磁力開孔設(shè)備在天然氣管道氮?dú)庵脫Q作業(yè)中的應(yīng)用

萬小蕓 羅歡歡 劉 亭

（陜西省天然氣股份有限公司，陜西 西安710016）

1 天然氣管道氮?dú)庵脫Q作業(yè)

1.1 置換的必要性

為確保安全生產(chǎn)，在天長(zhǎng)輸管道改線連頭和輸氣場(chǎng)站的投產(chǎn)過程中，一般都選用惰性氣體完全置換天然氣路由管道及設(shè)備，保證動(dòng)火施工作業(yè)在可控的安全環(huán)境中實(shí)施，新投運(yùn)設(shè)施的空氣置換為天然氣過程中的隔離氣體，其中氮?dú)庖云漭^高的存在性和性價(jià)比成為置換氣體之首選。

1.2 置換方法

1.2.1 直接置換

直接置換法是將天然氣直接通入管道中，天然氣與待投產(chǎn)管道中的空氣直接接觸，直至天然氣完全取代空氣；或用空氣直接通入管道中，空氣與待管道中的殘余天然氣直接接觸，直至空氣完全取代天然氣的置換方法。

1.2.2 間接置換

間接置換是讓惰性氣體先輸入管道內(nèi)，使管道內(nèi)的空氣（或天然氣）完全被取代，然后再將天然氣（或空氣）通入管道直至惰性氣體完全被取代，這種用惰性氣體作為中間介質(zhì)置換的方法稱為間接置換。如圖1。

圖1

1.2.3 隔離置換

在間接置換的條件下，使用隔離設(shè)備或某段充入惰性氣體將天然氣與空氣隔離的置換方法稱為隔離置換。

1.3 置換作業(yè)的氮?dú)庾⑷胪緩椒治?/h3>

1.3.1 預(yù)留口注氮

預(yù)留口注氮是指在天然氣場(chǎng)站或閥室設(shè)計(jì)的既有接口和裝置連接注氮，在近幾年來新投運(yùn)的管線上普遍都留有注氮接口，在需要施工置換的管道最近距離閥室、場(chǎng)站選取注氮位置即可。這種注氮途徑是理想狀態(tài)的，既快捷又安全，但是注氮預(yù)留口的設(shè)置往往考慮概率需求，不能完全滿足每一項(xiàng)施工作業(yè)實(shí)際需要。

1.3.2 工藝閥門注氮

在沒有注氮預(yù)留口的的管線和輸氣場(chǎng)站，就需要根據(jù)工藝要求，在離作業(yè)點(diǎn)最近的場(chǎng)站或閥室選取符合條件的閥門，拆卸后，一端封為盲室，另一端連接注氮設(shè)備加注氮?dú)猓@就是采用工藝閥門注氮；優(yōu)點(diǎn)是可以滿足置換要求，但是此注氮接口需要通盤考慮作業(yè)整體需求，做出工藝判斷，決定拆卸閥門，進(jìn)行復(fù)雜的拆卸過程，封堵盲端等一系列工作，增加了作業(yè)的不確定性，甚至延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間。

1.3.3 施工點(diǎn)在線開孔注氮

施工點(diǎn)在線開孔注氮是利用專業(yè)的在線開孔設(shè)備，在作業(yè)點(diǎn)附近的管線無火花開孔，快捷注入氮?dú)獾姆椒ǎ贿@種方法不僅提高了置換效率，而且還把開孔和注氮過程合二為一，全程無泄漏且濕式作業(yè)，使用不受位置、工藝條件限制，安全有保障。

2 磁力開孔設(shè)備概述

2.1 簡(jiǎn)介

磁力開孔設(shè)備采用可調(diào)速單相磁力鉆，全密封帶壓無火花開孔注氮。經(jīng)測(cè)試可做到壓力小于0.5Mpa 狀態(tài)下，零泄漏快速安全開孔（DN50 以下）。該設(shè)備主要針對(duì)φ426、φ610 兩種規(guī)格長(zhǎng)輸管道改線、換管作業(yè)項(xiàng)目的氮?dú)庵脫Q作業(yè)的實(shí)施。

2.2 組成

磁力開孔設(shè)備的設(shè)計(jì)組件主要包括固定鋼卡條、固定機(jī)座、球閥和磁力鉆電機(jī)，固定鋼卡條環(huán)繞管道，并通過螺紋固定條固定在固定機(jī)座上，磁力鉆電機(jī)通過電機(jī)平臺(tái)固定在固定機(jī)座上，接通磁力鉆吸盤開關(guān)，接通磁力鉆電機(jī)，速度由低檔緩慢至高檔運(yùn)行鉆孔，成孔后將鉆頭升至磁力鉆上止點(diǎn)，關(guān)閉密封球閥，鉆孔完成后，緩慢釋放鉆桶內(nèi)的余氣，拆除鉆桶組件，清理鉆桶及球閥上球面鐵屑，安裝配套注氮法蘭，連接注氮裝置進(jìn)行注氮。如圖2。

2.3 特點(diǎn)

其特點(diǎn)是無機(jī)械連接固定，采用電磁力即時(shí)吸附固定，位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求靈活調(diào)整，拆裝方便；開孔速度快，大約3 分鐘；密封性能好，可承壓0.5Mpa ，解決了因閥門內(nèi)漏引起的作業(yè)安全隱患；開孔和注氮一個(gè)設(shè)備即可完成；整個(gè)鉆孔過程全密封，磁力鉆電機(jī)和鉆頭物理隔離，電機(jī)所處作業(yè)場(chǎng)所和鉆頭所處開孔部位之間使用動(dòng)密封填料，不會(huì)使管道余氣外泄；整個(gè)鉆孔過程采用濕式作業(yè)，保證了鉆孔過程的安全無火花。

圖2

3 磁力開孔設(shè)備使用方法

3.1 使用步驟

3.1.1 選擇沒有焊縫且防腐層光滑的基面，水平安裝對(duì)角緊固磁力鉆固定支架，注意硅膠密封板不用涂黃油或密封脂以防側(cè)滑。如圖3。

圖3

3.1.2 安裝緊固截止球閥，閥門應(yīng)在開啟狀態(tài)，緊固完后閥內(nèi)加滿冷卻水（冷卻液），安裝緊固合金鉆頭密封套動(dòng)與靜密封點(diǎn)。如圖4。

圖4

3.1.3 將磁力鉆置于固定支架平臺(tái)上，連接磁力鉆與合金鉆頭密封套以及鉆桿，手動(dòng)磁力鉆手輪使上止點(diǎn)至下止點(diǎn)使其同心，接通磁力鉆吸盤開關(guān)，接通磁力鉆電機(jī)，速度由低檔緩慢至高檔運(yùn)行，，成孔后將鉆頭升至磁力鉆上止點(diǎn)，關(guān)閉磁力鉆電機(jī)電源，關(guān)閉密封球閥。如圖5。

圖5

3.1.4 緩慢釋放鉆桶內(nèi)的余氣，拆除鉆桶組件，清理鉆桶及球閥上球面鐵屑，安裝配套注氮法蘭開始注入氮?dú)狻Ｈ鐖D6。

圖6

3.2 在線開孔設(shè)備解決的問題

3.2.1 長(zhǎng)輸管道碰口連頭作業(yè)需氮?dú)庵脫Q，可在施工點(diǎn)附近注氮提高置換效率。

3.2.2 有效的避免了因上下游快速截?cái)嚅y內(nèi)漏，導(dǎo)致內(nèi)漏氣體與氮?dú)饣旌献⑷胂掠喂艿溃掠螝怏w檢測(cè)數(shù)據(jù)不合格，無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)施工；既浪費(fèi)氮?dú)赓Y源又延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，甚至?xí)绊懴掠斡脩粽９狻?/p>

3.2.3 解決了在地勢(shì)低洼作業(yè)點(diǎn)，外泄氣體不易擴(kuò)散，易造成安全生產(chǎn)事故的隱患。

4 使用效果及改進(jìn)設(shè)想

4.1 使用效果

4.1.1 在線開孔設(shè)備無機(jī)械連接固定，采用電磁力即時(shí)固定，位置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求靈活調(diào)整，拆裝方便。

4.1.2 整個(gè)開孔過程全密封，磁力鉆電機(jī)和鉆頭物理隔離，電機(jī)所處作業(yè)場(chǎng)所和鉆頭所處開孔之間使用動(dòng)密封填料，不會(huì)使管道余氣外泄。

4.1.3 在線開孔設(shè)備的密封性能好，耐壓可達(dá)0.5Mpa，解決了因閥門內(nèi)漏引起的作業(yè)安全隱患。

4.1.4 整個(gè)鉆孔過程采用濕式作業(yè)，保證了鉆孔過程的無火花安全。

4.2 尚需改進(jìn)幾點(diǎn)建議

無固定磁力鉆管道在線開孔器在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，發(fā)現(xiàn)其有如下幾項(xiàng)尚需改：

4.2.1 該設(shè)備現(xiàn)階段只是針對(duì)φ426、φ610 兩種規(guī)格進(jìn)行在線開孔注氮作業(yè)，有其局限性，后續(xù)的應(yīng)從長(zhǎng)輸管道規(guī)格系列入手，制作出各種規(guī)格型號(hào)的固定卡具和密封件來完善其適用范圍。

4.2.2 在固定卡具的的設(shè)計(jì)上，向多功能，多規(guī)格方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)一組卡具能適應(yīng)多種管道。

4.2.3 注氮接頭采用法蘭連接，可以改進(jìn)為快速直插接頭連接方式，提高效率。

5 結(jié)論

隨著天然氣長(zhǎng)輸管道建設(shè)和改擴(kuò)建項(xiàng)目的增多，從“以人為本 安全第一”的角度審視，管道的完全氮?dú)庵脫Q方式將會(huì)成為作業(yè)的必須條件，作業(yè)場(chǎng)所的安全與環(huán)保必將會(huì)成為企業(yè)的發(fā)展的基礎(chǔ)，筆者就置換的幾種常用方法做了介紹，并闡明其優(yōu)缺點(diǎn)，著重?cái)⑹鲆环N新型的管道在線開孔注氮設(shè)備，即磁力開孔設(shè)備在天然氣管道氮?dú)庵脫Q作業(yè)中的應(yīng)用情況，提出了其尚需改進(jìn)的幾點(diǎn)設(shè)想，意在創(chuàng)新工作。