開孔封堵技術(shù)在中緬管道上的應(yīng)用

周順榮，汪嘉偉，楊利崗，唐磊，李劍

（國家管網(wǎng)西南管道公司昆明維搶修分公司，云南 昆明 650000）

1 中緬管道簡介

中緬管道是我國能源進(jìn)口的又一國際大通道，管道總體實(shí)行油、氣雙線并行，包括了原油管道和天然氣管道，管道從我國西南邊陲云南瑞麗進(jìn)入中國。中緬原油管道起點(diǎn)位于緬甸皎漂港馬德島，經(jīng)過瑞麗、保山、大理、楚雄運(yùn)輸至云南安寧進(jìn)行煉化；天然氣管道起點(diǎn)位于緬甸西海岸皎漂港，途經(jīng)云南、貴州、廣西。原油管道和天然氣管道分別于2017年6月和2013年7月正式投運(yùn)。中緬原油管道的投產(chǎn)，降低了我國進(jìn)口原油經(jīng)馬六甲海峽運(yùn)輸中的安全風(fēng)險(xiǎn)，在保障能源安全方面有重大意義；同時(shí)，中緬油氣管道填補(bǔ)了云南成品油生產(chǎn)和天然氣的空白，對加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和促進(jìn)邊疆少數(shù)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)步具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

2 中緬原油管道開孔封堵施工實(shí)例

2.1 中緬原油管道緬甸段伊洛瓦底江備用管線切換工程

1）工程背景。伊洛瓦底江岔河穿越被稱為中緬油氣管道 “第一穿”。在管道穿越設(shè)計(jì)之初，為綜合考慮環(huán)境因素和管道運(yùn)行安全等方面問題，最終采用 “一用一備”設(shè)計(jì)方案。

中緬原油管道在建成投產(chǎn)后，由于穿越處上游河流不斷改變，造成伊洛瓦底江主河和岔河不斷西移。其主河?xùn)|岸不斷淤積形成約500m寬沙灘，西岸不斷侵蝕約130m，造成岔河河面已由設(shè)計(jì)時(shí)的170m拓寬到410m。同時(shí)，主、岔河河床每年存在不同程度的下切，造成主河道原油管道較大長度懸空于江水中，管頂至河床最大高度約3.1m，若管道運(yùn)行中因水流沖擊造成管道斷裂，管內(nèi)原油將迅速被湍急水流帶走，油品回收難度大；同時(shí)，泄漏的原油將對水質(zhì)、水生態(tài)環(huán)境及河流沿岸造成極大影響，對管道安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為及時(shí)消除管道運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)，決定通過封堵、斷管、連頭施工，將管道切換至備用管線運(yùn)行。

施工時(shí)間：2018年3月。管線規(guī)格：Φ813×16.9mm；管線材質(zhì)X80；管線運(yùn)行壓力：13.8MPa；輸送介質(zhì)：原油。

2）施工方案。本次備用管線切換工程采用降壓開孔，停輸封堵、斷管連頭方式進(jìn)行。在封堵作業(yè)前期連接備用管線并將管道預(yù)制至在役管線，然后通過對在役管道兩側(cè)實(shí)施 “雙側(cè)雙封”作業(yè)阻斷油品。在管道兩側(cè)隔離出一段管段后，抽排封堵段原油并經(jīng)氮?dú)庵脫Q后采用機(jī)械切割方式切除一段管段，將備用管線連接至在役管線。在連接焊口檢測合格后，利用清管球?qū)⒎舛鹿芏蝺?nèi)油品推入備用管線，平衡備用管段與在役管線壓力后解除管道兩側(cè)封堵導(dǎo)通備用管線，工程結(jié)束。

2.2 中緬原油管道云南楚雄封堵?lián)Q管工程

1）工程背景。中緬原油管道楚雄段某處在管道運(yùn)行中由于地質(zhì)變化致使管道底部接觸硬質(zhì)巖層，進(jìn)而導(dǎo)致管道底部出現(xiàn)約9.37%的凹陷。由于管道高壓運(yùn)行、管內(nèi)介質(zhì)高速流動(dòng)，凹陷點(diǎn)在管道內(nèi)部形成的凸起部分將承受更加嚴(yán)重的沖刷而加劇腐蝕；同時(shí)，管道變形也在一定程度上影響管道性能。若管道運(yùn)行中凹陷點(diǎn)泄漏或引起管道破裂，管道內(nèi)大量原油將滲漏至地下，對泄漏點(diǎn)周圍土質(zhì)、地下水和環(huán)境將造成極大影響且油品回收困難。為及時(shí)消除安全隱患，保證管道安全平穩(wěn)運(yùn)行，決定通過封堵?lián)Q管作業(yè)對變形管段進(jìn)行更換。

施工時(shí)間：2019年6月；管線規(guī)格：Φ813×11.7mm；管線材質(zhì)X70；管線設(shè)計(jì)壓力：10MPa；輸送介質(zhì)：原油。

2）施工方案。本次封堵?lián)Q管作業(yè)采用降壓開孔、停輸封堵?lián)Q管方式進(jìn)行。根據(jù)管道實(shí)際高程，在待更換管段高點(diǎn)位置利用盤式封堵阻斷油品，低點(diǎn)位置設(shè)置囊孔抽排待更換管段內(nèi)的油品至油罐車。待油品液面降至囊孔位置以下后對封堵段進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，油氣濃度檢測合格后置入隔離囊阻斷油氣。然后對待更換管段進(jìn)行機(jī)械切割和新管段組對焊接。焊口檢測合格后平衡封堵兩側(cè)壓力，撤出封堵導(dǎo)通管線，換管作業(yè)結(jié)束。

3 開孔封堵原理和工藝流程

3.1 開孔封堵原理

管道開孔封堵作業(yè)可分為不停輸開孔封堵作業(yè)和停輸開孔封堵作業(yè)，主要區(qū)別在于管道是否停止運(yùn)行。不停輸開孔封堵工藝主要用于不允許停輸?shù)墓艿朗┕ぃ┕ぶ锌赏ㄟ^旁通管線保證管道的臨時(shí)正常運(yùn)行；對于允許停輸?shù)墓艿溃裟茉谝?guī)定停輸時(shí)間內(nèi)完成維修、改造工作，則采用停輸開孔封堵工藝。管道開孔封堵工藝的主要原理是在管道無介質(zhì)外泄的狀態(tài)下，通過專用開孔設(shè)備以機(jī)械切削方式在管道上加工出圓形孔，然后使用專用封堵設(shè)備從開孔處將封堵裝置送入管道，從而阻斷管道內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)并密封管道。開孔封堵作業(yè)中的專用設(shè)備包括：開孔機(jī)、封堵缸、聯(lián)箱、夾板閥、封堵頭等；配套使用的耗材包括：筒刀、中心鉆、封堵皮碗、隔離囊、三通等。

3.2 開孔封堵工藝流程

開孔封堵工藝流程包括：作業(yè)坑開挖、三通短節(jié)焊接、閥門安裝、開孔設(shè)備組裝及試壓、管道開孔、封堵設(shè)備組裝及置入封堵、封堵段介質(zhì)抽排及氮?dú)庵脫Q、隔離囊安裝、待更換管段切割、新管段組對與焊接、解除隔離囊并安裝囊孔塞柄和盲板、封堵段壓力平衡及撤出封堵、封堵孔及平衡孔安裝塞柄和絲堵、拆除閥門、安裝盲板、三通短節(jié)防腐等工序。

4 開孔封堵施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 施工現(xiàn)場要求

開孔封堵施工作業(yè)場地須滿足設(shè)備規(guī)劃放置、組裝及吊裝等方面要求，進(jìn)場道路滿足設(shè)備運(yùn)輸要求。

4.2 作業(yè)坑相關(guān)尺寸的確定

1）作業(yè)坑底部寬度。通常為：管道直徑 +2600～3200mm，以便作業(yè)過程中有足夠的操作空間。管道底部到作業(yè)坑地面的高度應(yīng)不小于700mm，以保證三通焊接、設(shè)備支撐及防腐等工作的正常開展。2）作業(yè)坑長度。由多個(gè)尺寸構(gòu)成，其總長一般不小于12倍管道直徑。若管道開孔位置與管道環(huán)焊縫重合，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)加長作業(yè)坑，確保三通環(huán)焊縫距離管道環(huán)焊縫1500mm以上。3）作業(yè)坑坡度。應(yīng)根據(jù)土壤類別、力學(xué)性能和開挖深度確定。如開挖深度小于5m，其土壤類別為中密沙土，則在坡頂無載荷時(shí)，最陡邊坡坡比為1∶1；坡頂有靜載荷時(shí)，最陡邊坡坡比為1∶1.25；坡頂有動(dòng)載荷時(shí)，最陡邊坡坡比為1∶1.5。若作業(yè)坑深度超過5m，應(yīng)采用階梯式開挖方式或采取有效支撐，防止作業(yè)坑塌方。作業(yè)坑開挖完成后，應(yīng)在1m處設(shè)置警戒隔離帶，警戒帶內(nèi)不可堆放土方、擺放設(shè)備或停放車輛。

4.3 作業(yè)點(diǎn)的選取

為確保開孔封堵作業(yè)順利進(jìn)行，作業(yè)點(diǎn)應(yīng)選取在直管段上，盡量避免開孔刀具切割焊道及焊接熱影響區(qū)域，避免封堵頭導(dǎo)向輪經(jīng)過焊道。開孔封堵部位的管道橢圓度不應(yīng)超過管外徑的1%且不大于3mm，以防止開孔時(shí)卡刀和影響封堵嚴(yán)密性。三通焊接位置應(yīng)避開管道嚴(yán)重腐蝕區(qū)域，最小壁厚應(yīng)不小于4.8mm。

4.4 三通的組對與焊接

三通組對時(shí)法蘭與管道的平行度應(yīng)不大于1mm，中軸線與管道軸線間距不大于1.5mm。在DN700及以上管道不停輸開孔、封堵作業(yè)或DN900及以上的停輸開孔、封堵作業(yè)應(yīng)對三通進(jìn)行固定支撐。三通焊接時(shí)，管道運(yùn)行壓力應(yīng)滿足施焊要求，管道內(nèi)液體流速不大于5m／s、氣體流速不大于10m／s。焊接過程應(yīng)嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程施焊，對于大口徑三通的焊接宜采用自動(dòng)焊接技術(shù)。

4.5 夾板閥的安裝

夾板閥在吊裝時(shí)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，安裝時(shí)測量夾板閥內(nèi)孔與三通內(nèi)孔的同軸度，公差應(yīng)控制在1mm以內(nèi)。安裝完成后打開夾板閥，關(guān)閉內(nèi)旁通。

4.6 開孔作業(yè)

1）刀具的選擇與安裝。開孔用筒刀的直徑應(yīng)小于管道內(nèi)徑和三通內(nèi)徑，安裝前應(yīng)仔細(xì)檢查刀齒是否完好；中心鉆安裝前應(yīng)更換防松尼龍棒，并仔細(xì)檢查U形卡環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活、鉆尖是否完好；中心鉆長度應(yīng)保證筒刀切割出的鞍形板至少能被第二道U形卡環(huán)固定，以防止 “掉板”。刀具安裝時(shí)，應(yīng)確保主軸、刀具結(jié)合器與刀具之間的連接緊固，安裝完成后測量筒刀與開孔聯(lián)箱內(nèi)孔的同軸度，公差應(yīng)控制在1mm以內(nèi)。2）壓力試驗(yàn)。開孔前應(yīng)以管道運(yùn)行壓力為試驗(yàn)壓力對開孔過程中使用的全套設(shè)備進(jìn)行壓力試驗(yàn)并穩(wěn)壓30min，試驗(yàn)壓力最高不超過管道運(yùn)行壓力的1.1倍。若壓力試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)泄漏或降壓，應(yīng)泄壓后排查泄漏原因并重新試壓。3）開孔操作。開孔前測量、計(jì)算空行程和切削尺寸，確保各段行程尺寸計(jì)算正確。當(dāng)水平、傾斜開孔直徑在DN500及以上、大行程垂直開孔直徑在DN700及以上、垂直開孔直徑在DN900及以上時(shí)，應(yīng)設(shè)置與中心鉆相匹配的定位塊，以防止孔“開偏”。開孔過程中若出現(xiàn)卡刀應(yīng)立即停機(jī)，開孔機(jī)摘擋后手動(dòng)提起主軸至適當(dāng)距離后，重新掛擋開機(jī)。到達(dá)計(jì)算的開孔完成尺寸時(shí)，停機(jī)手動(dòng)檢驗(yàn)開孔完成情況，開孔完成后手動(dòng)收回主軸至零位。

4.7 封堵作業(yè)

1）組裝封堵頭。對于盤式封堵，在安裝封堵皮碗時(shí)，應(yīng)仔細(xì)檢查皮碗密封面是否完好，測量皮碗尺寸與封堵位置的管道參數(shù)是否匹配。安裝過程中，均勻緊固壓板螺栓，確保皮碗被均勻壓縮。安裝完成后測量記錄封堵頭導(dǎo)向輪接觸管底和封堵頭到位尺寸。2）封堵操作。封堵設(shè)備安裝時(shí)，應(yīng)確保封堵頭朝向封堵側(cè)并與管道軸線重合。封堵作業(yè)期間主管道不能進(jìn)行清管和運(yùn)行參數(shù)調(diào)整等操作。對于不停輸封堵作業(yè)，液體管道帶壓封堵時(shí)介質(zhì)流速不應(yīng)大于2.5m／s，氣體管道帶壓封堵時(shí)介質(zhì)流速不應(yīng)大于5m／s。上下游封堵作業(yè)完成后，應(yīng)對封堵段進(jìn)行密封效果驗(yàn)證，確認(rèn)無泄漏或者泄漏量滿足斷管、連頭作業(yè)條件后方可抽排封堵段介質(zhì)。3）解除封堵。封堵段管道維修、改造結(jié)束后，平衡封堵段內(nèi)壓力；壓力平衡后，先解除上游封堵，后解除下游封堵。封堵解除后，關(guān)閉夾板閥、排空閥門上部介質(zhì)后拆除封堵器。

4.8 安裝三通塞柄和盲板

1）塞柄的組裝。塞柄組裝前，檢查塞柄內(nèi)旁通密封性能和塞柄O型圈；塞柄安裝后測量內(nèi)旁通開啟量，一般控制在3～9mm。開孔時(shí)切割出的鞍形板應(yīng)焊接至塞柄接管上，隨塞柄裝回管道，以防止清管時(shí) “卡球”。鞍形板焊接前應(yīng)清邊，保證鞍形板外徑應(yīng)比開孔孔徑小20mm左右；對于開孔直徑大于DN500及以上的鞍形板，可能存在應(yīng)力釋放導(dǎo)致鞍形板變形，可對其適當(dāng)切除兩側(cè)尖角。鞍形板焊接時(shí)應(yīng)保證與塞柄同心。2）安裝塞柄。安裝三通塞柄時(shí)，應(yīng)確保鞍形板的方向與管道方向一致。塞柄到位后對角鎖緊三通卡環(huán)，將塞柄置于最上位后分離主軸與塞柄結(jié)合器，驗(yàn)證塞柄密封效果。確認(rèn)塞柄無泄漏后將開孔機(jī)主軸收回零位，排出塞柄上部介質(zhì)后拆除開孔機(jī)。

4.9 安裝盲板

盲板安裝前，更換密封墊片、檢查法蘭和盲板密封面，確保無缺陷后安裝。在緊固盲板螺栓過程中，應(yīng)對螺栓進(jìn)行編號標(biāo)記，并遵循十字對稱緊固的方法均勻緊固螺栓。

4.10 防腐

封堵作業(yè)完成后，應(yīng)將更換的管道和管件按照原管道防腐等級進(jìn)行防腐。三通等異形件的防腐難度較大，防腐過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定。

5 結(jié)語

隨著管道開孔封堵技術(shù)的日趨成熟，該項(xiàng)技術(shù)已在世界各地的油氣管道維修改造和搶險(xiǎn)工作中得到廣泛應(yīng)用。中緬管道作為中國第四大能源進(jìn)口通道，保障管道的安全平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。其國內(nèi)段多處于橫斷山脈，山高谷深、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、國際性河流眾多、管道維護(hù)難度大，安全運(yùn)行面臨風(fēng)險(xiǎn)較高。

開孔封堵技術(shù)作為管道維搶修中的一項(xiàng)重要技術(shù)手段，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合西南地區(qū)地形地貌和管道實(shí)際運(yùn)行情況，編制切合實(shí)際的封堵施工方案和應(yīng)急預(yù)案，確保安全、高效完成管道維搶修作業(yè)和應(yīng)急搶險(xiǎn)作業(yè)，保障中緬管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。