带压开孔封堵技术在火炬气管线更换阀门中的应用

杜金勐

摘 要：带压开孔封堵技术应用在大口径管道上在实施过程中存在着一些危险，但它能最大限度的避免了企业停产造成的经济损失。

关键词：带压开孔；封堵；火炬气

1 工程简介

火炬系统中1#、4#操作阀均为暗杆式闸阀，由于阀门设计的原因两处闸阀先后出现阀杆落入阀体内部的事件，导致阀门无法进行操作，直接影响火炬气的正常排放，如采用传统的管线停役检修的方式，则需要全厂停产并将火炬系统全部放空。必须采用在线开孔封堵技术将阀门两侧封堵后进行阀门更换。

2 改造方案

由于此次更换阀门点位于火炬气管输送主管道，属大口径管道（DN800），且处于14米高的火炬气管架上，考虑到高桁架上的动静载荷等因素，经研究确定在不影响各生产装置正常生产的同时，带压开孔后采用折叠式封堵技术，即DN800的火炬管线上开DN600的孔，待火炬气管道封堵成功后，拆除两处故障阀门。

3 工程概况

工程名称：DN800 火炬气带压开孔封堵更换阀门。施工作业高度：本次施工作业面距地面14米。工程内容：DN800 火炬气管线不停产带压开孔，孔径为DN600 共两处，DN50 共4处。开孔管线规格、材质：DN800（ф813mm），16Mn直缝焊接管线。火炬气管设计参数：设计压力pd=0.3Mpa，操作压力po=0.04Mpa；设计温度120℃；实际运行温度60℃。火炬气内一般介质：根据分析火炬气管内介质复杂，主要含有硫化氢、氢气、甲烷、乙烷等易燃易爆气体，可能含有硫化亚铁。

4 带压焊接要求

4.1 校核管道压力

根据《钢制管道封堵技术规程 第一部分：塞式、筒式封堵》（SY/T6150.1-2003）标准中关于管道允许带压施焊的压力计算公式，进行计算管道允许带压施焊的最大压力。

P=2￡s（T-C）÷D×F=2×180Mpa×（8mm-2.4mm）÷813mm×0.5=1.23Mpa

此次施工所操作压力符合规范要求，可以进行带压焊接。

4.2 校核管内介质流速

封堵管件焊接时，管内液体流速要小于vl=5m/s，气体流速小于va=10m/s。本案例中管内放空气体vo

5 施工流程及方案

5.1 管道加固方案

考虑到此次施工作业面距地面14米高度及开孔设备施加到火炬气管道5.4吨的临时静载荷，为使开孔顺利实施，设计院对管道强度进行校验，并在更换阀门两侧设计安装支架进行临时加固。

5.2 管道壁厚检测及焊缝无损检测

带压开孔施工前，对火炬气管道壁厚进行检测，最大减薄处为0.4mm，经过设计院的计算满足施工要求，并按规范GB50517-2010要求对开孔影响区域的原管道焊缝进行射线检测，在原管道焊缝上开孔或距焊缝50mm内开孔时，应对以开孔圆心为中心1.5倍开孔直径范围内的原对接焊缝进行100%射线检测，其合格标准符合相应的管道级别。

5.3 火炬气管道椭圆度的校正

由于火炬气管道管径较大为DN800，管道存在一定的椭圆度，根据现场实际测量的数据为：火炬气1#阀门：管线标准尺寸为φ813，测量最大尺寸为φ816，最小尺寸为φ808，椭圆度为5mm。管线标准尺寸为φ813，测量最大尺寸为φ818，最小尺寸为φ801，椭圆度为12mm。火炬气4#阀门：管线标准尺寸为φ813，测量最大尺寸为φ816，最小尺寸为φ806，椭圆度为7mm。管线标准尺寸为φ813，测量最大尺寸为φ823，最小尺寸为φ798，椭圆度为15mm。为保证对开三通的顺利安装，我们在焊接前利用管道校正器对火炬气管道进行椭圆度的校正。

5.4 管件焊接方案

（1）选择好开孔点后进行管件的焊接，管件焊接要严格按照规定的焊接顺序进行焊接。（2）管件焊接前保持与母管的缝隙要控制在0-1mm间，若缝隙过大，则矫正后再进行焊接，不能直接焊接。（3）在焊接前检查三通管件的几何尺寸，是否与火炬气管线规格相符，管件自身焊口是否达到要求。确定开孔位置后，清除管道防腐层，将三通管件焊接到火炬气母管上。三通管件分上下两部分。组焊时要求管件与管道同轴、塞堵法兰面与管道轴线平行，法兰中心线与管道轴线垂直，管件焊接按相关标准进行。（4）管件环型焊缝结构贴近母管位置焊接采用2.5mm焊条打底，中间层及盖面层采用3.2mm焊条进行焊接。焊接每次起弧时间必须掌握到10-30秒之间；焊接长度不能超过4cm。并且间隔1分钟后才能进行下一次起弧。整个焊接过程控制电流，避免焊接过程中产生过量的热量。具体控制措施如下：打底层，2.5mm焊条，起弧电流90-110A，正常施焊电流75-80A，推力电流调制最小0；中间层，3.2mm焊条，起弧电流120-130A，正常施焊电流100-120A，推力电流调制最小0；盖面层，3.2mm焊条，起弧电流120-130A，正常施焊电流110-125A，推力电流调制最小0。（5）焊接完成后对焊缝进行保温处理，防止产生冷裂纹、氢裂等焊接缺陷。（6）管件焊接时电焊机二次线应放置在管件的上面并接触牢固。（7）管件焊接完毕后，管件焊口采用磁粉及超声检测。

5.5 火炬氣管开孔

（1）为防止焊接对开三通时产生大量热量危及火炬气管的正常运行，经过研究决定在焊接对开三通前，先在火炬气阀门两侧带压各开一个DN50的小孔，通过该孔向管道内注入氮气，进而稀释管道内火炬气的浓度，降低焊接管件的危险等级。管件焊接完毕后组装闸阀。（2）管线开孔前要确保开孔刀在开孔机内的位置无偏心现象，并测量中心钻到开孔刀具的位置。（3）在开孔前，要对夹板阀及开孔机进行密封性实验。对开孔机进行氮气置换，防止开孔过程中管线吸入开孔机内的空气。氧含量检测合格后方能进行开孔，氧含量控制在0.5%内。（4）开孔时采用液压传动，要注意钻机的转数，应控制在开孔刀15转/分钟（1.5mm/min）以内。保证切割时不产生大的热量及火花。（5）按照钻机转数及开孔大小计算开孔时间。开孔完毕后拆下开孔机，开孔完毕。（6）为了确保封堵效果，安装取铁屑器对切割下来的铁屑进行吸附。（7）安装封堵器，折叠式封堵器接触管底后展板打开，靠近更换阀门侧的封堵段进行放散，考虑到火炬气管直接连通大气，阀门拆除密封后可能产生虹吸现象导致空气被大量吸入火炬气管道内，对火炬气管放空处进行水封，保证整个火炬系统处于微正压状态，进而通过压力表检测两侧的压力差进行检验封堵效果。半小时内封堵头两侧压力差不变，认为封堵成功，封堵过程结束。（8）检修人员带长管式呼吸器对火炬气1#阀门、4#阀门进行更换。更换阀门结束后，拆下封堵器，封堵作业结束，安装塞堵及盲板。

6 注意事项

（1）开孔前需进行严格的试压检验，无渗漏后方可进行下一步。开孔封堵作业点应选择在直管段上。开孔部位应尽量避开管道焊缝，无法避开时，对开孔刀具切削部位的焊道应适量打磨。中心钻不应落在焊缝上。（2）封堵过程中应对封堵管段进行封堵效果的检验。（3）焊接过程中控制焊接电流及焊接速度，防止热量产生过大，影响管道安全运行。（4）火炬气管带压开孔处普遍存在管道椭圆度，需安装校管器对火炬气管椭圆度进行校正。（5）为避免虹吸现象的出现，阀门更换过程中必须保证火炬水封完好。（6）控制开孔机的进程，防止由于开孔机进程过大，打穿火炬气管道底部，通过选用进程短的开孔机控制此项风险。（7）由于管道内可能含有硫化亚铁，所以在阀门更换过程中必须实时监控火炬气管道的壁温，控制管道内氧气含量，防止过量氧气进入后发生硫化亚铁自燃。

7 结束语

带压开孔封堵技术避免了生产装置的非计划停车，由于口径较大，该项目在上海石化尚属首次，为上海石化在大管径物料管道带压开孔在线封堵方面积累了宝贵的技术资料。