南堡油田集輸管道帶壓封堵技術(shù)應(yīng)用分析

蔡 彪，龍志宏，邢 澤

中國(guó)石油冀東油田南堡油田作業(yè)區(qū)，河北唐山 063200

新PG2外輸油管道是南堡油田的一條集輸干線，起于新PG2平臺(tái)，止于南堡3-2轉(zhuǎn)油站，管道規(guī)格D508 mm×8 mm，設(shè)計(jì)壓力2.5 MPa。2018年，該管道在定向穿越曹妃甸工業(yè)區(qū)遷曹公路段出現(xiàn)穿孔事件，為保證管道運(yùn)行安全，在D508 mm管道上進(jìn)行不停輸帶壓封堵作業(yè)，在連頭段新管道上增加球閥兩個(gè)，在新增球閥與上游囊孔之間開(kāi)孔與D273 mm×7.1 mm新PG2供氣管道連通，以便球閥關(guān)閉后，利用氣管道暫時(shí)代替油管道輸油。

1 帶壓封堵技術(shù)

（1） 基本原理（見(jiàn)圖1）。管道帶壓不停輸封堵技術(shù)是一種安全、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的在役管道維搶修特種技術(shù)[1]，是先將治理段管道兩端分別用旁通管接通，然后封堵主管道，在完全密閉的狀態(tài)下，在主管道上按照計(jì)劃方案進(jìn)行治理施工作業(yè)，待新管道與主管道連接后，解除封堵，切換到主管道正常輸送介質(zhì)，最后將旁通拆除，完成現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)。

（2）各工序檢驗(yàn)項(xiàng)目。管道不停輸帶壓封堵風(fēng)險(xiǎn)極高，在實(shí)施前進(jìn)行了大量的準(zhǔn)備工作，針對(duì)其中的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，制定各工序檢查項(xiàng)目的詳細(xì)計(jì)劃（見(jiàn)表1），明確了檢查標(biāo)準(zhǔn)和方式，并編制了較為完善的施工方案，以便更好地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。封堵過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況不斷優(yōu)化調(diào)整方案，保證了新PG2外輸油管道不停輸帶壓封堵施工的成功實(shí)施。

2 帶壓封堵技術(shù)應(yīng)用情況

2.1 施工工藝順序

圖1 不停輸帶壓封堵施工工藝原理

剝離管道防腐層→檢查管道橢圓度及壁厚→組對(duì)封堵三通、旁通三通、2 in（1 in=25.4 mm）短節(jié)、氣囊三通→焊接三通、短節(jié)→焊道檢測(cè)→安裝閥門(mén)并試壓→組裝開(kāi)孔機(jī)→開(kāi)孔機(jī)與閥門(mén)整體打壓→開(kāi)孔→關(guān)閉閥門(mén)→拆除開(kāi)孔機(jī)→安裝封堵器→管道封堵→封堵段排空→封堵段氮?dú)庵脫Q→安裝隔離囊→機(jī)械斷口→連頭焊接D508 mm球閥→建設(shè)D273 mm新管道→無(wú)損檢測(cè)→新管道試壓→新管道氮?dú)庵脫Q→拆除隔離囊→新管道平衡、導(dǎo)通→解除封堵→安裝塞柄、加蓋盲板。

2.2 施工要點(diǎn)質(zhì)量控制

（1）開(kāi)孔位置確認(rèn)。開(kāi)孔作業(yè)點(diǎn)應(yīng)選擇在直管段上，盡量避開(kāi)管道焊縫，使用外卡尺和直板尺測(cè)量管道橢圓度，確保上、下游開(kāi)孔封堵部位的管道橢圓度誤差符合標(biāo)準(zhǔn)要求。防腐層剝離長(zhǎng)度為三通兩側(cè)外各100 mm之間的管段，打磨環(huán)焊縫焊接位置，測(cè)量壁厚，避開(kāi)嚴(yán)重腐蝕區(qū)域，三通焊縫區(qū)域采用超聲波進(jìn)行檢測(cè)并留存記錄。

（2） 可施焊的最高壓力計(jì)算。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 28055—2011[2]進(jìn)行管道允許帶壓施焊的壓力計(jì)算：

式中：P為管道允許帶壓施焊的壓力，MPa；σs為管材的最小屈服極限，MPa，t為焊接處管道實(shí)際壁厚，mm；c為因焊接引起的壁厚修正量，mm；F為安全系數(shù)；D為管道外徑，mm。經(jīng)計(jì)算P大于管道最大運(yùn)行壓力，因此在焊接作業(yè)期間管道無(wú)需降壓運(yùn)行。

（3）三通安裝。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定三通組裝的順序，當(dāng)三通與管道間縫隙和角度滿足開(kāi)孔要求后，先點(diǎn)焊后預(yù)熱，達(dá)到預(yù)熱溫度后按照焊接工藝規(guī)程進(jìn)行三通焊接。焊接完成后橫焊縫進(jìn)行超聲加磁粉檢測(cè)，環(huán)焊縫進(jìn)行磁粉檢測(cè)[3]，上、下游三通、短節(jié)的焊道根據(jù)SY/T 4109—2015[3]進(jìn)行驗(yàn)收。環(huán)焊縫焊接順序見(jiàn)圖2，先按逆時(shí)針?lè)较駻1焊一圈，再按順時(shí)針?lè)较駼1焊一圈。

圖2 環(huán)縫焊接順序

（4）嚴(yán)密性試壓。閥門(mén)安裝完成后，將氮?dú)馄颗c夾板閥下側(cè)平衡孔相連接，在三通腔體與夾板閥形成的空腔內(nèi)充入氮?dú)猓缓箨P(guān)閉閥門(mén)進(jìn)行嚴(yán)密性試壓，測(cè)試壓力為管道運(yùn)行壓力的1.1倍。第一次升壓至測(cè)試壓力的50%，穩(wěn)壓5 min；第二次升壓至80%，穩(wěn)壓5 min；第三次升壓至100%，穩(wěn)壓15 min。穩(wěn)壓期間檢測(cè)三通焊縫閥門(mén)與三通連接處，無(wú)滲漏點(diǎn)、無(wú)壓降則視為合格。

（5）帶壓開(kāi)孔。開(kāi)孔前，連接開(kāi)孔機(jī)液壓管，確認(rèn)各連接部位無(wú)松動(dòng)，開(kāi)啟開(kāi)孔機(jī)開(kāi)孔，通過(guò)標(biāo)尺桿記錄開(kāi)孔尺寸。開(kāi)孔時(shí)，當(dāng)開(kāi)孔機(jī)切削到預(yù)定尺寸后，停機(jī)，然后以手動(dòng)操作開(kāi)孔機(jī)使開(kāi)孔刀前進(jìn)5～10 mm，確認(rèn)孔完全被開(kāi)透并進(jìn)行校核，方可上提刀具，要求在開(kāi)孔作業(yè)時(shí)管道內(nèi)介質(zhì)壓力、流速保持穩(wěn)定。開(kāi)孔完成后將刀退出，關(guān)閉夾板閥，關(guān)閉開(kāi)孔控制閥，關(guān)閉液壓站，通過(guò)泄壓閥排出開(kāi)孔機(jī)腔體內(nèi)的殘余壓力。

（6）帶壓封堵。封堵前檢查封堵器、封堵結(jié)合器，選擇合適的封堵皮碗，安裝封堵頭收回主軸，測(cè)量封堵尺寸，安裝封堵器至夾板閥，整體嚴(yán)密性試驗(yàn)。封堵時(shí)不應(yīng)進(jìn)行清管作業(yè)，保持管道內(nèi)壓力穩(wěn)定、流速5 m/s[4]，封堵時(shí)應(yīng)按照“先下下游封堵，后下上游封堵”的原則進(jìn)行，過(guò)程中密切監(jiān)聽(tīng)管道內(nèi)是否有異常響動(dòng)，并密切監(jiān)視液壓站壓力表。封堵到位后，通過(guò)平衡孔卸壓可根據(jù)泄漏量驗(yàn)證封堵是否合格，在下游平衡孔處進(jìn)行排油，從上游平衡孔處注氮吹掃，直至下游平衡孔處檢測(cè)的含氧量小于2%為合格。

（7）新舊管道連頭。按原管道設(shè)計(jì)規(guī)范SY/T 4204—2016對(duì)新管道進(jìn)行嚴(yán)密性和強(qiáng)度壓力試驗(yàn)，目測(cè)管道無(wú)變形、不破裂、無(wú)滲漏、壓降不大于試驗(yàn)壓力的1%為合格[5]。采用爬管器進(jìn)行機(jī)械斷管，管道斷開(kāi)后放置擋油墻，可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)合格后，即可打火施焊，完成D508 mm管道與D273 mm管道的連通。

（8）管道解封、安裝盲板。提封堵時(shí)應(yīng)按照“先提上游封堵，再提下游封堵”的原則，使用氮?dú)鈱?duì)封堵腔體內(nèi)天然氣進(jìn)行置換，可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)合格后拆卸封堵器，通過(guò)鞍形板與開(kāi)孔結(jié)合器螺栓孔的找正對(duì)中，將開(kāi)孔切下的鞍形板隨塞柄恢復(fù)到原位置，確保清管器、檢測(cè)器順利通過(guò)。下塞柄過(guò)程中管道內(nèi)壓力、流速應(yīng)保持穩(wěn)定，確認(rèn)塞柄安裝完畢后，驗(yàn)證塞堵密封效果，泄壓使用氮?dú)鈱?duì)腔體內(nèi)油氣進(jìn)行置換，拆除開(kāi)孔機(jī)，安裝三通盲板。

3 結(jié)束語(yǔ)

新PG2外輸油管道不停輸帶壓封堵施工項(xiàng)目于2019年1月19日至30日進(jìn)行施工，順利完成新PG2外輸油管道D508 mm切換到供氣管道D273 mm的連通，并置換投產(chǎn)成功。實(shí)踐證明，不停輸帶壓封堵技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅節(jié)約了油田管道的施工成本，而且確保了集輸系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，在實(shí)施過(guò)程中曾多次優(yōu)化施工方案，整個(gè)過(guò)程處于安全受控狀態(tài)，同時(shí)為今后類(lèi)似管道改造積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。