不停輸封堵施工技術方案

韓寅 張愛國 馬莉 崔笑晨

摘要：隨著工業的發展，管道不停輸封堵施工技術在管線改造項目中得到越來越廣泛的應用。本文結合輸氣管道的特點，為確保安全、高效、環保地完成新舊管線的連接工作，采油二廠輸油管線隱患治理工程采用不停輸、不降壓對管道改線處進行帶壓封堵作業。

關鍵詞：不停輸封堵；不停輸；不降壓

一、帶壓封堵技術的歷史

管道封堵技術于1884年誕生，至今已有115多年的歷史。管道封堵是在完全密閉狀態下，對改造管端兩側，利用物理、機械手段，將改造管段從運行管線中隔絕堵斷，進行維護、修理、更換等改造。其物理、機械手段包括筒式、懸掛式、折疊式等多種形式，而運行管線改造有不停輸改線和停輸改線兩種方式。停輸改線一般是將在運行管線停輸，利用封堵方法將改線段與主管線堵斷，清空改線段輸送介質，切斷舊管段，以新管段代之；不停輸改線就是以需更換的舊管線為基礎，在切斷點兩邊分別架旁通線的工藝實現新舊管段替換。這種工藝優點在于，所有施工工序均在不影響運行管線內介質正常輸送狀態下進行，既保證了正常輸油生產，又使換管施工從容不迫、安全可靠的完成。

由于近幾年國內70年代建設的長距離原油輸送管道，多處腐蝕嚴重，存在重大安全隱患，需更換改造的管段較多，而輸送高凝點原油的管道若停輸進行局部換管，造成全線凝管的安全風險極大。為此，對長輸管道不停輸封堵施工的方式方法進行介紹，以共探討研究。

二、工程概況

本工程5條改向新建管線在與老管道連接時必須保證原管道的正常運行，為確保安全、高效、環保地完成新舊管線的連接工作，采用不停輸、不降壓對管道改線處進行帶壓封堵作業。考慮采用“四封四堵”工藝建立局部旁通管道來實現，封堵施工執行標準《鋼制管道封堵技術規程第一部分：塞式、筒式封堵》SY/T6150.1-2011。

三、不停輸封堵換管施工準備

1、一般要求

參加本工程施工的焊工，必須參加過類似工程的焊接，并經過嚴格培訓，經審定和上崗資格認定考試合格，做到持證上崗。

焊接技術人員具備有較豐富的焊接實踐經驗和技術水平。工程施工前由焊接技術人員根據SY/T4103-2006《鋼制管道焊接及驗收》的焊接工藝評定報告編制焊接工藝規程，并對焊工進行認真的技術交底。

2、焊接設備

本工程采用的焊接及輔助焊接設備，均能滿足焊接工藝要求。焊機參數穩定，調節靈活，性能滿足焊接工藝要求，檢查焊機安全防護、指示儀表、開關位置和極性符合要求。

制作焊機地線專用卡具，使之能將地線與鋼管表機接觸牢固，避免產生電弧。

3、焊材

本工程采用的焊材采用國內知名產品，并嚴格按規范要求驗收。

焊材必須有質量證明書、合格證和試驗報告，否則應拒絕接收與使用。

焊材存放在固定庫房或活動庫房內，庫房內保證相對濕度小于60%。焊材按類型、牌號、規格進行存放，擺放要按規定墊高和離墻。

四、帶壓不停輸作業的關鍵操作工序簡介

1、管件焊接作業

1.1作業坑開挖

作業坑開挖前，應依據設計圖紙對開挖段地下構筑物和管線進行現場驗收和核對，確認無誤后，方可開挖作業坑。

依據國家相關標準，計算出封堵作業所需的作業坑的長度、底部寬度及作業坑開挖的深度。依據作業坑位置的地質狀況，做出坡比等數據放出作業坑開挖的地面寬度。

1.2清理防腐層

1.2.1管件安裝位置確定

管件安裝應選在直管段上且盡量避開管道焊縫。管道圓度誤差不應超過管外徑的1%。根據管件安裝位置放出防腐層清理的范圍。

1.2.2清理防腐層

防腐層清理時不得采用火烤、敲擊的方式。防腐層清理應采用刨刃清理，清理完后，用鋼絲刷子進一步清理，至管道金屬光澤出現。

1.3管件組對

1.3.1管件準備

核對管件的型號、材質、壓力等級。檢查壓力元件合格證書。管件焊接處應用鋼絲輪將油污、油漆、塵土等清理干凈。將管件內堵板及密封圈取出，檢驗銷釘是否運轉靈活。

1.3.2管件組對

將管件安放到防腐層清理完的管段上，用水平尺檢查沿管道橫向的水平度。

用等高測量的方法測量管件的法蘭面與管道軸線的平行度。

應使管件的半圓與管線的頂面盡量貼合。

將管道的護板安裝在管道上，如果出現下面不貼合的情況，應修整管件的橫焊道坡口，以滿足安裝要求。

1.4管件焊接

管件焊接時，管內液體流速不大于5米/秒。按焊接工藝指導書的要求進行施焊。

根據管徑的大小，配備焊工人數，DN200以上管徑的管道，至少有兩名焊工同時施焊，且兩電弧間相距至少50毫米。

1.5焊道檢測

焊道焊接完畢，應進行外觀檢測和滲透檢測。檢測合格后方可進行下道工序。

2、開孔作業

2.1安裝符合壓力等級的夾板閥、放散孔閘閥

1）將夾板閥的密封面清潔干凈，密封圈選擇要配套并用黃油粘牢。

2）夾板閥安裝時與開孔管夾具錯開一定角度，但不能與開孔管平行或垂直。

3）螺栓緊固后打開夾板閥并記住閥門打開程度。

4）測量開孔管頂到夾板閥上端的距離及塞柄支撐臺到夾板閥上端的距離。

2.2開孔機安裝

在夾板閥關閉狀態下吊裝開孔機，對稱擰緊螺栓，用塞規檢查兩法蘭的平行度。連接液壓動力軟管，安裝開孔機放空閥，安裝測桿在開孔機頂部；將測量數據B、C、E相加的總數在測桿標記（這個數據為開孔機鏜桿下落的無功行程）。

開孔前的數據測量與記錄：數據A、B在安裝開孔機刀具并調試好后測量，數據D、E在未安裝夾板閥前測量，數據C在安裝夾板閥完后測量。

如上圖，未開孔之前應測量記錄以下數據（毫米）

A、中心鉆尖到開孔刀刀刃端部的距離。

B、中心鉆尖到開孔機結合器法蘭密封面的距離。

C、夾板閥加上下兩片密封墊的總長度。

D、對開三通法蘭密封面到到法蘭卡環上平面的距離。

E、對開三通法蘭密封面到封堵管道頂部的距離。

2.3開孔作業

開孔機鏜桿總行程=無功行程+進刀行程。

開孔順序為：開旁通孔——開封堵孔——開取球孔。

2.4旁通管線

根據封堵管道的運行工況和工藝條件要求，確定旁通管線的材質、壁厚、管徑、壓力等級和長度。（本次封堵采用旁通線為159×6，長度為60米/處）

旁通管線應進行強度試壓和嚴密性試壓，強度試驗壓力為封堵管道工作壓力的1.25倍，嚴密性試驗壓力不低于封堵管道的工作壓力。

旁通管線應固定牢固，架空旁通管應有足夠力量的支撐。

3、封堵作業

3.1設備安裝

封堵機安裝：檢查各密封件有無損壞，接上液壓動力，排出活塞缸內有可能存在的空氣，檢查油缸活塞是否運動自如。檢查鎖桿夾是否有效。

連接封堵頭結合器，使油缸控制閥和結合器上平衡壓力接口在同一個方向。

伸出油缸控制桿（中心軸）到結合器法蘭端面位置，以方便安裝封堵頭為宜。

安裝封堵頭及封堵頭密封件：封堵頭的前端必須與平衡氣管接口方向一致才能將其連接在控制桿上；將密封件安裝在封堵頭上，均勻壓緊。檢查封堵頭各種連接件必須承壓可靠，在活動位置和密封件上涂上黃油。

3.2封堵操作：

打開夾板閥內部旁通，對結合器腔體進行置換升壓到壓力平衡，全開夾板閥。

首先對下游點封堵，下降封堵頭到位后，再對上游點進行封堵。如在下降封堵頭的過程中受阻，可提升、下降20-50毫米，反復多次可能會將封堵頭下降到位。

封堵效果驗證。降低封堵段內壓力，讓表壓為零，然后打開一個排放口進行管內液體排放，觀察封堵段管線壓力有無回升，如壓力表無回升則證明封堵成功，反之需重新查找原因直到符合要求為止。

拆下液壓軟管接頭，蓋上防塵蓋；放空被封堵的管段，檢查封堵的嚴密性，如封堵不嚴，應提出封堵頭拆下封堵機，重新安裝密封件，再進行一次安裝封堵作業。

3.3放置隔離球

首先清掃下隔離球位置處的污物，然后放入捆綁好的隔離球，打開氮氣瓶將氮氣瓶上的減壓閥調至0.08MPa，再打開進氣閥門，進行打壓，給隔離球充氣讓其膨脹，球壓不能超過0.03MPa。充壓完畢后用手輕輕推球體以推不動為合格，然后關閉進氣閥。派專人觀察壓力表，及時給隔離球補充壓力。

3.4斷管

切割管段用冷切割，切割點距隔離氣囊孔應大于3倍封堵管段管徑。

3.5新舊管線連接

新舊管線的連接參照原焊接工藝，施工過程中不得出現強力對口現象，以防止封堵段管線出現彎形，造成封堵失效。

3.6解除封堵

確認換管、連頭合格后，取出隔離氣球，在隔離氣球孔的三通法蘭內置入塞堵，蓋上盲蓋；通過封堵機結合器的平衡閥門引入油流平衡密封件兩側的壓力。

壓力平衡后，先提出上游封堵頭，關閉夾板閥，接上液壓軟管，將封堵頭完全退回到結合器內，放空結合器內介質，拆下封堵機；再提出下游封堵頭，按上述操作，拆下下游封堵機。

關閉旁通管線閥門，回收原油，拆除旁通管線。

3.7塞堵的安裝

塞堵是連接在開孔機上置入到三通法蘭內的。

塞堵調試；將塞堵內落球式止回閥的螺栓頂桿調到能使止回閥打開在3-9毫米的行程范圍內。

下降塞堵：對稱完全伸出三通法蘭的兩片卡環，并記下旋進的圈數。吊裝開孔機，平衡壓力，開夾板閥；在開孔機頂部裝上測桿，將測桿定位環定在下降行程位置。

下降塞堵到離定位環少M量的位置，微手動感覺塞堵端面是否頂到卡環，上提塞堵少量（塞堵端面不頂緊卡環），退回卡環，再下降塞堵到測桿標記的定位環位置，伸進卡環，對應所記下的旋進圈數，如不能伸進到位，可上下微動塞堵，達到完全伸進的目的。

反時針旋轉開孔機的起落控制把（約6圈），分離限位桿與塞堵座的連接，退回鏜桿，關閉夾板閥，放空壓力，確認塞堵的止回閥不漏氣。

拆下開孔機、塞堵座、夾板閥、裝法蘭蓋。塞堵安裝完成。

五、封堵施工中可能存在的隱患及處理措施

根據此次的工作特點，我們有針對性的做了部分處理同類事件的措施，在以前的施工中經過實踐，是行之有效的。特總結如下：

1、管線封堵后密封不嚴

風險：介質在封堵處泄漏，當嚴重泄漏時，會造成管線無法完成斷管；微小泄漏時，驗封過程很難有準確判斷，施工中會造成介質向連頭點擴散，無法實現更換管道作業。

應對措施：當發現封堵處嚴重泄漏時，應停止下一工序（斷管）施工，平衡封堵頭兩端壓力后，將封堵頭提出，檢查封堵頭皮碗的情況，如有損傷，更換新的皮碗，重新下封，如無損傷，將皮碗的螺栓進一步上緊，迫使皮碗裙邊進一步脹大，增加密封強度。

當封堵處微小泄漏時，在封堵頭前增加一道黃油墻（防火墻）進行二次保護，打開平衡孔通過導流管將泄漏介質放散，采用二次密封措施完全可以確保連頭焊接

2、天氣因素導致無法施工

風險：惡劣天氣情況會造成施工質量下降，甚至不合格，出現返工延誤工期。特別是雷電天氣，由于封堵器較高，易出現雷擊。

應對措施：搭建臨時防雨、防風工棚，保證施工的正常進行。出現雷電天氣時，作防雷網，并做可靠接地。

3、出現意外事故

風險：動火施工的意外事故有三種，一是操作不慎或違章造成人員傷害；二是安全檢測不及時或不負責任，造成可燃氣體濃度增加后未及時發現而造成火災事故；三是可燃氣體濃度嚴重超標時造成爆炸事故。

應對措施：在施工前對工人進行安全操作教育，現場設專人進行可燃氣體濃度檢測，每道工序打火前進行一次檢測，若發生人員傷害、應急指揮小組立即報救護組進行救治，若出現火災、爆炸事故則報消防組立即進行處置。

4、管件焊接時，造成管壁穿透

風險：管件焊接時由于使用不當的焊接工藝，或管線出現嚴重的腐蝕，焊接時，將管線燒穿，此時介質噴出，發生火災。

應對措施：在施工前，編制焊接工藝規程同時進行焊接模擬試驗和工藝評定，確保焊接工藝的合理性和安全性；在施工焊接前必須用測厚儀測管壁厚度，焊接處必須選擇在遠離腐蝕嚴重區域，并盡量選擇管線壁厚處進行焊接；在焊接管件前，上游最近閥室壓力應在允許帶壓焊接的計算壓力以下；在達到焊接質量要求的前提下，控制焊接熔深，控制焊接過程中導入的熱量；另外，根據管線運行時間和腐蝕情況，焊接過程中一定要嚴格按工藝操作確保無穿透事故發生。

5.確保封堵后能正常清管通球措施

將鞍型板根據計算深度尺寸焊接在塞堵底部，隨塞柄恢復鉆孔原位，以保證球體順利通過；新老管連接管件采用4D彎頭，不小于管道通徑。

6.斷管后對旁通管線的影響

為避免切斷后的長輸管線漲力對Ф159旁路段的影響，Ф159臨時旁路管段采用〝U〞型漲力彎管段連接.

7.高流速下封措施

流速高的情況下封堵時，由于沖量較大，造成封堵頭承受的力較大，甚至會造成封堵器主軸發生嚴重變形不能將封堵器下到位，或者是封堵后由于發生嚴重變形，造成封堵頭不能取出。應在下封時不能一味執行先封下游后封上游的原則，應采取先下游后上游交替下封的方式，強迫增加上游旁通的流速，減少下游封堵器的受力。最后完成封堵時，還是下游先完成，上游后完成。

8.開孔作業時，可能產生卡刀現象

在開孔過程中，由于管線本身存在應力，這種現象經常發生，只要按規程操作，就不會產生問題。這種現象一旦發生，按如下操作：1、立即停機，并手動退刀1公分，再重新起機開孔；2、在選擇開孔位置時，盡量選擇管線變形小的位置；3、在開孔前，對焊接三通、夾板閥、結合器所形成的密封室必須做氣體置換及壓力檢測。

六、結束語

油、氣管線不停輸帶壓封堵施工技術是一種安全、經濟、快速高效的在役管道維搶修特種技術，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。該技術是油、氣田維修及搶險任務中的關鍵技術之一，同時也是管道維護搶修技術的一種新的補充手段，有利于提高生產能力，節約能源和保護環境，有利于企業切實履行社會責任，是積極安全有效的一種新工藝。

參考文獻：

[1]劉忠.一種新型的管道封堵器[J].石油機械，2006，34（1）：14-16.

[2]金盟賀.淺談帶壓封堵技術在輸氣管線不停輸遷移施工中的應用[J].科協論壇，2011，12（4）：24-26.

[3]高超.不停輸帶壓封堵換管技術在石克氣線中的應用[J].內蒙古石油化工，2008，15（17）：35-37.