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输气管道带压开孔排水技术应用

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输气管道带压开孔排水技术应用

发布日期:2018-04-16 作者: 点击:


1 前言 

某天然气公司长输天然气管道从 1992 年开始建设,经 过 20 余年的发展,从Ø108 螺旋焊缝钢管发展到Ø219 无缝钢管, 从玻纤防腐发展到 3PE 防腐,从年用气量百万立方发展到上亿 立方,长输管道从材质到防腐再到输气规模都有了长足发展,同 时也造成了各种材质、管径的管道并存的局面,随着管道输气规 模日益扩大,沉重的输气任务致使唯一的输气管道无法停气清 管,管道中积水造成输气能力降低。某天然气公司采用带压开孔技术对广元至旺苍输气管道(该管道于 2003 年建成投运, 管道外径 159mm,管道壁厚 5.5mm,管道材质 L245ERW 钢管,设 计压力 4.0MPa,日常运行压力为 1.2-2.5MPa)进行排水,有效的 解决了天然气输送和管道排水的矛盾,此技术改变了传统的停气、切割、动火焊接的作业方式,降低了社会影响,减少了经济损失,并可避开夜间作业,减少了人力、物力的投入,提高功效,降低劳动强度和消耗,避免作业风险,提高安全性。

2 带压开孔原理 

管道带压开孔工艺,是在管线不停止输送介质,不降低压力,正常运行管线的条件下,利用特殊对开三通法兰短接、球阀连接在管道或者设备上,用机械或者手动的开孔工具实现在线开孔(如图1)。其开孔过程,在全密闭空腔完成,开孔机刀具切削过程不 接触空气,故没有起火或者爆炸的可能性。在开孔过程中不停 输,时耗短,且没有污染,同时经济效益和安全程度都比较高。 

3 管道带压开孔排水工艺流程 

施工准备 → 施工基坑及管沟开挖 →对开三通(带特殊法 兰)组对和埋地阀焊接→无损检测→组装开孔设备并试压→钻 孔 →关闭阀门拆除开孔设备→连接排水管线 → 开启阀门排水 →关闭阀门拆除排水管线→加盲板→防腐和恢复地貌→作业完 成。 

4 施工前的准备工作 

(1)管道带压开孔焊接要求。查阅管道竣工资料,确定管道相关设计参数,根据相应技术规范计算确定开孔管道是否允许带压施焊。

根据《钢质管道带压封堵技术规范》(GB/T28055-2011)关于管道允许带压施焊的压力计算公式,广元至旺苍输气管道最大允许带压施焊压力计算如下: 

P=2£s(T-C)÷D×F

P=管道允许带压施焊的压力,单位为 Mpa 

£s=管材的最小屈服极限,取值 245 Mpa 

T=焊接处管道实际壁厚,取值 5.5mm 

C=因焊接引起的壁厚修正值,一般取 2.4mm 

D=管道外径,取值 159mm 

F=安全系数,(原油、成品油管道取 0.6,航煤、煤气管道取0.5) 

根据输气管道设计参数带入上式得出广元至旺苍输气管道最大允许带压施焊压力 P=4.77MPa 大于管道最大操作压力 4.0MPa,故管道满足外部施焊要求。为满足旺苍城区居民用气 需求,广元至旺苍输气管道最低输气压力不得低于 1.2MPa,结合该管道允许带压施焊压力、设计压力等因素,故该管道带压开孔运行压力确定为 1.2MPa,远小于管道允许带压施焊压力 4.77MPa,具备带压施焊条件。 

(2)对开孔、焊接、排水等,可以编制专业施工技术方案,同时提出质量检验措施,也要提前勘察施工现场。技术方案要求切实可行、可操作性强,要健全压力管道安装质量保证体系。在施工前,必须做好技术交底工作,对特殊施工人员焊工、检测工 进行资格审查,同时对焊接工艺评定报告进行审核,所有技术文 件、表格准备要求就绪。 

(3)施工前,确保机械设备就位并可以正常地调试及运行。提供的管材、管件进行复核,钢管及对开三通不能够有磨损、裂纹、气孔、皱褶、重皮、夹渣等缺陷,无超过壁厚负偏差的锈蚀和凹陷,密封材料不能够有气孔、杂质、飞边、毛刺、裂纹等缺陷;对开三通、阀门、盲板等材料应有材质证明书和产品合格证并标识齐全,阀门还应有试压报告;开孔机、开孔刀具连接头准备就绪,专用阀门及对开三通提前定制。 

(4)模拟试验。根据广元至旺苍输气管道管道参数、介质参数、运行参数,施工单位按照经审核的施工方案会同业主单位在作业前进行模拟试验。 

(5)操作现场要求。开孔点作业坑的开挖应有足够的操作空间,两侧应设有方便上下的安全通道;作业坑土质不稳定时, 应有预防作业坑塌方的措施;地下水位较高的地段,应采取降水措施。设备应摆放在距离作业坑 1m 以外。作业区外设置安全警戒区,并设有明显的安全标识。作业人员需配备安全绳,对作业坑内天然气泄漏情况不间断监测。 

5 管道带压开孔排水施工过程 

首先在待开孔管道上带压焊接一个对开三通,然后在三通上部安装一台埋地球阀,待开孔机与法兰阀门连接后,打开阀门。把开孔机刀具通过阀门接触到需要开孔的管道,然后在该 短接、阀门、钻机适配器刀具放置空间里面按被开孔管道的设计 压力做好试压及气密工作,试压合格后转动刀具在管道上开孔。开孔成功后退出刀具和开孔留下的铁块和铁屑,退至阀门以外的钻机适配器空间中,关闭阀门,钻机适配器泄压并拆除开孔机,排水管线与法兰阀门连接,打开阀门,气体流动将管道内 积水带出。排水完成后,关闭阀门,拆除排水管线。阀门加装盲 板并防腐后恢复地貌,带压开孔排水施工完成。 

5.1 对开三通组对焊接 

开孔点轴向位置确定原则:(1)日常管道巡护过程中听到有 水响的管段;(2)管道铺设高程起伏较大段的高程最低点;(3)应选择在直管段上,开孔部位宜避开管道焊缝。开孔点径向位置确定原则:管道内积水一般沉积于管道下方,最佳开孔点在管道垂直下方;受地形限制地段,开孔部位宜选择在管道径向 5 点至 7 点钟方向。广元至旺苍输气管道开孔点轴向位置确定在静乐 寺、高桥子、彭家湾、卢家坝等四个点,开孔点径向位置确定在管 道径向5点至6点钟方向。 

确定开孔位置后,将预制球阀的对开三通扣在待开孔的管 道上,球阀中心对准开孔位置,其正下方配对另一半对开三通, 两片对开三通组对合适后进行焊接。焊接对开三通时,管道内天然气流速不应大于 10m/s,严格按照焊接工艺规程施焊。焊缝 焊接质量应采用渗透探伤和超声波探伤进行检验。 

5.2 管道开孔设备安装及气密性试验

对开三通焊接经检测合格后,开孔设备与球阀法兰段连接, 然后对开孔机、阀门、管件等部件进行整体试压,试压选择管道设计压力 4.0MPa,试压采用氮气进行  气密性试验,气密性试验的同时将钻机适配器和球阀间空气置换为氮气。用肥皂水喷涂法兰连接口,检查整个连接段气密性,检测确认无泄漏后,打开开孔机放空阀,将连接段气体放空至常压以利于查验钻孔进度,然后关闭放空阀。 

5.3 管道带压开孔 

管道带压开孔时,旋转钻机手柄用力要均匀。钻头钻透管壁时,天然气会充满球阀和适配器,通过开启钻孔机放空阀可以检测到天然气。继续旋进钻头,当旋转手柄,钻头能顺利进入,表明钻头已完全钻透管壁,开孔完成。开孔完毕后将刀具和铁块退回至适配器内,完全关闭阀门。开启放空阀,释放适配器内的压力和随天然气带出的铁屑,把开孔机从阀门上拆除。

5.4 排水作业 

排水管线与球阀法兰连接,排水管线末端引至开孔作业点 25 米外固定,排水放散点宜设置在四周空旷、较平整的地方,半径5米范围设置警戒线,配备消防器材,做好排水收集工作,防止管道排水外流造成周边环境污染。确认排水放散点四周安全, 具备排水条件时,开启球阀进行排水作业,排水过程中对放散点四周天然气浓度实时监控,当可燃气气体浓度达到 5%时,关闭球阀停止排水,待空气中可燃气体浓度降至 1%,开启球阀继续 排水。作业完成后关闭球阀,拆除排水管线。

5.5 封堵、防腐及地貌恢复 

埋地球阀法兰侧加装与球阀同压力等级的盲板,并对盲板 连接进行检漏,确认无泄漏后,对对开三通、球阀防腐处理,待防腐层固化后,对操作坑进行土方回填,并做好地貌恢复。地貌恢复后应在地面埋设标志桩,标志桩内容包括管道里程、埋深等信息。 

6结语 

管道带压开孔技术近年来已经广泛的认可和使用,与传统施工工艺相比,保证了正常天然气输送的连续性,时间短、速度快、施工方便、安全可靠、对环境无污染。随着这项技术日益完善、成熟、成本不断降低,相信不久的将来带压开孔技术会得到更好的发展和应用。


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关键词:输气管道带压开孔

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