基于管線不停輸帶壓開(kāi)孔技術(shù)的安全分析

吳國(guó)勝

摘要：帶壓開(kāi)孔技術(shù)是介質(zhì)管線維修中常用的技術(shù)，但是受到各種因素的影響，帶壓開(kāi)孔技術(shù)在運(yùn)行的過(guò)程中存在著一定的安全隱患，為了有效的規(guī)避這些問(wèn)題，文中對(duì)帶壓開(kāi)孔技術(shù)過(guò)程中涉及到影響安全因素進(jìn)行了深入分析，并提出了對(duì)應(yīng)的安全措施。

關(guān)鍵詞：帶壓開(kāi)孔技術(shù)；安全影響因素；在線焊接

帶壓開(kāi)孔技術(shù)是一種安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效的在役管線維搶修技術(shù)。我國(guó)擁有豐富的能源資源，近些年來(lái)，原油、天然氣等能源開(kāi)采產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，帶壓開(kāi)孔技術(shù)也在介質(zhì)管線維修和突發(fā)事件搶修的過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。帶壓開(kāi)孔技術(shù)是指在管道和容器上制造接口的一種方法，在開(kāi)孔操作過(guò)程中，管道和容器處于承壓或使用狀態(tài)下。管線開(kāi)孔技術(shù)可能會(huì)受到管線介質(zhì)、壓力、壁厚情況、流動(dòng)動(dòng)態(tài)等影響，從而埋下一定的安全隱患，因此如果不能做出合理的技術(shù)處理可能會(huì)對(duì)相關(guān)人員及整體工程均造成嚴(yán)重的損失。可見(jiàn)，對(duì)帶壓開(kāi)孔技術(shù)在役焊接以及開(kāi)孔施工操作過(guò)程中的安全問(wèn)題進(jìn)行分析十分必要。

一、帶壓開(kāi)孔技術(shù)在役焊接的安全分析

首先，在金屬材質(zhì)上進(jìn)行焊接的過(guò)程中，焊接位置的溫度會(huì)持續(xù)上身，這將會(huì)直接降低材料的強(qiáng)度，如果焊接過(guò)程中材料已經(jīng)完全融化，那么這部分材料就會(huì)完全失去承載能力，此時(shí)在焊接應(yīng)力以及介質(zhì)壓力的作用下，焊接范圍內(nèi)未進(jìn)行焊接操作的位置就會(huì)發(fā)生燒穿現(xiàn)象。從分析中可以看出，焊接過(guò)程中的高溫是導(dǎo)致燒穿的原因之一，而焊接管道的壁厚也是原因之一，即使達(dá)到一定溫度，而壁厚足夠，也不容易發(fā)生燒穿問(wèn)題。經(jīng)驗(yàn)表明，在焊接過(guò)程中，當(dāng)焊接操作對(duì)管道的熱輸出達(dá)到980度以上時(shí)，就會(huì)存在燒穿等風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)如果管道的壁厚不足6.4mm，燒穿發(fā)生的幾率就會(huì)進(jìn)一步增加。但是由于施工情況的不同，管道壁厚很難均控制的6.4mm以上。因此壁厚不同，焊接過(guò)程中使用的技巧和方法也有所不同，比如，壁厚不足6.4mm時(shí)，可以在第一個(gè)焊接道內(nèi)使用直徑小于2.4ram的焊條，因?yàn)橹睆叫〉那闆r下焊接輸出的熱量也相對(duì)較小；當(dāng)壁厚超過(guò)6.4mm但是未超過(guò)12.8mm時(shí)，可適當(dāng)?shù)脑黾雍笚l直徑至3.2mm；當(dāng)壁厚超過(guò)12.8mm時(shí)，一般不容易發(fā)生燒穿問(wèn)題。

在役焊接的過(guò)程中，如果接縫位置存在的氫元素達(dá)到了一定的濃度，焊接的接頭存在淬硬傾向且接頭承受了一定的拘束應(yīng)力，此時(shí)極易引起氫致裂紋問(wèn)題。氫致裂紋是在上述三種因素的共同作用下出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。因此，想要避免這種問(wèn)題的出現(xiàn)，就一定要避免上述三個(gè)因素的出現(xiàn)，或是至少消滅其中的一項(xiàng)因素。因此，對(duì)氫致裂紋進(jìn)行安全分析應(yīng)該從三方面入手。其一，關(guān)于焊接縫中的氫含量的問(wèn)題。

在焊接過(guò)程中，管道介質(zhì)內(nèi)部可能存在一定的氫化合物，或者焊接材料、焊接坡口位置可能會(huì)附著一定量的有機(jī)物。為了避免這個(gè)問(wèn)題，在進(jìn)行焊接超過(guò)的過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)管線可能存在氫類化合物，需要盡量避免進(jìn)行管線焊接。對(duì)于其他含氫的位置，技術(shù)人員需要進(jìn)行細(xì)致的清理，必要情況下可以使用低氫焊接技術(shù)將焊縫中的含氫量控制在合理范圍之內(nèi)；其二是關(guān)于焊接接頭的淬硬傾向問(wèn)題，在役管道焊接的過(guò)程中，管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)速度有所提升，此時(shí)管壁的散熱速度就會(huì)增加，這樣一來(lái)，焊接接頭的冷卻時(shí)間就會(huì)縮短，焊接接頭中的碳含量較高，在遇到這種情況時(shí)，就會(huì)在熱影響區(qū)出現(xiàn)淬硬組織，繼而加大開(kāi)裂問(wèn)題發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。為此，相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)中明確指出，在役管道焊接的過(guò)程中，如果管道的壁厚不足12.8mm的情況下，需要嚴(yán)格控制管道內(nèi)的液體流動(dòng)速度，流速最大不能超過(guò)每秒5米，氣體流速不得超過(guò)每秒10米。此外，在進(jìn)行焊接操作的過(guò)程中，技術(shù)人員有必要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整工藝參數(shù)，以此保證焊接輸出的熱量不會(huì)對(duì)介質(zhì)的流動(dòng)產(chǎn)生其他影響。操作過(guò)程中，焊道以及焊接順序安排的合理性也會(huì)直接影響接頭的淬硬程度，因此可以使用焊道熔敷順序的回火效應(yīng)將熱影響區(qū)的硬度控制在合理的范圍之內(nèi)；其三是關(guān)于焊接接頭承受的拘束應(yīng)力的相關(guān)問(wèn)題。在役管道焊接的過(guò)程中，一般使用焊接之前以及焊接之后預(yù)熱的方式加以控制，此外，焊道順序的合理控制以及焊接安裝過(guò)程中裝配操作的合理性等有可以實(shí)現(xiàn)對(duì)拘束應(yīng)力的有效分散。

最后，在役管道焊接過(guò)程中焊接管道的介質(zhì)也容易引起一定的安全問(wèn)題。為了保證焊接操作的安全性，施工人員首先需要明確管道內(nèi)的液體或是氣體的主要成分，了解其是否存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)性，如果管道內(nèi)的物質(zhì)受熱后可能引起爆炸，則最好取消焊接操作。經(jīng)驗(yàn)表明，管道中存在以下幾種氣體時(shí)，均不適宜進(jìn)行焊接操作：氧氣、富氧空氣、氯化物、不飽和烴類氣體、壓縮空氣。

二、帶壓開(kāi)孔操作過(guò)程中的安全分析

帶壓開(kāi)孔技術(shù)的超過(guò)過(guò)程中，其安全性受到多種因素的影響，筆者結(jié)合以下經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

其一，帶壓開(kāi)孔技術(shù)設(shè)備的重量，帶壓開(kāi)孔操作的過(guò)程中，需要將設(shè)備安裝在管線上，由于設(shè)備本身存在著一定的重量，此時(shí)管道的支撐結(jié)構(gòu)就要幫助分散一部分來(lái)自于開(kāi)孔設(shè)備的重量，如果設(shè)備的重量較輕，那么管道支撐結(jié)構(gòu)的壓力也就相對(duì)較小，反之，如果設(shè)備較重，那么就會(huì)給管道承重結(jié)構(gòu)造成較大的影響。為此，開(kāi)孔技術(shù)施工過(guò)程中，一般以軸向尺寸以及質(zhì)量輕的設(shè)備為最佳選擇。另外，由于開(kāi)孔的需求和方向不同，所需注意的事項(xiàng)也各不相同。比如，在水平方向上開(kāi)孔時(shí)，就需要安置一個(gè)支架來(lái)支撐鉆孔工具，這可以將管道焊縫橫向上的承受力盡可能的縮小；在垂直方向上進(jìn)行開(kāi)孔操作的過(guò)程中，如果施工管道范圍無(wú)法承受開(kāi)孔機(jī)器、閥門等設(shè)備的質(zhì)量，可以在管道上增加臨時(shí)的支撐結(jié)構(gòu)。

其二，帶壓開(kāi)孔技術(shù)的安全性可能會(huì)受到施工過(guò)程中產(chǎn)生的鐵屑的影響。在使用開(kāi)孔機(jī)筒進(jìn)行管線刀削的過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生大量的鐵屑，這些鐵屑可能會(huì)對(duì)開(kāi)孔技術(shù)的下游器械設(shè)備、儀表設(shè)備等造成一定的影響，也會(huì)對(duì)開(kāi)孔操作的合理性造成一定的影響。比如在垂直方向向下端開(kāi)孔時(shí)，產(chǎn)生的鐵屑將會(huì)直接的進(jìn)入管道，在工藝介質(zhì)的作用下，這些鐵屑將會(huì)被帶入到下游器械或者是儀表設(shè)備中，對(duì)其正常的運(yùn)行狀態(tài)造成一定的影響；在水平開(kāi)孔的過(guò)程中，鐵屑將會(huì)在水平方向上產(chǎn)生堆積，這時(shí)會(huì)加大道具切削的阻力，從而導(dǎo)致筒刀切屑刃損壞。如果處理不及時(shí)，甚至?xí)?dǎo)致開(kāi)孔機(jī)無(wú)法拆卸。

為了解決鐵屑產(chǎn)生的問(wèn)題，在垂直防線上開(kāi)孔時(shí)，建議將位置選擇在過(guò)濾器的上游管線，此時(shí)大部分鐵屑將會(huì)落入到筒刀中，降低對(duì)各種精密設(shè)備的影響。在水平方向開(kāi)孔時(shí)，有必要適當(dāng)增加開(kāi)孔筒刀的前角和后角。此外，經(jīng)驗(yàn)表明，操作過(guò)程中適當(dāng)?shù)恼{(diào)整進(jìn)刀量也可改變鐵屑的厚度和長(zhǎng)度。

其三，帶壓開(kāi)孔施工的過(guò)程中，有時(shí)刀具可能會(huì)被卡住，設(shè)備主軸無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，這也就是所謂的悶車。在筒刀轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，一開(kāi)始接觸管壁使，只有部分刀頭在受力的狀態(tài)下，在這種情況下，如果材料硬度較大，就會(huì)出現(xiàn)悶車。另外，如果筒刀切頭管壁過(guò)程中的落料即將成型，也可能會(huì)出現(xiàn)悶車。一旦出現(xiàn)悶車問(wèn)題，不可以馬上停止開(kāi)孔機(jī)器，而是需要提高整個(gè)工作系統(tǒng)的液壓壓力，遵照一定的技術(shù)步驟完成切屑。此外，在開(kāi)孔操作過(guò)程中，最好不要在開(kāi)孔機(jī)的直徑上限作業(yè)。

其四，帶壓開(kāi)孔操作過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，這主要是因?yàn)楦鞣N設(shè)備、閥門、開(kāi)孔機(jī)轉(zhuǎn)盤均存在介質(zhì)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。為了防止這個(gè)問(wèn)題，在施工之前，最好仔細(xì)檢查開(kāi)孔設(shè)備、閥門等是否具有良好的密封性。確定其不會(huì)發(fā)生泄漏時(shí)候方可進(jìn)行開(kāi)孔施工。有時(shí)，施工人員也會(huì)進(jìn)行靜壓力測(cè)試來(lái)檢查設(shè)備的泄漏情況。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，帶壓開(kāi)孔技術(shù)在石油、天然氣等產(chǎn)業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用，對(duì)于相關(guān)產(chǎn)業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定性均具有重要作用，然而目前階段內(nèi)還存在著較多因素影響著帶壓打孔技術(shù)的安全性，文中的相關(guān)原因分析和措施闡釋希望可以為相關(guān)工作人員提供有益的借鑒與參考。