不停輸帶壓開孔封堵技術在鋼制燃氣管道上的應用

柳彥從

(太原天然氣有限公司，山西 太原 030006)

1 引言

隨著城市建設的發展，燃氣企業高度重視市場開發和管線規劃，不斷挖掘潛在的客戶資源，同時將新建的燃氣管道與正在運行的燃氣管道相連接，以實現對新增下游用戶送氣的目的。傳統的施工方法是對涉及管線的管段進行降壓、放散作業，再進行動火切割、焊接以及鉆孔等施工作業。由于運行管道中帶有一定壓力和濃度的燃氣，施工中不可避免給作業人員帶來較多的安全隱患，同時給環境造成污染。

不停輸帶壓開孔封堵技術是在完全在密閉的環境下，用中空的機械銑刀以切削的方式在帶壓運行的母管上加工出一圓形天窗的技術。該技術不需對管段進行停氣降壓，無需對周邊用戶進行停氣，就能高效、安全、環保的完成接線。本文以太原市上莊街一處中壓ADN150燃氣鋼制管道帶壓開孔對接DN150無縫鋼管為例，啟動調壓器NL-80 1臺，管內介質為天然氣，介紹不停輸帶壓開孔封堵作業的工藝、施工步驟和安全環保措施。

2 不停輸帶壓開孔封堵作業

2.1 不停輸開孔封堵工藝

在施工方案編制完成和動火報告均被審批后，根據圖紙結合現場實際情況確認施工位置，該不停輸帶壓開孔封堵技術作業流程如圖1所示。

圖1 不停輸帶壓開孔封堵工藝流程圖

2.2 不停輸帶壓開孔封堵作業步驟

2.2.1 施工準備

首先，施工前，管線技術人員根據國家、行業相關標準要求并結合現場實際情況編制施工方案再由現場指揮向各作業小組進行技術安全交底工作，并報公司生產部門審批后方可施工。

其次，參加現場作業的施工人員應熟知施工方案，了解施工作業的工藝、步驟、技術和質量要求，施工作業人員應根據圖紙會同生產、基建部門確認施工位置并標識。

最后，準備本次施工作業所需的工器具和材料，工器具和材料有質量合格證書，滿足質量要求，材質、規格和型號符合施工要求，器具依次擺放在作業坑周圍，接通動力電源。

2.2.2 開挖作業坑

按照有關規定開挖路面，確保地下管線安全。動火作業2h前完成作業坑的開挖工作。作業坑沿管線方向2m×2.5m，確保帶壓開孔封堵作業有足夠的操作空間。另外，作業坑兩側設有階梯式逃生通道。挖出的土方堆放在作業坑的一側，距坑邊不小于1.0m，其他側擺放所需的工器具和消耗品，作業坑周圍設置警戒標志并設圍擋，如圖2所示。

圖2 作業坑示意圖

2.2.3 剝離防腐層

作業坑按要求開挖完成后，檢查施工作業的設備、消防設施和安保措施落實情況，現場指揮下達動火作業后開始執行，手動剝離作業坑內鋼制帶壓管線的防腐層，除去管道外表面的防腐層及底漆。

2.2.4 測量管線壁厚

待作業坑內鋼制管道外表面的防腐層被完全清除后，按SY/T6150.1《鋼質管道封堵技術規范 第1部分:塞式、筒式封堵》標準的相關要求測試作業坑管線的壁厚，確定此次帶壓開孔的位置。

2.2.5 法蘭短管組對預制和焊接

在本實例中，選擇焊接的管件為對開三通，材質為16Mn鋼管，符合國家標準GB/T9711-2017《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》的相關要求，選用的法蘭符合《鋼制管法蘭》GB9119-2019的相關要求。三通法蘭的總長大于25cm，小于35cm。按照SY/T 6150.2《鋼質管道封堵技術規范 第2部分：擋板—囊式封堵》中的有關要求完成短管法蘭的預制、焊接和無損檢測。

a.母管線材質要求：Q235B國標鋼管，壁厚6.3mm；設計壓力0.4MPa，運行壓力為0.35MPa；溫度為35℃，管內介質為天然氣。

標準《鋼制管道封堵技術規程 第1部分：塞式、筒式封堵》SY/T 6150.1規定，鋼制燃氣管道帶壓施焊時管道的在線運行壓力必須低于管道允許的帶壓施焊最高壓力[1]。根據GB/T 28055《鋼制管道帶壓封堵技術規范》，鋼制管道允許的帶壓施焊最高運行壓力計算如式(1)[1-3]。

式(1)

式中：P— —管道允許帶壓施焊的壓力，單位為兆帕(MPa)；σs— —鋼管的最低屈服極限單位，單位為兆帕(MPa)；t— —焊接處管道實際壁厚單位為mm；C— —因焊接引起的壁厚修正量單位為mm(通常取2.4mm)；F— —安全系數(天然氣管道取0.5)；D— —管道外徑，單位為mm。

管道材質Q235b，最小屈服極限為235MPa，t取4.8mm，D取159mm，代入式(1)，得：

式(2)

本工程管線運行壓力為0.35MPa小于允許帶壓焊接壓力3.55MPa，可以帶壓焊接。用角磨機對帶壓母管線的外表面和短管法蘭進行打磨。

b.焊接條件及技術要求

(1)三通法蘭管件和管線的間隙小于2mm。

(2)帶壓焊接壓力要求：在線運行的鋼管壓力小于管道允許帶壓施焊的最高壓力。

(3)介質流速<5m/s。

c.焊接方法

采用手工電弧焊，嚴格控制電流大小。焊接材料采用E5015，規格3.2mm，可焊接低合金鋼焊條。

d.焊接

焊接按標準GB50236的有關條款執行，將DN150預制的法蘭短管焊接在已打磨干凈的DN150帶壓管線上(不要燒穿)，在法蘭短管側面開口焊接DN150新接管線。焊接時每層焊接厚度不應超過0.2cm。焊接時確保法蘭上平面與母管道縱剖面平行。

e.無損探傷檢測

焊完后8～24h進行100%MT磁粉探傷檢測。

2.2.6 開孔

(1)開孔前

①施工人員在管線附近閥門井安裝旁通放散管引出井外，設置警戒帶，擺放滅火器。

②抽取調壓器進口、放散處、出口處盲板，并加裝金屬墊，檢修組在送氣區域各放散處加裝放散裝置。

③接線準備工作

a.在法蘭短管上用螺栓安裝夾板閥，并緊固；

b.開啟、關閉夾板閥，檢查閥門開關是否正常；

c.依據被開孔的管道公稱直徑，在鉆孔機的主軸上配置安裝麻花鉆頭和相應尺寸的專用筒狀空心銑刀，安裝前檢查開孔銑刀的刀齒是否有缺損，用螺栓再把鉆孔機與夾板閥緊固；

d.打壓試驗、檢漏：用氮氣通過連箱上的排氣閥進氣對法蘭短管、夾板閥和開孔機進行整體打壓試驗，試驗壓力等于在線運行母管壓力，且最高不高于母管壓力的1.1倍，穩壓20min，無壓力降為合格；檢漏合格后，打開卸放閥，卸放掉壓力，壓力表讀數歸零。

e.連接動力設備。

(2)開孔作業

a.打開夾板閥，將刀搖至帶氣管線處。

b.開孔時，待中心鉆鉆通后，燃氣流向新建管線，再對新建管件焊口進行檢漏，檢漏合格后，打開置換區域調壓站的進口閥，作業人員用膠管連接調壓器前單氣咀引至無人區域進行置換，現場用全量程檢漏儀連續檢測甲烷濃度，并在置換記錄表記錄，連續檢測其中甲烷氣體濃度連續三次均超過規定值后，判定置換合格。

c.進刀時時刻觀察開孔機上的指示刻度(即進刀量)，當主軸進刀量達到設定位置后，停機。再以手動操作開孔機進刀量0.5～1.0cm，手感輕快、無切削阻擋后，確認天窗被完全開透。

d.開天窗完畢后收回鏜桿，將銑刀退進開孔機的連箱內。

e.關閉夾板閥。

f.打開開孔機放散閥，泄放壓力，待排凈開孔機連箱內余氣后拆下開孔機。

2.2.7 下堵及安裝法蘭盲板

a.將內堵安裝在下堵器上，控制管道運行穩定，介質流速不大于5/s。

b.將下堵器用絲扣緊固在夾板閥上。

c.打開夾板閥，下堵至預定尺寸后停機。

d.將內堵固定。

e.下堵安裝完后，手動搖柄將主軸上提，打開下堵器放散閥，將余氣放凈，壓力表讀數為0，關閉放散閥，觀察封堵器上壓力表讀數有無回升。讀數為0，說明封堵效果良好。

f.收回下堵鏜桿，拆除封堵器。

g.拆下夾板閥。

2.2.8 安裝法蘭盲板

安裝法蘭盲板前先檢查法蘭盲板的密封面和密封墊的完好情況并將螺栓對稱緊固。

2.2.9 管線與管件防腐

作業完成后，按《埋地鋼制管道聚乙烯防腐層》GB/ T 23257相關要求[3]對作業坑內的鋼制管道和管件等部位重新做防腐處理。

2.2.10 管溝回填，恢復地貌

帶壓開孔封堵作業完成后，清點作業現場的工具和設備，回填作業坑，恢復地貌，在開孔處的地面設置路面標識。

3 結 語

伴隨燃氣行業的健康發展，燃氣企業對工程施工的安全和環保要求越來越高，應用新工藝、新技術和新設備勢在必行。現場應用實踐證明不停輸帶壓開孔封堵技術相較傳統施工方法消除了動火作業過程中的安全隱患和對環境造成的污染，而且作業工期更短，具有更廣闊的發展前景。