高壓燃氣管道帶壓不停輸封堵改管技術(shù)研究

史 記

（南京華潤燃氣有限公司，江蘇 南京 210000）

1 管道帶壓封堵技術(shù)分析

1.1 帶壓不停輸封堵內(nèi)涵

管道帶壓封堵的基礎(chǔ)技術(shù)條件，是在壓力管道出現(xiàn)流體介質(zhì)泄漏的條件之下，為保證管道天然氣的正常運輸，需要在出現(xiàn)破裂的管道位置上，以最快的速度建設(shè)密封結(jié)構(gòu)，并以密封結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，完成相應(yīng)的管道缺陷補救和維修改造，這種封堵技術(shù)可以作為管道帶壓情況下的補救措施。在此技術(shù)的應(yīng)用中，通過密封結(jié)構(gòu)可以在不停止輸氣的條件下完成對管道破裂部件的更換、閥門更換、管線位移和線路增設(shè)。在管道突發(fā)性泄露的條件下可以快速回復(fù)管道天然氣供給的恢復(fù)。由于具有不降壓、不停產(chǎn)的特點，可以有效保障生產(chǎn)流程的正常進行，所以具有很高的使用價值，也能給社會創(chuàng)造較高的綜合效益。針對高壓燃氣管道，使用該技術(shù)也可以獲得比較好的效果，目前的最高封堵壓力可以達到10 MPa。

1.2 帶壓不停輸封堵技術(shù)原理

導(dǎo)致帶壓管道出現(xiàn)管道泄露問題的原因較多，因帶壓的管道自身內(nèi)部的介質(zhì)壓力較大，帶壓管道運輸中氣體通常自帶溫度，受壓力作用的影響，會向外噴射和流動，此時，若能采取與泄露部位自身材料結(jié)構(gòu)相同的組織，建設(shè)封閉空腔。亦或者在出現(xiàn)泄漏管道周圍建設(shè)封閉空腔，在利用比介質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)外施壓，將密封劑灌入到封閉空腔中，進而建立相應(yīng)的密封結(jié)構(gòu)，即可達到對泄露部位的封堵作用?？梢詫Υ嬖趽p壞的位置進行修復(fù)和改造，建立起臨時輸送結(jié)構(gòu)，滿足燃氣輸送的需求。

1.3 帶壓不停輸封堵技術(shù)特點

（1）經(jīng)濟效益高。燃氣是生活和生產(chǎn)的重要動力來源，傳統(tǒng)的燃氣管道維修時，由于需要停止燃氣供應(yīng)，導(dǎo)致生活、生產(chǎn)活動停止，對于燃氣供應(yīng)部門，也需要進行停車等操作，所以會造成較高的直接、間接經(jīng)濟損失。使用帶壓封堵技術(shù)，可以確保燃氣供應(yīng)、生產(chǎn)活動、生活的正常進行，避免由于停車導(dǎo)致的經(jīng)濟損失。

（2）安全性強。在解決泄漏和改造管道的過程中，維修或者改造部分管道與臨時輸送管道隔離，維修過程中也不會產(chǎn)生任何火花，可以比較好地保證安全。

（3）應(yīng)用范圍大。該技術(shù)除了應(yīng)用在燃氣管道中，也可以在石油、供熱、 自來水等供應(yīng)管道中使用，維持作業(yè)的正常進行，具有極高的適應(yīng)性。

（4）操作方便。維修人員使用該技術(shù)操作簡便，具有良好的可拆卸性，新的密封結(jié)構(gòu)是可以拆卸的，并不會影響原來的密封結(jié)構(gòu)。

2 常用的不停輸封堵工藝分析

2.1 活塞式壓帶封堵技術(shù)

活塞封堵技術(shù)，是運用可以進行靈活轉(zhuǎn)動的活塞頭，在封堵維護工作開展前，先對相應(yīng)的管道進行開孔，在伸入管線內(nèi)部后在將活塞進行轉(zhuǎn)向，以達到管線的封堵目的。密封利用活塞頭部的橡膠皮碗和管壁緊貼完成密封工作，需要取消封堵時，只需要將活塞提起回收，之后關(guān)閉閥門。使用該工藝需要在施工之前做好準(zhǔn)備工作，在管線上和焊接對開三通，安裝夾板閥之后進行系統(tǒng)試壓，之后利用機械帶進行開孔，安裝臨時管道滿足燃氣的輸送要求，同時安裝封堵活塞進行密封。之后就可以開始換管維修工作，完成改造后，先取消上游封堵，然后再取消下游封堵、堵孔，拆卸夾板閥后安裝三通盲板。

2.2 膨脹筒封堵技術(shù)

膨脹筒封堵技術(shù)的基礎(chǔ)原理，是借助孔徑可以進行變大或者縮小的鋼管，工作開始之前需要提前進行開孔將膨脹筒放置到管線中，通過膨脹筒和燃氣管道緊密貼合，以達到管道封堵的目的。在封堵組織撤銷后，借助收縮膨脹筒工具，上提即可完成收回工作。作業(yè)施工需要先做好施工前的準(zhǔn)備工作，工作管線上焊接四通管件和安裝夾板閥，進行整體試壓工作，通過試壓后，開始帶壓開孔工作或者截斷管道，以及安裝臨時旁通管道，安裝完成封堵工作后，開始管道的維修和換管。經(jīng)過維修改造工作后，再將封堵的組織結(jié)構(gòu)取出來，在用相應(yīng)的材料將堵孔堵住，拆卸夾板閥并安裝四通盲板。膨脹筒封堵的密封效果明顯，操作比其他封堵形式更為簡便，但膨脹筒封堵下的管道結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為后續(xù)的管道維護管理造成較大的阻礙和困難。

2.3 兩種常用技術(shù)的對比

（1）活塞式封堵?；钊椒舛屡c膨脹筒封堵相比，其開孔的方式更為直接，所需的時間相對較少，封堵頭牢固所能施加的管道內(nèi)推力較大，因此具有非常好的密封效果，由于使用相對更具有柔性的材料，對原始的管道造成破壞和損傷更小。由于所使用的封頭是圓錐形，若初始管道是螺紋管，或者管道是失圓結(jié)構(gòu)，曾可能會出現(xiàn)管道封堵部位出現(xiàn)空隙，而導(dǎo)致封堵效果不佳的現(xiàn)象出現(xiàn)。同時，由于原始管道長期處于地下位置，可能會在泄露部位沉積灰塵，而活塞封堵技術(shù)對于維修部位的清潔要求較高，若管道泄露部位存在鐵屑等灰塵結(jié)構(gòu)，則可能會導(dǎo)致封堵工藝的失效。由于該技術(shù)的壓力機制很高，所以一般應(yīng)用在高壓管道中。

（2）膨脹筒式封堵。使用膨脹筒式封堵要切斷整個管道，對管徑的全部位置進行封堵，所以對管道內(nèi)部環(huán)境的影響相對比較小，即使管道因為長時間處于地下位置，在出現(xiàn)泄露位置存在灰塵堆積，也不會導(dǎo)致封堵效果不佳的現(xiàn)象發(fā)生。但改技術(shù)需要對全部管徑進行切斷管理，需要維修和準(zhǔn)備的時間更長，對既有管道的影響也比活塞封堵要大很多，這種封堵方式主要適宜在中壓或者高壓管道的泄露問題發(fā)生時進行應(yīng)用。

3 管道帶壓不停輸封堵改管操作風(fēng)險

雖然管道帶壓不停輸封堵改管技術(shù)安全性較高，但是結(jié)合近年來的工作實踐，依然具有較高的操作風(fēng)險，在實際工作中，需要注意對各類風(fēng)險的控制，保證操作的順利進行。①焊接工作。在帶壓不停輸管道封堵改管工作中，應(yīng)在管道被開孔位置上，接上三通或者四通管件，并將其焊接在一起。其中，焊接工作開展時，應(yīng)聘請專業(yè)的焊接人員，以避免焊接工藝不佳，導(dǎo)致封堵效果不佳。若在焊接維修中，出現(xiàn)焊接材料質(zhì)量不足，管壁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象等一系列材料不足或者技術(shù)不佳的現(xiàn)象，可能會導(dǎo)致焊接失效，嚴(yán)重的可能會給后續(xù)輸氣工作的開展埋下巨大的安全隱患。②管道開孔。既有管道開孔中，出現(xiàn)了鐵屑，鐵屑很可能會受到管道氣體輸送流動的影響，導(dǎo)致滲入到管道內(nèi)，從管道的上游位置流動到下游位置，使管道內(nèi)過濾器的過濾效果受到影響，嚴(yán)重的可能會影響今后管道燃氣輸送效率，增加管道的維護費用。③封堵工作。封堵的作業(yè)點選擇、封堵順序都必須嚴(yán)格遵守技術(shù)要求，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適的位置，避免影響封堵效果和現(xiàn)場安全。開孔封堵需要進行嚴(yán)密性實驗，檢查是否存在泄漏問題，如果忽略對封堵設(shè)備的嚴(yán)密性檢查，很容易導(dǎo)致工程中出現(xiàn)事故。管道切斷之前，需要先查驗管道封堵的效果，確定不會發(fā)生余氣泄漏才能繼續(xù)作業(yè)，避免引起事故。④封堵零件的外部防腐。封堵零件的外部防腐工藝是經(jīng)常被忽視的工作，由于封堵、開孔零件存在一定的不規(guī)則性，導(dǎo)致防腐質(zhì)量很難滿足技術(shù)要求，會影響施工質(zhì)量，也會增加施工中的安全風(fēng)險。

4 帶壓不停輸作業(yè)的控制

（1）帶壓焊接操作要點和控制。①做好焊接之前的準(zhǔn)備。焊接工作開始之前需要清楚母管外部的腐蝕和做好焊縫的打磨工作，在焊接零部件安全過程中，施工人員需要先保證封堵材料的質(zhì)量安全，以保證材料復(fù)合實際的封堵需要。一些特殊位置可能會出現(xiàn)材質(zhì)變化，所以需要聯(lián)系業(yè)主方，選擇最合適的焊接材質(zhì)。②焊接技術(shù)控制。封堵焊接作業(yè)中，為保證管道的輸氣流速，應(yīng)將液體氣體流動速度控制在5 m/s以內(nèi)，氣體流速需要控制在10 m/s以內(nèi)。三通護板的厚度過大或者過小都可能會影響焊接的效果，因此應(yīng)控制好三通護板的厚度適宜。③焊接位置的無損檢測。完成焊接工作后，需要使用無損檢測法檢測焊接點的質(zhì)量，常見的無損檢測方式有著色探傷和磁粉探傷兩種檢測方式，通過上述兩種檢測方式，可以查驗管道焊接位置焊接完成后的焊接效果和情況，以保證封堵的時效性。在管道破裂封堵焊接完成后，應(yīng)將出現(xiàn)在焊接口位置上的材料飛濺和多余雜質(zhì)清理干凈，確定表面沒有裂紋、不存在未融合等問題缺陷，以為后續(xù)的管道檢測奠定良好的基礎(chǔ)。若外觀檢測不符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，則不能進行后續(xù)的無損檢測和承壓檢測。探傷作業(yè)前，需要在管道涂抹滲透劑后進行管道表面雜質(zhì)的清除，如油污、銹蝕、碎屑、油漆層等雜質(zhì)結(jié)構(gòu)，確保表面保持干燥，之后加入滲透劑和顯像劑。等待7~10 min后，觀察表面的劃痕情況，可以使用肉眼直接觀察，或者使用放大鏡觀察，根據(jù)劃痕情況的差異性斷定無損檢測的效果，同時結(jié)合無損檢測的等級標(biāo)準(zhǔn)進行評定。磁粉探傷。磁化方法使用磁軛法磁化工件，磁化的電流標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)試片的實驗結(jié)果選擇，磁化的過程中，磁軛要交叉磁化同一個位置，避免出現(xiàn)漏檢的情況?？赡軙霈F(xiàn)管徑不同的情況導(dǎo)致磁化兩端磁存在高低差別和接觸問題，所以必須添加鋼板有效改善磁化效果。

（2）管道開孔和封堵過程中操作要點。①開孔作業(yè)點。開孔作業(yè)點選擇時需要避開管道的螺旋焊縫和環(huán)焊縫這類位置，如果改管的位置比較特殊導(dǎo)致不能避開，必須對開孔位置的焊接進行有效打磨，避免開孔刀中心鉆落在焊縫上。封堵位置管道的橢圓度和壁厚誤差應(yīng)該控制在管徑的1%以內(nèi)。開孔之前需要給開孔零件預(yù)留足夠的空間，所以開孔作業(yè)點選擇時也要考慮空間預(yù)留需求，以保證在開孔失敗后也可以重新安裝封堵管件，方便重新開始開孔和封堵工作。②封堵工作。接觸封堵時，順序為先提上游堵頭，再提下游堵頭，解封堵頭時，需要在堵頭兩側(cè)壓力平衡之后才能進行。內(nèi)泄漏實驗需要在安裝開孔機之前進行，保證1 h內(nèi)的壓力無下降，每30 min進行一次測試工作。③管道切斷。保證甲烷含量在1%以下才滿足標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過連續(xù)3次達標(biāo)以上才能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如果發(fā)現(xiàn)泄漏要查明原因并直接封堵氣源，之后對已隔斷氣源部分的母管進行施工作業(yè)管理工作。

（3）封堵零件外防腐改進措施。封堵零件外部腐蝕會嚴(yán)重影響封堵效果，目前常用的防腐工藝為環(huán)氧瀝青，為了能進一步保證管件的長期使用，可以使用冷纏帶和彈性玻璃膠進行防腐，有效補償零件的不規(guī)則平面，滿足防腐工作的要求。

（4）做好施工組織工作。施工工作需要建立明確的施工方案，包括現(xiàn)場的土方挖掘工作、封堵工藝選擇、驗收實驗過程和標(biāo)準(zhǔn)。針對焊接工藝的管理，必須做好理論計算，并開展嚴(yán)格的探傷工藝。施工管理人員應(yīng)該做好對施工進度的分解，確保施工現(xiàn)場的文明施工，落實關(guān)鍵施工工序。施工之前要加強安全培訓(xùn)，確保施工現(xiàn)場的文明施工，保證人員安全。針對可能存在的安全風(fēng)險，需要建立相應(yīng)的應(yīng)急管理預(yù)案，并保證現(xiàn)場處于受控制的狀態(tài)。為此，需要建立風(fēng)險識別清單，建立完善的應(yīng)對措施。

5 帶壓不停輸封堵技術(shù)在高壓燃氣管道改管中的應(yīng)用實例

（1）項目概況。某天然氣管線壓力為4.0 Mpa，流量為40 000 m3/h，對長江北部城市輸送天然氣。但既有輸氣燃氣管道設(shè)置與新增設(shè)的管道之間存在沖突現(xiàn)象，為了減少隱患問題的發(fā)生，需要對管道進行遷移。而管道遷移中若想不影響正常輸氣，則必須采用不停輸封堵技術(shù)，有效控制管道的施工的經(jīng)濟損失。

（2）改造過程分析。工程使用活塞壓帶式施工工藝，封堵作業(yè)在完全封閉的情況下進行，使用液壓千斤頂特種封堵設(shè)備進行封堵，確保在管道的兩端能達到有效的封堵作用，同時借助三通在旁邊管道增設(shè)新的管道結(jié)構(gòu)，以保證下游管道的正常輸氣，其次，在既有管道的兩邊的接口處進行管道切割，并將新增的管道與既有管道連接在一起，在連接完成后，拆掉封堵結(jié)構(gòu)，恢復(fù)管道的正常供氣，再將旁通管道拆除掉。改造過程中需要保證液壓千斤頂和開孔閥門之間的配合，對于第一個封堵點，必須有效隔離天然氣。使用該技術(shù)避免了由于管道改造導(dǎo)致的大范圍停氣，較好地滿足了工程的施工建設(shè)要求。

6 結(jié)束語

通過在高壓燃氣管道改造中使用帶壓不停輸封堵技術(shù)，可以避免對用戶正常用氣的影響，更能減少燃氣企業(yè)在改造過程中停氣所導(dǎo)致的損失。針對施工技術(shù)控制，需要加強施工人員的技術(shù)水平管理，保證施工人員滿足技術(shù)能力要求，嚴(yán)格控制工程施工工藝，做好準(zhǔn)備工作，充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢。