天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創(chuàng)新技術(shù)

楊志煒 張瓊飛 蔡婷 隆梅 趙文峰 邱露

1.中國石油新疆油田公司油氣儲(chǔ)運(yùn)分公司基建管理站 2.中國石油新疆油田公司科技信息處

天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創(chuàng)新技術(shù)

楊志煒1張瓊飛1蔡婷1隆梅1趙文峰1邱露2

1.中國石油新疆油田公司油氣儲(chǔ)運(yùn)分公司基建管理站 2.中國石油新疆油田公司科技信息處

天然氣管道不停輸帶壓封堵技術(shù)可有效避免資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，同時(shí)還能減少下游天然氣用戶的經(jīng)濟(jì)損失。為此，在比較膨脹筒式帶壓封堵器和皮碗式帶壓封堵器的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，選取前者進(jìn)行了深入的應(yīng)用研究。為了使該技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中更加安全、規(guī)范，通過廠房試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及不斷地技術(shù)改革和創(chuàng)新探索，最終形成了以下天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創(chuàng)新技術(shù)：①將短管與封堵堵盤連體放回原位，解決清管卡球問題；②減小氣流壓差對(duì)膨脹筒就位過程的影響；③緩慢泄壓，減少管口對(duì)封堵膠皮的剪切作用；④進(jìn)行壓力平衡，減少壓差對(duì)封堵作業(yè)的影響；⑤開孔引氣泄壓動(dòng)火施工。應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，中國石油新疆油田公司2007—2010年共完成了大小封堵52次，封堵壓力最高達(dá)到3.14 MPa，封堵口徑達(dá)到500 mm，節(jié)省了天然氣放空燃燒和注氮?dú)庵脫Q費(fèi)用，節(jié)約資金達(dá)千萬元。

天然氣管道 封堵 不停輸 膨脹筒式帶壓封堵器 皮碗式帶壓封堵器 開孔引氣 泄壓動(dòng)火

傳統(tǒng)的管道動(dòng)火施工作業(yè)需將管道內(nèi)天然氣全部放燒后再用氮?dú)庵脫Q［1］，最后再動(dòng)火聯(lián)頭，不僅造成了大量的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，同時(shí)由于輸氣管線停產(chǎn)，也給下游用戶造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失［2－3］。為此，成立了天然氣管道不停輸帶壓封堵動(dòng)火作業(yè)課題項(xiàng)目組，對(duì)行業(yè)施工范圍內(nèi)的天然氣管道不停輸帶壓封堵技術(shù)進(jìn)行了廣泛的調(diào)查研究，在借鑒相關(guān)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過不斷試驗(yàn)和持續(xù)改進(jìn)，使天然氣管道不停輸帶壓封堵施工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中更加安全、規(guī)范。

1 不停輸帶壓封堵器簡(jiǎn)介

目前國內(nèi)市場(chǎng)上使用的不停輸帶壓封堵器主要有2種［4］：膨脹筒式帶壓封堵器和皮碗式帶壓封堵器（圖1、2）。2種封堵器的主要優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

圖1 膨脹筒式帶壓封堵器示意圖

圖2 皮碗式帶壓封堵器示意圖

2種封堵器各有優(yōu)缺點(diǎn)，密封截面均有限，在壓力較高的情況下均很難保證封堵絕對(duì)嚴(yán)密，因此，在封堵施工過程中盡可能地降低管線壓力，并且保持壓力的相對(duì)穩(wěn)定，否則，會(huì)影響管道封堵密封效果。對(duì)于沒有變形量的無縫鋼管，采用皮碗式封堵器優(yōu)點(diǎn)更明顯。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，鋼管的變形量是不確定因素，同時(shí)，當(dāng)管線內(nèi)徑不能準(zhǔn)確判定時(shí)，無法準(zhǔn)確選擇合適的皮碗，因此，重點(diǎn)對(duì)膨脹筒式封堵器進(jìn)行了研究。

表1 2種封堵器的主要優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

2 不停輸帶壓封堵試驗(yàn)

2.1 廠房試驗(yàn)

項(xiàng)目組首先在廠房?jī)?nèi)做了短管與封堵堵盤連體放回原位的操作試驗(yàn)，同時(shí)做了試壓介質(zhì)為水、壓力等級(jí)為3.8 MPa的封堵試驗(yàn)，都取得成功。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

項(xiàng)目組依托工程建設(shè)，對(duì)相關(guān)技術(shù)難題進(jìn)行了4次現(xiàn)場(chǎng)封堵試驗(yàn)（表2）。

表2 現(xiàn)場(chǎng)封堵試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)表

3 不停輸帶壓封堵技術(shù)

根據(jù)封堵試驗(yàn)結(jié)果［5］，項(xiàng)目組及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，通過總結(jié)分析，形成以下創(chuàng)新的不停輸帶壓封堵施工技術(shù)。

3.1 將短管與封堵堵盤連體放回原位，解決清管卡球問題

將開孔切下的短管與封堵堵盤焊接在一起（圖3），并將封堵聯(lián)箱加長(zhǎng)，封堵完成后連體放回原位置，從而保證切下的短管能準(zhǔn)確復(fù)位，解決了清管檢測(cè)時(shí)卡球的技術(shù)難題。

3.2 減小氣流壓差對(duì)膨脹筒就位過程的影響

膨脹筒式封堵是依靠膨脹筒上的封堵膠皮與管線端口緊密接觸實(shí)現(xiàn)封堵，在封堵過程中保護(hù)好膨脹筒密封面的封堵膠皮是關(guān)鍵，但在膨脹筒就位過程中如果操作不當(dāng)，由于氣流壓差的影響，膨脹筒在就位過程中與管壁一旦發(fā)生摩擦，就會(huì)導(dǎo)致密封膠皮損壞，造成封堵失敗。對(duì)此，在輸氣管線上封堵可分2種情況采取相應(yīng)保護(hù)措施。

圖3 短管與封堵堵盤連體示意圖

1）輸氣干線封堵時(shí)，利用氣體的可壓縮性原理在膨脹筒就位前關(guān)閉干線閥5～10 min（圖4），也就是將任一控制閥門（F1、F2、F3）暫時(shí)關(guān)閉5～10 min，消除氣流壓差的影響，這樣就可以降低膨脹筒就位過程中封堵膠皮被損壞的可能性。另一種情況是在動(dòng)火點(diǎn)附近沒有閥門控制時(shí)，應(yīng)提前在封堵旁通管線上安裝1個(gè)截?cái)嚅yF4，封堵時(shí)先封下游，后封上游。先封下游時(shí)氣流產(chǎn)生的壓差是膨脹筒背面與管壁發(fā)生摩擦，可以保證膨脹筒正面膠皮（即封堵面）的完好。在封堵上游時(shí)可暫時(shí)關(guān)閉F4旁通閥消除氣流壓差的影響，然后再進(jìn)行封堵。需要說明的是，停輸5～10 min，是指上游進(jìn)氣和下游供氣不間斷，利用氣體的壓縮性僅使中間某段管線停輸。

圖4 干線封堵?lián)Q閥示意圖

2）站內(nèi)管線或進(jìn)出站管線封堵時(shí)，氣流不允許截?cái)?，在這種情況下封堵成功幾率相對(duì)較低，一般采用先封下游、后封上游的封堵順序，可減少封堵膠皮被損壞的可能性。

3.3 緩慢泄壓，減少管口對(duì)封堵膠皮的剪切作用

封堵作業(yè)完成后，動(dòng)火端管線不可泄壓過快，因?yàn)樗矔r(shí)壓差大，容易切斷封堵膠皮，影響封堵效果。因此，應(yīng)緩慢進(jìn)行管線放空泄壓。

3.4 進(jìn)行壓力平衡，減少壓差對(duì)封堵作業(yè)的影響

帶壓施工的任何作業(yè)之前都必須進(jìn)行壓力平衡，如安裝膨脹筒、拆除膨脹筒、安裝開孔短管和夾板閥開關(guān)等操作，都必須進(jìn)行壓力平衡后再作業(yè)，否則將無法打開夾板閘板或者造成設(shè)備故障。壓力平衡是指封堵筒的前后和夾板閥的上下壓力平衡，操作方法有2種：①通過夾板閥自帶的平衡孔來平衡壓力；②當(dāng)2個(gè)封堵器之間的管線較長(zhǎng)時(shí)，通過引壓閥（圖4）來平衡壓力，操作更方便，更節(jié)省時(shí)間。

3.5 開孔引氣泄壓動(dòng)火施工

在管線壓力過高的情況下，要想使帶壓封堵絕對(duì)嚴(yán)密，靠目前使用的封堵設(shè)備還難以做到。但當(dāng)泄漏量不大的情況下，可在封堵器與動(dòng)火點(diǎn)之間（距封堵器距離要大于300 mm）安裝1個(gè)DN25 mm的引氣泄壓閥門。要求閥門開啟時(shí)無哨聲，并且火苗高度不超過300 mm，將泄漏的少量天然氣引出放燒，用機(jī)械切管刀將維修管道截?cái)嗪螅僮鳇S油滑石粉隔離墻進(jìn)行封堵隔絕，然后進(jìn)行動(dòng)火施工（圖5）。

圖5 開孔引氣泄壓動(dòng)火施工示意圖

4 效果分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

實(shí)施以上改進(jìn)措施后，中國石油新疆油田公司2007—2010年共完成了大小封堵52次，封堵壓力最高達(dá)到3.14 MPa，封堵口徑達(dá)到500 mm，節(jié)省了天然氣放空燃燒和注氮?dú)庵脫Q費(fèi)用，節(jié)約資金達(dá)千萬元。

4.2 社會(huì)效益

不停輸帶壓封堵技術(shù)在天然氣管線上的應(yīng)用有效杜絕了動(dòng)火聯(lián)頭過程中天然氣的大量放燒，減少了環(huán)境污染，保證了輸配氣管網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)也提高了輸氣干線平穩(wěn)供氣的能力，具有相當(dāng)可觀的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

不停輸帶壓封堵技術(shù)是一種安全、經(jīng)濟(jì)、快速高效地對(duì)在役管道進(jìn)行維修的特種施工技術(shù)，這一技術(shù)的推廣使用特別是在輸氣干線上的應(yīng)用，有效杜絕了動(dòng)火聯(lián)頭過程中天然氣大量放空燃燒，同時(shí)也提高了輸氣干線平穩(wěn)供氣的能力。

［1］鄧曉峰，何永春，彭維茂，等.天然氣管道氮?dú)飧稍镏脫Q工藝及實(shí)際應(yīng)用［J］.石油與天然氣化工，2011，40（3）：325－328.

［2］王志華，陶志鈞，周偉國.不停輸管道施工技術(shù)研究［J］.上海煤氣，2006，50（5）：13－15.

［3］袁平凡，余立，左松濤.不停輸帶壓封堵技術(shù)在川渝地區(qū)的應(yīng)用［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（9）：108－110.

［4］國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).SY／6150.1—2003鋼制管道封堵技術(shù)規(guī)程 第1部分：塞式、筒式封堵［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2003.

［5］徐小兵，黃文堯，陳紅.在役管道不停輸封堵的仿真試驗(yàn)［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（9）：72－77.

Leakage blocking with pressure in gas pipelines under non－stop service

Yang Zhiwei1，Zhang Qiongfei1，Cai Ting1，Long Mei1，Zhao Wenfeng1，Qiu Lu2
（1.Infrastructure Management Office of Oil and Gas Storage Department，Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China；2.Sci－Tech Information Department of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 32，ISSUE 2，pp.95－97，2／25／2012.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The leakage blocking with pressure in gas pipelines under non－stop service can not only effectively avoid resource waste and environment pollution but reduce the economic loss for downstream natural gas users.This paper hereby makes a comparison between cylinder－type and cup－type plugging devices and an in－depth analysis has been made of the former.In order to make the above technology safer and better in accord with regulation，tests in the plants，on－site tests，and continuous technical research and improvement have been conducted to finally achieve the following innovative techniques.（1）The conjunct short tube and the plugging plate are placed in situ in order to solve the problem of spherical pig blockage.（2）The impact of the air flow pressure difference is reduced on the expandable cylinder preparation.（3）The pressure is released slowly to reduce the shearing action caused by the orifice on the plugging gum.（4）The pressure balancing is done to reduce the impact of pressure difference on the plugging operation.（5）An exhaust opening is cut to release pressure and start construction.The PetroChina Xinjiang Oilfiled Company had completed pipeline leakage blocking operation for 52 times during 2007－2010 by using the above innovative techniques with the maximum blocking pressure of 3.14 MPa and the maximum diameter of 500 mm，which not only avoided the waste of natural gas but saved the costs on nitrogen injection，as a result，totally 10 million Yuan RBM has been saved.

natural gas pipeline，plugging，expandable cylinder type stopper，cup－type stopper

楊志煒，1969年生，工程師；主要從事油田地面工程建設(shè)工作。地址：（834002）新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市金龍鎮(zhèn)油龍新村油氣儲(chǔ)運(yùn)分公司機(jī)關(guān)。電話：（0990）6834573，139099060。E－mail：yzhiwei＠petrochina.com.cn

楊志煒等.天然氣管道不停輸帶壓封堵施工創(chuàng)新技術(shù).天然氣工業(yè)，2012，32（2）：95－97.

10.3787／j.issn.1000－0976.2012.02.023

2011－12－03 編輯 何 明）