膨脹筒式不停輸帶壓封堵施工技術(shù)的改進(jìn)

上海煤氣第一管線工程有限公司 金文皓 張士大 何良元

1 不停輸封堵技術(shù)

不停輸帶壓封堵是在不間斷管道天然氣輸送的情況下，完成對管道以及其附屬設(shè)施的改擴(kuò)建、維修和更換等施工的技術(shù)。常用的不停輸封堵技術(shù)主要有：囊式封堵、盤式封堵、膨脹筒式封堵等三種，其中，囊式封堵多應(yīng)用在大口徑低壓燃?xì)夤艿赖姆舛轮?，也常用于輔助其他封堵工藝起到保險的作用，使用范圍較??；盤式封堵多用于高壓長輸管線的封堵施工中，其對管道橢圓度、管道內(nèi)壁清潔度要求較高，施工成本高。膨脹筒式封堵工藝，見圖1。其主要應(yīng)用在最大壓力1.6 MPa以內(nèi)的中低壓管線上。

圖1 膨脹筒式封堵示意

2 膨脹筒式封堵

膨脹筒式封堵相比囊式輸封提高了安全性，同時施工成本也遠(yuǎn)低于盤式封堵，比較契合城鎮(zhèn)天然氣管網(wǎng)的特點(diǎn)，在鋼質(zhì)燃?xì)夤艿赖牟煌］敺舛率┕ぶ斜憩F(xiàn)出了極大的優(yōu)越性。

2.1 工作原理

膨脹筒式封堵是通過提前預(yù)開的孔，把一個可以徑向變大、縮小的鋼筒放入管線中，放置到位后將膨脹封堵筒內(nèi)的機(jī)械結(jié)構(gòu)撐開，撐開后在膨脹封堵筒內(nèi)部打入壓力比管線運(yùn)行壓力稍大的氮?dú)?，并?shí)時監(jiān)測膨脹封堵筒內(nèi)壓力的變化。該鋼筒表面覆蓋橡膠層，依靠筒體壁上的軟橡膠與管道切口面緊貼密封，從而實(shí)現(xiàn)管線封堵(見圖2)。

圖2 膨脹筒式封堵原理

封堵后需要實(shí)時監(jiān)測膨脹封堵筒內(nèi)氣體壓力，如氣壓不變，則說明封堵成功。若需要結(jié)束封堵，則可先收縮膨脹封堵筒，將其上提至封堵聯(lián)箱內(nèi)，最后關(guān)閉閥門。

2.2 可能存在的缺陷

2.2.1 無法立即判斷封堵是否完成

如圖2所示，由于膨脹筒開口方向正對氣源方向，故封堵成功與否還需要看放散后的效果，如放散后管內(nèi)無燃?xì)?，則證明封堵成功。在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用中，可能會發(fā)生出現(xiàn)放散不成功的現(xiàn)象，從而不得不重新進(jìn)行封堵，造成了大量的天然氣被浪費(fèi)，既不經(jīng)濟(jì)，也不環(huán)保。如果是采用一側(cè)封堵，另一側(cè)關(guān)閉管道閥門的方式施工，出現(xiàn)放散不成功就無法確定其原因是封堵不成功、還是管道原有閥門發(fā)生了問題，會造成工程時間的拖延和不必要的勞動成本浪費(fèi)。

2.2.2 提堵比較困難

當(dāng)工程結(jié)束后，需將膨脹封堵筒徑向縮小后提起。此步驟中需要保持封堵筒兩側(cè)氣體壓力的平衡，若存在壓差的情況下強(qiáng)行收起封堵筒，則容易損傷封堵筒的密封層，導(dǎo)致封堵筒的使用壽命大大縮短。提堵前保證封堵筒兩側(cè)的壓力平衡即新管道與原有管道的壓力需要保持一致，在此過程中不得不在新管道上開平衡孔來進(jìn)行壓力平衡，增加了施工成本。

3 膨脹筒式封堵技術(shù)的改進(jìn)

3.1 密封面的改進(jìn)

在原膨脹筒式封堵技術(shù)中，膨脹封堵筒筒口方向與鋼管平行、面朝氣源方向，膨脹筒與管道切面的密封面為一個圓形的線性接觸面。新膨脹筒式不停輸封堵技術(shù)中則將膨脹封堵筒的筒口開口方向旋轉(zhuǎn)了90°，如圖3所示，使得筒口與鋼管走向垂直，如此一來膨脹筒與管道切面的密封面為兩個圓形的線性接觸面，并使封堵管件、閘板閥、封堵聯(lián)箱形成了一個密閉腔體，能更有效地實(shí)現(xiàn)封堵。

圖3 新膨脹筒式封堵原理

3.2 連接方式的改進(jìn)

原膨脹筒式封堵技術(shù)中封堵器與膨脹封堵筒的連接是用專用工具擰緊加固，這樣需要開孔連箱和封堵連箱安裝在相同位置，而這點(diǎn)在實(shí)際安裝時很難做到，因而影響了封堵成功率。新膨脹筒式封堵技術(shù)適當(dāng)調(diào)節(jié)了螺母跟膨脹封堵筒之間的連接，這樣在膨脹封堵筒撐開時碰到管道開孔斷面時會自動調(diào)節(jié)(見圖4)，使封堵效果更理想。

圖4 改進(jìn)后的膨脹封堵筒

4 新膨脹筒式封堵試驗(yàn)

4.1 工場間試驗(yàn)

工場間試驗(yàn)對象為DN200的鋼管(0.4MPa)，通氣介質(zhì)為氮?dú)?，見圖5。其試驗(yàn)步驟如下：

(1)在運(yùn)行管道上焊接2個對開四通管件，四通管件上安裝夾板閥。

(2)夾板閥上安裝開孔機(jī)。

(3)利用動力源(液壓、氣壓)驅(qū)動開孔機(jī)，進(jìn)行全密閉開孔。

(4)開孔機(jī)退刀，同時帶出切割下的馬鞍形管段，完成帶壓開孔。

(5)安裝封堵機(jī)，下膨脹封堵筒。

(6)充氣脹開膨脹封堵筒，使膨脹封堵筒內(nèi)壓力略大于運(yùn)行壓力，實(shí)現(xiàn)對改造管道的封堵。

(7)在封堵孔附近開放散孔，待余氣放散完成后可以對已封堵管線進(jìn)行其他施工作業(yè)。

圖5 新膨脹筒式帶壓封堵試驗(yàn)示意

4.2 工程實(shí)例

港城路浦東北路燃?xì)夤艿栏脑旃こ讨?，為了保障沿線用戶燃?xì)獾倪B續(xù)供應(yīng)，現(xiàn)場采用了新膨脹筒式封堵技術(shù)。該工程管道為 DN200鋼管，運(yùn)行壓力為0.1 MPa，現(xiàn)場施工情況良好，施工周期從原來的5天縮短為4天。由于該處管網(wǎng)為單頭氣源，因此施工時采用了安裝旁通管線的方式以保證下游用氣，即在試驗(yàn)步驟(4)完成后，關(guān)閉夾板閥、拆除開孔機(jī)，安裝封堵器，然后安裝旁通管段；安裝完成后，打開夾板閥及旁通管道閥門，導(dǎo)通旁通管道，然后繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)步驟(5)直至完成封堵。

5 新膨脹筒式封堵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

(1)原膨脹筒式不停輸封堵技術(shù)是將封堵筒開口對著氣流方向，再把封堵筒下放到計(jì)算位置。這樣封堵筒下去之后，封堵兩側(cè)的壓力相同，無法直觀判斷此次封堵是否成功，需要將下游氣體放散后，通過氣體放散是否干凈來判斷封堵效果。如果封堵效果沒有達(dá)到施工要求，則需要重新調(diào)整封堵筒位置，若放散的時候較長、則封堵的全過程費(fèi)時費(fèi)力。新膨脹筒式不停輸封堵技術(shù)將封堵筒開口垂直于氣流方向，并在封堵筒內(nèi)打入壓力比運(yùn)行壓力稍大的氮?dú)猓诜舛峦卜胖猛瓿珊?，監(jiān)測筒內(nèi)壓力，若無壓力波動，可即時判斷封堵成功，省去了后續(xù)等待放散的時間，提高了封堵的效率和安全性。

(2)原膨脹筒式不停輸封堵技術(shù)撤封時，需要封堵筒兩端壓力平衡，才可以將封堵筒收起，因此需要加開平衡孔，在施工中發(fā)現(xiàn)這個平衡孔會帶來封堵成本提高、運(yùn)行維護(hù)難度增大的問題。新膨脹筒式不停輸封堵技術(shù)在撤離封堵的時候，由于筒與管壁受力點(diǎn)的不同，無需平衡，只需要將膨脹筒內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)稍稍收起，即可提起封堵筒，且借助于管內(nèi)天然氣的壓力，封堵筒會自然地與管壁脫離，使得提堵的時候筒外壁與管壁摩擦減少，從而保護(hù)封堵筒不受損害，增加了設(shè)備的使用壽命。

6 膨脹筒式封堵技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益

2012—2016年期間，我公司每年均有十多次膨脹筒式封堵作業(yè)完成，封堵的管道壓力最高可達(dá)1.6MPa，不僅保證了下游工業(yè)民用氣的順暢，同時也節(jié)省了天然氣放空、燃燒及管道置換注氮的費(fèi)用，直接、間接經(jīng)濟(jì)效益明顯，而新膨脹筒式封堵技術(shù)則在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步節(jié)約了平衡孔開孔和筑井等費(fèi)用。以運(yùn)行壓力1.6 MPa、DN300的燃?xì)夤艿朗┕槔?，傳統(tǒng)的關(guān)閥停氣施工則需要放散約1km管道里的天然氣，采用膨脹筒式封堵技術(shù)則僅需少量放散，由表1可見，新膨脹筒式所需的放散和置換成本最低。

表1 不同施工工藝的放散和置換成本

7 結(jié)語

新膨脹筒式不停輸封堵技術(shù)經(jīng)過工場間試驗(yàn)和現(xiàn)場項(xiàng)目施工，發(fā)現(xiàn)其具有與原技術(shù)相匹配的安全性、穩(wěn)定性和可操作性，減少了平衡孔，使得操作周期變短，操作難度降低。隨著管道施工要求的不斷提高，該帶壓封堵技術(shù)不失為一種快速高效且安全經(jīng)濟(jì)的特種施工技術(shù)。