隧道內(nèi)在役天然氣管道動(dòng)火連頭方法

曹雋，陳建鋒(西安西北石油管道有限公司，陜西 西安 710018)

0 引言

長輸天然氣管道在設(shè)計(jì)施工過程當(dāng)中，遇到高山、河流時(shí)往往由于高落差、敷設(shè)應(yīng)力大、敷設(shè)距離遠(yuǎn)等原因，采取隧道穿越的方式進(jìn)行天然氣管道的敷設(shè)。在投入運(yùn)行后，常常因?yàn)楣艿纼?nèi)腐蝕或地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致管道本體存在缺陷而影響管道正常運(yùn)行。特別是隧道內(nèi)油氣管道由于腐蝕、焊縫缺陷等隱患，傳統(tǒng)的套筒補(bǔ)強(qiáng)方式無法徹底消除管線安全隱患，就需要徹底更換缺陷管道，進(jìn)行換管的動(dòng)火連頭作業(yè)。由于隧道內(nèi)空間狹小，空氣流動(dòng)差，通訊設(shè)備信號(hào)差，需要使用便于操作、體積較小的工具，以及使用強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備保證隧道內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度、氧氣的濃度達(dá)到動(dòng)火連頭的要求，并且使用簡單高效的通訊方式，使得信息溝通暢快。文章介紹一種在隧道內(nèi)使用自制工具進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)的方法，該作業(yè)法提高了對(duì)在役天然氣管道進(jìn)行維護(hù)或更換的工作效率。

1 工藝特點(diǎn)

在役天然氣管道完整性管理過程中，需對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)，在發(fā)現(xiàn)管道有變形、內(nèi)腐蝕、焊口缺陷等問題時(shí)，經(jīng)過與運(yùn)行參數(shù)、管道材質(zhì)、管道敷設(shè)地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等綜合評(píng)估，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)不可接受的缺陷經(jīng)常采用換管的方式排除風(fēng)險(xiǎn)。在役天然氣管道換管作業(yè)屬于動(dòng)火作業(yè)，在中石油內(nèi)部管理中被列為特級(jí)動(dòng)火[1]，為動(dòng)火作業(yè)級(jí)別中最高等級(jí)。而在隧道內(nèi)進(jìn)行換管動(dòng)火作業(yè)收到空間影響，往往面臨空間受限、吊裝運(yùn)輸受限、通風(fēng)不暢、動(dòng)火指令傳達(dá)不暢等各種疊加風(fēng)險(xiǎn)因素。

換管動(dòng)火作業(yè)前需對(duì)缺陷點(diǎn)上下游閥室間油氣進(jìn)行放空，放空后使用氮?dú)鈱?duì)管段置換，使可燃?xì)怏w濃度低于爆炸下限的10%[2]，確保動(dòng)火作業(yè)的安全進(jìn)行；使用軸流風(fēng)機(jī)對(duì)隧道內(nèi)空氣進(jìn)行置換，確保隧道內(nèi)空氣氧含量高于19.6%[3]，排出隧道內(nèi)管線打開后溢出的氮?dú)狻⒖扇細(xì)怏w，動(dòng)火連頭作業(yè)時(shí)焊接產(chǎn)生的煙塵，一方面降低了在相對(duì)密閉環(huán)境下人員窒息的安全隱患，另一方面降低了作業(yè)空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)爆炸的安全風(fēng)險(xiǎn)，確保了作業(yè)人員的身體健康和施工安全；使用供氣風(fēng)帽從隧道外由空氣壓縮機(jī)引入新鮮空氣供給作業(yè)人員，保證在相對(duì)密閉、缺氧且有毒環(huán)境下作業(yè)人員能夠正常呼吸，提高作業(yè)人員安全。

2 基本原理

動(dòng)火作業(yè)前，關(guān)閉隧道前后坐閥室的干線階段閥，以及所有的旁通線路，根據(jù)閥室實(shí)際情況，選用冷放或者熱放方式，放空閥間管內(nèi)天然氣，通過觀察放空管段內(nèi)的壓力，驗(yàn)證閥門的嚴(yán)密性，驗(yàn)證后用氮?dú)鈱?duì)區(qū)間管道進(jìn)行置換；置換合格后在隧道內(nèi)進(jìn)行換管作業(yè)，隧道內(nèi)空氣流動(dòng)受阻且空間狹小，為保證作業(yè)順利進(jìn)行，通過軸流風(fēng)機(jī)對(duì)隧道內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)，盡量避免使用明火，使用中頻加熱器對(duì)管道進(jìn)行防腐層剝離作業(yè)，使用鉆洗機(jī)或是坡口機(jī)進(jìn)行冷切割斷管作業(yè)，作業(yè)時(shí)工作人員佩戴風(fēng)帽從隧道外供應(yīng)新鮮空氣進(jìn)行呼吸，防止管道打開瞬間氮?dú)鉂舛润E然升高發(fā)生窒息事件，待斷管作業(yè)完成后，使用自制運(yùn)管小車將待更換管段運(yùn)輸至換管位置，使用龍門吊進(jìn)行新管段的吊裝及組對(duì)作業(yè)，組對(duì)完成后進(jìn)行管道焊接施工[4]。

3 工藝流程

通過前期現(xiàn)場踏勘，對(duì)更換管段進(jìn)行定位，核實(shí)隧道內(nèi)管線布置位置、埋深及管線參數(shù)，測(cè)量隧道長度，隧道內(nèi)空間體積，作業(yè)點(diǎn)距隧道兩端距離等。編制相應(yīng)的作業(yè)計(jì)劃及施工方案要求，調(diào)遣相應(yīng)的作業(yè)人員抵達(dá)現(xiàn)場，并進(jìn)行施工培訓(xùn)、安全教育及應(yīng)急演練。

作業(yè)前，在隧道口兩側(cè)放置2臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，1臺(tái)送風(fēng)1臺(tái)排氣對(duì)隧道內(nèi)空氣進(jìn)行置換，進(jìn)入隧道前，測(cè)量隧道內(nèi)空氣氧含量高于19.6%時(shí)方可進(jìn)入隧道內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。

在隧道口放置2臺(tái)88 kW發(fā)電機(jī)，1臺(tái)供應(yīng)照明及通風(fēng)，1臺(tái)為焊接及斷管設(shè)備提供動(dòng)力。根據(jù)施工所使用設(shè)備功率及長距離供電的電力損耗(損失功率P=3I2R,式中：I為負(fù)荷電流，導(dǎo)線電阻R=RL，式中：L為導(dǎo)線長度)和用電安全，現(xiàn)場所使用動(dòng)力電纜采用25 mm2(YZ3×25+2×10)型電纜專供動(dòng)力設(shè)備，軸流風(fēng)機(jī)采用16 mm2電纜提供動(dòng)力，照明采用6 mm2電纜提供動(dòng)力，且6 mm2電纜和16 mm2電纜采用雙回路設(shè)置防止單個(gè)設(shè)施切斷時(shí)線路斷電[4]。具體作業(yè)步驟如圖1所示。

圖1 天然氣管道隧道內(nèi)換管動(dòng)火作業(yè)流程圖

4 輔助設(shè)備

(1)在受限空間內(nèi)，使用正壓是空氣呼吸器為作業(yè)人員供氧，作業(yè)人員在換管作業(yè)期間，全程佩戴供氣風(fēng)帽，使用空壓機(jī)連接供氣軟管對(duì)風(fēng)帽進(jìn)行供氣，防止管線打開后氮?dú)馑查g大量溢出，造成人員窒息傷害。一個(gè)正常成年人的呼吸量約為1 m3/h，可根據(jù)作業(yè)人數(shù)來選取合適的空壓機(jī)，根據(jù)空氣的輸送距離和高差來調(diào)節(jié)空壓機(jī)的運(yùn)行壓力，作業(yè)人員可根據(jù)自身的呼吸狀況在風(fēng)帽接口閥門處調(diào)節(jié)送風(fēng)流量。供氣風(fēng)帽及匯管示意圖如圖2所示。

圖2 供氣風(fēng)帽及匯管示意圖

(2)利用運(yùn)輸小車對(duì)新管件及設(shè)備進(jìn)行運(yùn)輸，由于隧道內(nèi)空間受限，施工設(shè)備及待更換管道無法使用常規(guī)運(yùn)輸設(shè)備搬運(yùn)，本工法所采用的自制運(yùn)輸車，在符合安全施工的基礎(chǔ)上滿足狹小作業(yè)空間搬運(yùn)需求，能大幅提升施工作業(yè)效率。運(yùn)管小車示意圖如圖3所示。

圖3 運(yùn)管小車示意圖

(3)有限空間內(nèi)，利用自制龍門吊進(jìn)行吊裝作業(yè)由于隧道內(nèi)空間狹小，無法使用大型機(jī)械進(jìn)行吊裝作業(yè)，根據(jù)隧道內(nèi)空間特點(diǎn)及吊裝物的質(zhì)量，選定可承載的工字鋼及吊裝裝置，自行設(shè)計(jì)并組裝了一種新型龍門吊。自制龍門吊頂部安裝橫向移動(dòng)裝置，齒輪可在龍門吊頂部的軌道內(nèi)滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)橫向吊裝，而通過吊裝滑輪下安裝的倒鏈可進(jìn)行縱向吊裝。吊裝龍門架示意圖如圖4所示。

圖4 吊裝龍門架示意圖

5 結(jié)語

在隧道內(nèi)對(duì)在役天然氣管道進(jìn)行管道更換的動(dòng)火作業(yè)，屬于特級(jí)動(dòng)火中安全、質(zhì)量要求最高的作業(yè)。所以在作業(yè)中要嚴(yán)格按照動(dòng)火作業(yè)現(xiàn)場負(fù)責(zé)人指令有序作業(yè)。每一項(xiàng)作業(yè)前都需對(duì)作業(yè)現(xiàn)場的氧氣濃度、可燃?xì)怏w濃度、通風(fēng)設(shè)備、通訊設(shè)備等各項(xiàng)安全保證要素進(jìn)行確認(rèn)。進(jìn)場前需對(duì)所有設(shè)備、工器具進(jìn)行完好率確認(rèn)，現(xiàn)場的安全、技術(shù)交底做到位，使得每一位作業(yè)人員明確崗位職責(zé)，各項(xiàng)工作無縫銜接。