大壁厚、大口径、高压力输气管道的不停输开孔封堵兰州输气分公司韩忠晨 任增珺 王成明 孙 华摘 要 介绍了大壁厚、大口径、高压力输气管道的不停输开孔封堵的操作及注意事项，通过输气管道开孔封堵实例，掌握在高压力情况下焊接、开孔、封堵的经验，为今后管道施工、改造提供依据无论输送何种介质的管道， 在运行中除了进行有计划的维修和改造外，更避免不了突发性事故的抢修（如带压抢修、更换腐蚀管段、加装装置、分输改造等作业）对管道进行维修的一般情况有：一是根据外界环境等因素的需要对管道进行改线；二是经智能检测后发现问题隐患，评估确认必须及时采取修补、或者更换管段等措施，以便消除事故隐患；三是管道发生突发事故，必须尽快进行抢修，以便最大限度减少事故造成的损失特别是给环境造成的严重危害这些都要求在管道运行过程中对其进行维修过去传统的做法必须停输，清空管线后才能进行，或只能采取一些临时性补救措施，给管线的安全运行带来了极大的隐患，经济上也造成很大的损失，而且会给管道业主的商业声誉造成不良的影响因此选用国外适用于各种管径的带压开孔、封堵设备，可完成管道在不停输状态下的开孔、封堵、换管、修补等特殊作业，解决了管道维修存在的上述问题，使维修既迅速又经济可靠。
管道不停输机械封堵的一般原理是首先在运行管线上焊接 (或机械连接)四个对开三通(其中两侧的为旁通三通，中间两个为封堵三通)， 三通上加装夹板阀(专用阀) ，夹板阀上安装开孔机，这样开孔机、夹板阀、三通形成一个密闭腔体，然后利用动力源(液压或气动、手动)进行全密闭开孔，随机带出切割下的鞍型板，从而完成带压开孔过程关闭夹板阀后，拆除开孔机其次在旁通三通夹板阀上连接旁通线，并导通输送介质， 从而实现干线旁通线同时输送介质，此时安装封堵器到封堵三通夹板阀上，并以机械手段按规程下封堵，从而实现被改造抢修段管道输送介质停止流动，全部介质走旁通线，然后达到安全改造抢修的目的典型的不停输封堵改造流程见图1 上游封堵区 动火改造区 下游封堵区图1 典型不停输封堵工艺流程涩宁兰输气管道起自青海涩北气田，途经青海、甘肃两省至兰州，全长929.6 km，设计压力6.4MPa，口径Φ660mm，壁厚分别为7.1mm、8.7mm、10.3mm、14.2mm，全部干线采用等强度设计，担负着涩北气田天然气外输任务2001年甘肃省修建兰州至海石湾高速公路，在兰州市红古区达家湾与我管道交叉，高速公路高架桥从30#阀室正上方经过，严重威胁涩宁兰输气管道安全，为保证管道和高速公路的安全运行，我公司与甘肃省各部门多次协商，决定将30#阀室向下游搬迁140m（此处管线壁厚为10.3mm），同时将刘化Φ273×6mm、兰铝支线Φ114×4.4mm延长。
30#阀室位于涩宁兰输气管道890km＋445m处，距29#阀室14.115km，距31#阀室15.143km根据下游用户生产、生活需求，涩宁兰管道不能够停输，因此，本工程必须进行不停输开孔、封堵作业，同时封堵刘化、兰铝支线，并将其延长至新阀室将原阀室所有设备、管道拆除，安装在新阀室内，原阀室使用Φ660×10.3mm管道连接阀室外网见图2、阀室工艺流程见图3 图2 阀室外网2002年8月3日至13日，对涩宁兰输气管线进行带压焊接、开孔、封堵作业，具体操作步骤如下1、准备工作施工现场修路、场地的三通一平；新阀室阀门基础预制，放空管基础预制；刘化、兰铝两条支线预制，包括开挖、管线安装、检验、防腐回填等；主干线旁通管线及两支线至旁通管线管段敷设、试压；封堵施工作业坑、原阀室、放空管及支线开孔等处开挖、修筑；安装切管机；各种配件、材料准备；开孔、封堵设备组装、试验 输气主干线Φ660×10.3mm放空线及旁通线兰铝支线刘化支线 图3 阀室工艺流程2、不停输开孔作业三通焊接：Φ660mm对开等径三通2组，Φ660×Φ325mm对开异径三通2组，Φ273mm对开等径三通2组，Φ114mm对开等径三通2组，Φ50mm短节4组；夹板阀、开孔机安装；整体试压，检查严密性，试验压力为管道最高工作压力，实际开孔数量及使用设备见表1。
表1 实际开孔数量及使用设备序号开孔名称开孔机型号孔径数量位置代号1封堵孔1200J26″2B、E860a10″1KT-203b4″1H2旁通孔860a11-5/8″2A、F860a9-5/8″1LT-203b2-3/4″1I3压力平衡孔T-101b1-7/16″4C、D、J、G开孔按以下顺序进行：先开平衡孔C、D、G、J；同时开封堵孔B、E、H，旁通孔F、I；最后开堵孔K，旁通孔A、L开孔位置分布见附图13、不停输封堵作业见附图2，接旁通管道，在旁通管安装充气阀一只（Φ50mm）,在旁通管适当位置安装放气阀（Φ50mm）及压力表各一只，连接支线供气管，进行氮气/空气置换；打开干线平衡阀PH4#向旁通线内充气至压力平衡；打开旁通阀PT1#→打开旁通阀PT2#→打开旁通阀PT3#→打开旁通阀PT4#；关闭干线平衡阀PH4#；安装STP ⅡC、PDQ273、PDQ114封堵器和平衡管,并打开平衡阀PH1#、 PH2#、 PH3#、 PH4#进行试压，检测有无渗漏；打开F1 、F2、 F3 、F4夹板阀置入封堵头顺序如下先置入F1封堵头使其就位，关闭平衡阀PH1#再置入F2封堵头使其就位，关闭平衡阀PH2#。
置入F3封堵头使其就位，关闭平衡阀PH3#最后置入F4封堵头使其就位，关闭平衡阀PH4#观察封堵效果打开30-2#阀，缓慢打开30-4#阀放气，将隔离段中管线压力降低0.5MPa，关闭30-4#阀，观察30分钟，确认封堵严密后进行后续作业4、放空、置换作业打开30-4#阀，将隔离段内天然气通过原阀室放空管全部点燃放空；从平衡阀PH3#处充入氮气；从平衡阀PH1#、 PH2#、 PH4#放空，测量天然气含量（用可燃气体测试仪），合格后关闭相应平衡阀；微开平衡阀PH1#、 PH2#、 PH4#，从平衡阀PH3#处缓慢充入氮气至管线全部切断，关闭注氮装置5、拆除原阀室工艺管网将阀室内分割为五部分，见附图1：切断干线外接线1#、2#、3#三点切断4#、5#点，切断后将第III部分移走切断6#、7#点，将第IV、V部分移走第8#、9#、10#点切断先吊走第II部分，再吊走第I部分按照实际所需尺寸，将新阀室内干线13#、14#点用切管机切断，移出废弃管道切11#、12#点，其中11#点用4"割刀，12#点用切管机，切断后将支线移走拆除放空管机相连管线拆除其它设备6、安装新阀室工艺管网将原阀室拆除的工艺管网按以下顺序在新阀室进行安装：先安装第I部分，安装第II部分，安装第IV部分，安装第III部分，安装第V部分，原阀室干线与支线连头，安装放空管，安装其它散件。
7、置换、充压从平衡阀PH3#注入氮气，从平衡阀PH1#、 PH2#、 PH4#放空，测量氧气含量（含氧量测试仪），合格后关闭相应平衡阀；连接所有封堵器平衡管，打开相应平衡阀PH1#、 PH2#、PH3#、PH4#，压力平衡后，检验焊缝及法兰8、解除封堵先解除上游干线封堵F4，关闭平衡阀PH4#及夹板阀F4解除干线下游封堵F3，关闭平衡阀PH3#及夹板阀F3解除刘化支线封堵F2，关闭平衡阀PH2#及夹板阀F2解除兰铝支线封堵F1，关闭平衡阀PH1#及夹板阀F1拆除所有封堵器9、安装塞堵作业关闭旁通阀PT1#→关闭旁通阀PT2#→关闭旁通阀PT3#→关闭旁通阀PT4#，连接旁通线放气阀管路，打开旁通线放气阀，管内天然气点燃放空，放空完毕拆除旁通线、支线供气线法兰，安装开孔机，试压每处塞堵安装时使用的设备与开孔时所用设备相同塞堵安装顺序如下：安装B、E、F点塞堵，确认无误后，拆除开孔机、夹板阀，安装盲板安装A点塞堵，确认无误后，拆除开孔机、夹板阀，安装盲板安装K、I点塞堵，确认无误后，拆除开孔机、夹板阀，安装盲板安装H、L点塞堵，确认无误后，拆除开孔机、夹板阀，安装盲板安装C、D、G、J点塞堵，确认无误后，拆除开孔机、球阀，安装盲盖。
10、拆除旁通管、支线供气线 用压风机将管内天然气进行吹扫，合格后切割管线，将管线拆除11、防腐回填、清理现场、恢复地貌将碰头管道、开孔封堵管件进行防腐，合格后回填进行现场清理、地貌恢复通过对涩宁兰输气管道30#阀室不停输开孔封堵搬迁阀室的施工，开辟了国内大口径、高压力输气管道不停输开孔封堵的先例，摸索出了高压力情况下焊接、开孔、封堵的经验，为今后管道施工、改造提供依据1）带压输气管道允许施焊压力计算管道允许带压施焊的压力 2σs (t-c)F P= D式中：P---管道允许带压施焊压力，MPa；σs-管材常温下的屈服应力极限，MPa；t----管壁壁厚，mm；c----修正值，mm，通常取2.4mm；F---安全系数，易燃易爆气体、成品油取0.5，原油取1；D---管道外径，mm经计算，30#阀室几种管道允许施焊压力见表2表2 30#阀室施工管道允许施焊压力序号管道规格(mm)壁厚(mm)材质屈服应力极限(MPa)允许带压施焊压力(MPa)1Φ66010.3L4154154.962Φ2736Q2352353.103Φ1144.4Q2352354.12（2）管件的要求及施工注意事项①管件位置时考虑以下事项。
⑴ 开孔、封堵作业点应选择在直管段上，并应尽量避开焊缝无法避开时，将开孔刀切削部位的焊缝进行适量打磨，但开孔刀中心钻不应落在焊缝上⑵对开三通纵向对接焊道的位置⑶检查安装对开三通处管线椭圆度，要求不得超过管外径的1% ⑷在等、异径三通之间留有一个焊接等径三通的位置(防止开孔不成功时用)⑸封堵头导向轮接触管底及向前滚动过程中应避开管线上的焊缝 ⑹封堵头压板顶面就位处应避开焊缝②管件找正⑴将水平尺在垂直管线方向上放在三通法兰平面上，确保在该方向上法兰面的水平度或垂直度⑵三通的上、下弧板要对正，弧板与管壁应紧密贴合，其间隙最大不得超过3mm上、下弧板的对接口应留有2.0---3.5mm的间隙，对好后用卡具加以固定，并在纵向坡口处进行点焊⑶将接头垂直对中的放置于管线上，使接头中心与管线中心线成正交，以确保接头与管线垂直度③管件的焊接⑴管件焊接时，应注意管道内介质的流速液体介质流速不大于5m/s；气体介质流速不大于10m/s⑵将焊接三通位置管线螺旋焊道用角向磨光机磨平⑶焊接三通的纵向焊缝，注意不得与管线焊接在一起，焊接方向应与管内气流方向一致⑷焊完一侧环缝后再焊另一侧，环缝不要堆得太高⑸2”短节应焊牢靠，以免开孔时受力不均发生断裂。
⑹不得焊接孔的内侧，以防产生焊瘤，开孔打刀⑺当开孔直径大于20″时，应在开孔处的管线上焊防胀圈，以防夹刀2）带压开孔的技术要求⑴三明治阀门安装后，必须精确测量开孔尺寸并记录，同时必须有第二人进行核对，确保尺寸正确无误⑵开孔前，必须进行安装塞堵的试验，验证其是否能顺利就位，试验时应取下“O”密封圈，以免刮伤⑶ 开孔机安装就位前，进行试运转，检查有无异常；开孔机安装就位后，必须进行严密试压，试验压力为管道当时运行压力，稳压30分钟，检查是否渗漏⑷ 开孔前，在开孔机尺寸杆上要标注尺寸线，含有：中心钻与管体接触线、筒刀与管体接触线、管板切透尺寸线、最大进刀尺寸线⑸若采用手动开孔，用力要均匀⑹退刀时，一定要手动提刀，当筒刀全部离开管道时，再用机械提升⑺开孔过程中应做到“听、看、算”三到：听：指听切割声音，响声均匀一致为正常看：指随时观察干线压力，各密封面是否有泄露现象，主轴转速，开孔机液压压力变化情况以及施工现场的其他情况算：通过计算，随时掌握切削进程以及极限进尺寸，对测量杆上的标记加以核实3）封堵器的安装及操作注意事项⑴皮碗的安装要求安装皮碗一定要认真、仔细，要确保皮碗止口对正支架平面，均匀地紧固其连接螺栓，压紧后，测量皮碗四周直径方向伸出是否均匀一致，不得有哪边明显突出，否则应卸下重装。
⑵测量尺寸为确保封堵头准确入位，必须精确测量封堵尺寸并记录，同时必须有第二人进行核对，确保尺寸正确无误⑶为确保封堵头工作方向的正确，在安装时应遵循以下两点：a.封堵头的触头应与连箱上的平衡管路接头方向一致；b.在夹板阀上安装封堵器时，应使压力平衡阀的接头朝向隔离区，并与管道上的接头调直⑷正确连接压力平衡管路、放气管路、压力表⑸封堵头的就位：a.在下放封堵头之前旁通管线应接好并已投入运行b.下放堵头时，现场应由一人指挥，严禁他人发号施令，非施工人员远离现场c.置入封堵头时，先放置下游封堵头，再放置上游封堵头；退回封堵头时，先退回上游封堵头，再退回下游封堵头d.放置封堵头时，为保证密封圈的工作可靠，在放置过程中将封堵头提升几次将封堵头前端导轮接触管道内壁到封堵头全部就位的尺寸等分三份，放置过程见图4 A B C D图4 封堵投放置提升e.封堵头就位后，紧固活塞杆锁紧夹关闭压力平衡管路，卸压0.5Mpa，观察20分钟，确认密封可靠后，方可进行下步作业f.中间管段施工期间，应随时观察封堵头位置，不得有上移现象g.密封元件只能使用一次，不得重复使用。
参 考 文 献1，中华人民共和国石油天然气行业标准，管道封堵2，TDW1200开孔机使用维修说明书3，TDW STOPPLE II 封堵系统使用维修说明书 ф325旁接线ABC140m附图1 开孔布置及编号图 原阀室ф660主干线新阀室ф219刘化支线ф114兰铝支线DEF放空场新阀室开孔封堵作业区GHI IJKL施工便道支线供气管道开孔封堵作业区附图2 施工作业阀门编号示意图原阀室新阀室F3去兰铝（ф114）ф660主干线F4F1PT4#PT3#PT1#PT2#PH3#PH4#30-3#30-4#30-1#30-2#1103#1102#1101#排空PH2PH1ф325旁接线注：PT为旁通缩写，PH为平衡缩写，F为封堵缩写，去刘化（ф273）F2 ф660主干线PT1#PT2#PT4#F3新阀室 原阀室F4F137654ⅢⅣ兰铝刘化排空管说明 1、 为切割点2、虚线内为整体移动部分Ⅴ1112原阀室新阀室 ф660主干线PT1#PT2#PT4#F3新阀室 ф325旁接线原阀室F4F17654Ⅳ兰铝刘化排空管说明 1、 为切割点2、虚线内为整体移动部分Ⅴ1112原阀室新阀室附图3 封堵作业工艺流程图PT3#工艺流程：1：开PT1#开PT2#开PT3#开PT4#2：对F1点进行封堵作业 对F2点进行封堵作业对F3点进行封堵作业对F4点进行封堵作业注：PT为旁通缩写 F为封堵缩写去兰铝（ф114）F2去刘化（ф273）附图4 切管位置示意图ⅠⅡ14排空管新阀室原阀室134567Ⅴ3211089ⅣⅢ兰铝说明 1、 为切割点。
2、虚线内为整体移动部分11刘化12。