橘|：根據分析火炬氣管內介質復雜，主要含有硫化氫、氫氣、甲烷、乙烷等易燃易爆氣體，可能含有硫化亞鐵。

4 帶壓焊接要求

4.1 校核管道壓力

根據《鋼制管道封堵技術規程 第一部分：塞式、筒式封堵》（SY/T6150.1-2003）標準中關于管道允許帶壓施焊的壓力計算公式，進行計算管道允許帶壓施焊的最大壓力。

P=2￡s（T-C）÷D×F=2×180Mpa×（8mm-2.4mm）÷813mm×0.5=1.23Mpa

此次施工所操作壓力符合規范要求，可以進行帶壓焊接。

4.2 校核管內介質流速

封堵管件焊接時，管內液體流速要小于vl=5m/s，氣體流速小于va=10m/s。本案例中管內放空氣體vo

5 施工流程及方案

5.1 管道加固方案

考慮到此次施工作業面距地面14米高度及開孔設備施加到火炬氣管道5.4噸的臨時靜載荷，為使開孔順利實施，設計院對管道強度進行校驗，并在更換閥門兩側設計安裝支架進行臨時加固。

5.2 管道壁厚檢測及焊縫無損檢測

帶壓開孔施工前，對火炬氣管道壁厚進行檢測，最大減薄處為0.4mm，經過設計院的計算滿足施工要求，并按規范GB50517-2010要求對開孔影響區域的原管道焊縫進行射線檢測，在原管道焊縫上開孔或距焊縫50mm內開孔時，應對以開孔圓心為中心1.5倍開孔直徑范圍內的原對接焊縫進行100%射線檢測，其合格標準符合相應的管道級別。

5.3 火炬氣管道橢圓度的校正

由于火炬氣管道管徑較大為DN800，管道存在一定的橢圓度，根據現場實際測量的數據為：火炬氣1#閥門：管線標準尺寸為φ813，測量最大尺寸為φ816，最小尺寸為φ808，橢圓度為5mm。管線標準尺寸為φ813，測量最大尺寸為φ818，最小尺寸為φ801，橢圓度為12mm?；鹁鏆?#閥門：管線標準尺寸為φ813，測量最大尺寸為φ816，最小尺寸為φ806，橢圓度為7mm。管線標準尺寸為φ813，測量最大尺寸為φ823，最小尺寸為φ798，橢圓度為15mm。為保證對開三通的順利安裝，我們在焊接前利用管道校正器對火炬氣管道進行橢圓度的校正。

5.4 管件焊接方案

（1）選擇好開孔點后進行管件的焊接，管件焊接要嚴格按照規定的焊接順序進行焊接。（2）管件焊接前保持與母管的縫隙要控制在0-1mm間，若縫隙過大，則矯正后再進行焊接，不能直接焊接。（3）在焊接前檢查三通管件的幾何尺寸，是否與火炬氣管線規格相符，管件自身焊口是否達到要求。確定開孔位置后，清除管道防腐層，將三通管件焊接到火炬氣母管上。三通管件分上下兩部分。組焊時要求管件與管道同軸、塞堵法蘭面與管道軸線平行，法蘭中心線與管道軸線垂直，管件焊接按相關標準進行。（4）管件環型焊縫結構貼近母管位置焊接采用2.5mm焊條打底，中間層及蓋面層采用3.2mm焊條進行焊接。焊接每次起弧時間必須掌握到10-30秒之間；焊接長度不能超過4cm。并且間隔1分鐘后才能進行下一次起弧。整個焊接過程控制電流，避免焊接過程中產生過量的熱量。具體控制措施如下：打底層，2.5mm焊條，起弧電流90-110A，正常施焊電流75-80A，推力電流調制最小0；中間層，3.2mm焊條，起弧電流120-130A，正常施焊電流100-120A，推力電流調制最小0；蓋面層，3.2mm焊條，起弧電流120-130A，正常施焊電流110-125A，推力電流調制最小0。（5）焊接完成后對焊縫進行保溫處理，防止產生冷裂紋、氫裂等焊接缺陷。（6）管件焊接時電焊機二次線應放置在管件的上面并接觸牢固。（7）管件焊接完畢后，管件焊口采用磁粉及超聲檢測。

5.5 火炬氣管開孔

（1）為防止焊接對開三通時產生大量熱量危及火炬氣管的正常運行，經過研究決定在焊接對開三通前，先在火炬氣閥門兩側帶壓各開一個DN50的小孔，通過該孔向管道內注入氮氣，進而稀釋管道內火炬氣的濃度，降低焊接管件的危險等級。管件焊接完畢后組裝閘閥。（2）管線開孔前要確保開孔刀在開孔機內的位置無偏心現象，并測量中心鉆到開孔刀具的位置。（3）在開孔前，要對夾板閥及開孔機進行密封性實驗。對開孔機進行氮氣置換，防止開孔過程中管線吸入開孔機內的空氣。氧含量檢測合格后方能進行開孔，氧含量控制在0.5%內。（4）開孔時采用液壓傳動，要注意鉆機的轉數，應控制在開孔刀15轉/分鐘（1.5mm/min）以內。保證切割時不產生大的熱量及火花。（5）按照鉆機轉數及開孔大小計算開孔時間。開孔完畢后拆下開孔機，開孔完畢。（6）為了確保封堵效果，安裝取鐵屑器對切割下來的鐵屑進行吸附。（7）安裝封堵器，折疊式封堵器接觸管底后展板打開，靠近更換閥門側的封堵段進行放散，考慮到火炬氣管直接連通大氣，閥門拆除密封后可能產生虹吸現象導致空氣被大量吸入火炬氣管道內，對火炬氣管放空處進行水封，保證整個火炬系統處于微正壓狀態，進而通過壓力表檢測兩側的壓力差進行檢驗封堵效果。半小時內封堵頭兩側壓力差不變，認為封堵成功，封堵過程結束。（8）檢修人員帶長管式呼吸器對火炬氣1#閥門、4#閥門進行更換。更換閥門結束后，拆下封堵器，封堵作業結束，安裝塞堵及盲板。

6 注意事項

（1）開孔前需進行嚴格的試壓檢驗，無滲漏后方可進行下一步。開孔封堵作業點應選擇在直管段上。開孔部位應盡量避開管道焊縫，無法避開時，對開孔刀具切削部位的焊道應適量打磨。中心鉆不應落在焊縫上。（2）封堵過程中應對封堵管段進行封堵效果的檢驗。（3）焊接過程中控制焊接電流及焊接速度，防止熱量產生過大，影響管道安全運行。（4）火炬氣管帶壓開孔處普遍存在管道橢圓度，需安裝校管器對火炬氣管橢圓度進行校正。（5）為避免虹吸現象的出現，閥門更換過程中必須保證火炬水封完好。（6）控制開孔機的進程，防止由于開孔機進程過大，打穿火炬氣管道底部，通過選用進程短的開孔機控制此項風險。（7）由于管道內可能含有硫化亞鐵，所以在閥門更換過程中必須實時監控火炬氣管道的壁溫，控制管道內氧氣含量，防止過量氧氣進入后發生硫化亞鐵自燃。

7 結束語

帶壓開孔封堵技術避免了生產裝置的非計劃停車，由于口徑較大，該項目在上海石化尚屬首次，為上海石化在大管徑物料管道帶壓開孔在線封堵方面積累了寶貴的技術資料。