高壓燃氣管道帶壓不停輸封堵改管技術研究

史 記

（南京華潤燃氣有限公司，江蘇 南京 210000）

1 管道帶壓封堵技術分析

1.1 帶壓不停輸封堵內涵

管道帶壓封堵的基礎技術條件，是在壓力管道出現流體介質泄漏的條件之下，為保證管道天然氣的正常運輸，需要在出現破裂的管道位置上，以最快的速度建設密封結構，并以密封結構為基礎，完成相應的管道缺陷補救和維修改造，這種封堵技術可以作為管道帶壓情況下的補救措施。在此技術的應用中，通過密封結構可以在不停止輸氣的條件下完成對管道破裂部件的更換、閥門更換、管線位移和線路增設。在管道突發性泄露的條件下可以快速回復管道天然氣供給的恢復。由于具有不降壓、不停產的特點，可以有效保障生產流程的正常進行，所以具有很高的使用價值，也能給社會創造較高的綜合效益。針對高壓燃氣管道，使用該技術也可以獲得比較好的效果，目前的最高封堵壓力可以達到10 MPa。

1.2 帶壓不停輸封堵技術原理

導致帶壓管道出現管道泄露問題的原因較多，因帶壓的管道自身內部的介質壓力較大，帶壓管道運輸中氣體通常自帶溫度，受壓力作用的影響，會向外噴射和流動，此時，若能采取與泄露部位自身材料結構相同的組織，建設封閉空腔。亦或者在出現泄漏管道周圍建設封閉空腔，在利用比介質系統內外施壓，將密封劑灌入到封閉空腔中，進而建立相應的密封結構，即可達到對泄露部位的封堵作用。可以對存在損壞的位置進行修復和改造，建立起臨時輸送結構，滿足燃氣輸送的需求。

1.3 帶壓不停輸封堵技術特點

（1）經濟效益高。燃氣是生活和生產的重要動力來源，傳統的燃氣管道維修時，由于需要停止燃氣供應，導致生活、生產活動停止，對于燃氣供應部門，也需要進行停車等操作，所以會造成較高的直接、間接經濟損失。使用帶壓封堵技術，可以確保燃氣供應、生產活動、生活的正常進行，避免由于停車導致的經濟損失。

（2）安全性強。在解決泄漏和改造管道的過程中，維修或者改造部分管道與臨時輸送管道隔離，維修過程中也不會產生任何火花，可以比較好地保證安全。

（3）應用范圍大。該技術除了應用在燃氣管道中，也可以在石油、供熱、 自來水等供應管道中使用，維持作業的正常進行，具有極高的適應性。

（4）操作方便。維修人員使用該技術操作簡便，具有良好的可拆卸性，新的密封結構是可以拆卸的，并不會影響原來的密封結構。

2 常用的不停輸封堵工藝分析

2.1 活塞式壓帶封堵技術

活塞封堵技術，是運用可以進行靈活轉動的活塞頭，在封堵維護工作開展前，先對相應的管道進行開孔，在伸入管線內部后在將活塞進行轉向，以達到管線的封堵目的。密封利用活塞頭部的橡膠皮碗和管壁緊貼完成密封工作，需要取消封堵時，只需要將活塞提起回收，之后關閉閥門。使用該工藝需要在施工之前做好準備工作，在管線上和焊接對開三通，安裝夾板閥之后進行系統試壓，之后利用機械帶進行開孔，安裝臨時管道滿足燃氣的輸送要求，同時安裝封堵活塞進行密封。之后就可以開始換管維修工作，完成改造后，先取消上游封堵，然后再取消下游封堵、堵孔，拆卸夾板閥后安裝三通盲板。

2.2 膨脹筒封堵技術

膨脹筒封堵技術的基礎原理，是借助孔徑可以進行變大或者縮小的鋼管，工作開始之前需要提前進行開孔將膨脹筒放置到管線中，通過膨脹筒和燃氣管道緊密貼合，以達到管道封堵的目的。在封堵組織撤銷后，借助收縮膨脹筒工具，上提即可完成收回工作。作業施工需要先做好施工前的準備工作，工作管線上焊接四通管件和安裝夾板閥，進行整體試壓工作，通過試壓后，開始帶壓開孔工作或者截斷管道，以及安裝臨時旁通管道，安裝完成封堵工作后，開始管道的維修和換管。經過維修改造工作后，再將封堵的組織結構取出來，在用相應的材料將堵孔堵住，拆卸夾板閥并安裝四通盲板。膨脹筒封堵的密封效果明顯，操作比其他封堵形式更為簡便，但膨脹筒封堵下的管道結構較為復雜，為后續的管道維護管理造成較大的阻礙和困難。

2.3 兩種常用技術的對比

（1）活塞式封堵。活塞式封堵與膨脹筒封堵相比，其開孔的方式更為直接，所需的時間相對較少，封堵頭牢固所能施加的管道內推力較大，因此具有非常好的密封效果，由于使用相對更具有柔性的材料，對原始的管道造成破壞和損傷更小。由于所使用的封頭是圓錐形，若初始管道是螺紋管，或者管道是失圓結構，曾可能會出現管道封堵部位出現空隙，而導致封堵效果不佳的現象出現。同時，由于原始管道長期處于地下位置，可能會在泄露部位沉積灰塵，而活塞封堵技術對于維修部位的清潔要求較高，若管道泄露部位存在鐵屑等灰塵結構，則可能會導致封堵工藝的失效。由于該技術的壓力機制很高，所以一般應用在高壓管道中。

（2）膨脹筒式封堵。使用膨脹筒式封堵要切斷整個管道，對管徑的全部位置進行封堵，所以對管道內部環境的影響相對比較小，即使管道因為長時間處于地下位置，在出現泄露位置存在灰塵堆積，也不會導致封堵效果不佳的現象發生。但改技術需要對全部管徑進行切斷管理，需要維修和準備的時間更長，對既有管道的影響也比活塞封堵要大很多，這種封堵方式主要適宜在中壓或者高壓管道的泄露問題發生時進行應用。

3 管道帶壓不停輸封堵改管操作風險

雖然管道帶壓不停輸封堵改管技術安全性較高，但是結合近年來的工作實踐，依然具有較高的操作風險，在實際工作中，需要注意對各類風險的控制，保證操作的順利進行。①焊接工作。在帶壓不停輸管道封堵改管工作中，應在管道被開孔位置上，接上三通或者四通管件，并將其焊接在一起。其中，焊接工作開展時，應聘請專業的焊接人員，以避免焊接工藝不佳，導致封堵效果不佳。若在焊接維修中，出現焊接材料質量不足，管壁結構出現褶皺現象等一系列材料不足或者技術不佳的現象，可能會導致焊接失效，嚴重的可能會給后續輸氣工作的開展埋下巨大的安全隱患。②管道開孔。既有管道開孔中，出現了鐵屑，鐵屑很可能會受到管道氣體輸送流動的影響，導致滲入到管道內，從管道的上游位置流動到下游位置，使管道內過濾器的過濾效果受到影響，嚴重的可能會影響今后管道燃氣輸送效率，增加管道的維護費用。③封堵工作。封堵的作業點選擇、封堵順序都必須嚴格遵守技術要求，根據現場情況選擇合適的位置，避免影響封堵效果和現場安全。開孔封堵需要進行嚴密性實驗，檢查是否存在泄漏問題，如果忽略對封堵設備的嚴密性檢查，很容易導致工程中出現事故。管道切斷之前，需要先查驗管道封堵的效果，確定不會發生余氣泄漏才能繼續作業，避免引起事故。④封堵零件的外部防腐。封堵零件的外部防腐工藝是經常被忽視的工作，由于封堵、開孔零件存在一定的不規則性，導致防腐質量很難滿足技術要求，會影響施工質量，也會增加施工中的安全風險。

4 帶壓不停輸作業的控制

（1）帶壓焊接操作要點和控制。①做好焊接之前的準備。焊接工作開始之前需要清楚母管外部的腐蝕和做好焊縫的打磨工作，在焊接零部件安全過程中，施工人員需要先保證封堵材料的質量安全，以保證材料復合實際的封堵需要。一些特殊位置可能會出現材質變化，所以需要聯系業主方，選擇最合適的焊接材質。②焊接技術控制。封堵焊接作業中，為保證管道的輸氣流速，應將液體氣體流動速度控制在5 m/s以內，氣體流速需要控制在10 m/s以內。三通護板的厚度過大或者過小都可能會影響焊接的效果，因此應控制好三通護板的厚度適宜。③焊接位置的無損檢測。完成焊接工作后，需要使用無損檢測法檢測焊接點的質量，常見的無損檢測方式有著色探傷和磁粉探傷兩種檢測方式，通過上述兩種檢測方式，可以查驗管道焊接位置焊接完成后的焊接效果和情況，以保證封堵的時效性。在管道破裂封堵焊接完成后，應將出現在焊接口位置上的材料飛濺和多余雜質清理干凈，確定表面沒有裂紋、不存在未融合等問題缺陷，以為后續的管道檢測奠定良好的基礎。若外觀檢測不符合應用標準，則不能進行后續的無損檢測和承壓檢測。探傷作業前，需要在管道涂抹滲透劑后進行管道表面雜質的清除，如油污、銹蝕、碎屑、油漆層等雜質結構，確保表面保持干燥，之后加入滲透劑和顯像劑。等待7~10 min后，觀察表面的劃痕情況，可以使用肉眼直接觀察，或者使用放大鏡觀察，根據劃痕情況的差異性斷定無損檢測的效果，同時結合無損檢測的等級標準進行評定。磁粉探傷。磁化方法使用磁軛法磁化工件，磁化的電流標準根據試片的實驗結果選擇，磁化的過程中，磁軛要交叉磁化同一個位置，避免出現漏檢的情況。可能會出現管徑不同的情況導致磁化兩端磁存在高低差別和接觸問題，所以必須添加鋼板有效改善磁化效果。

（2）管道開孔和封堵過程中操作要點。①開孔作業點。開孔作業點選擇時需要避開管道的螺旋焊縫和環焊縫這類位置，如果改管的位置比較特殊導致不能避開，必須對開孔位置的焊接進行有效打磨，避免開孔刀中心鉆落在焊縫上。封堵位置管道的橢圓度和壁厚誤差應該控制在管徑的1%以內。開孔之前需要給開孔零件預留足夠的空間，所以開孔作業點選擇時也要考慮空間預留需求，以保證在開孔失敗后也可以重新安裝封堵管件，方便重新開始開孔和封堵工作。②封堵工作。接觸封堵時，順序為先提上游堵頭，再提下游堵頭，解封堵頭時，需要在堵頭兩側壓力平衡之后才能進行。內泄漏實驗需要在安裝開孔機之前進行，保證1 h內的壓力無下降，每30 min進行一次測試工作。③管道切斷。保證甲烷含量在1%以下才滿足標準，經過連續3次達標以上才能滿足標準要求。如果發現泄漏要查明原因并直接封堵氣源，之后對已隔斷氣源部分的母管進行施工作業管理工作。

（3）封堵零件外防腐改進措施。封堵零件外部腐蝕會嚴重影響封堵效果，目前常用的防腐工藝為環氧瀝青，為了能進一步保證管件的長期使用，可以使用冷纏帶和彈性玻璃膠進行防腐，有效補償零件的不規則平面，滿足防腐工作的要求。

（4）做好施工組織工作。施工工作需要建立明確的施工方案，包括現場的土方挖掘工作、封堵工藝選擇、驗收實驗過程和標準。針對焊接工藝的管理，必須做好理論計算，并開展嚴格的探傷工藝。施工管理人員應該做好對施工進度的分解，確保施工現場的文明施工，落實關鍵施工工序。施工之前要加強安全培訓，確保施工現場的文明施工，保證人員安全。針對可能存在的安全風險，需要建立相應的應急管理預案，并保證現場處于受控制的狀態。為此，需要建立風險識別清單，建立完善的應對措施。

5 帶壓不停輸封堵技術在高壓燃氣管道改管中的應用實例

（1）項目概況。某天然氣管線壓力為4.0 Mpa，流量為40 000 m3/h，對長江北部城市輸送天然氣。但既有輸氣燃氣管道設置與新增設的管道之間存在沖突現象，為了減少隱患問題的發生，需要對管道進行遷移。而管道遷移中若想不影響正常輸氣，則必須采用不停輸封堵技術，有效控制管道的施工的經濟損失。

（2）改造過程分析。工程使用活塞壓帶式施工工藝，封堵作業在完全封閉的情況下進行，使用液壓千斤頂特種封堵設備進行封堵，確保在管道的兩端能達到有效的封堵作用，同時借助三通在旁邊管道增設新的管道結構，以保證下游管道的正常輸氣，其次，在既有管道的兩邊的接口處進行管道切割，并將新增的管道與既有管道連接在一起，在連接完成后，拆掉封堵結構，恢復管道的正常供氣，再將旁通管道拆除掉。改造過程中需要保證液壓千斤頂和開孔閥門之間的配合，對于第一個封堵點，必須有效隔離天然氣。使用該技術避免了由于管道改造導致的大范圍停氣，較好地滿足了工程的施工建設要求。

6 結束語

通過在高壓燃氣管道改造中使用帶壓不停輸封堵技術，可以避免對用戶正常用氣的影響，更能減少燃氣企業在改造過程中停氣所導致的損失。針對施工技術控制，需要加強施工人員的技術水平管理，保證施工人員滿足技術能力要求，嚴格控制工程施工工藝，做好準備工作，充分發揮該技術的優勢。