基于管线不停输带压开孔技术的安全分析

吴国胜

摘要：带压开孔技术是介质管线维修中常用的技术，但是受到各种因素的影响，带压开孔技术在运行的过程中存在着一定的安全隐患，为了有效的规避这些问题，文中对带压开孔技术过程中涉及到影响安全因素进行了深入分析，并提出了对应的安全措施。

关键词：带压开孔技术；安全影响因素；在线焊接

带压开孔技术是一种安全、环保、经济、高效的在役管线维抢修技术。我国拥有丰富的能源资源，近些年来，原油、天然气等能源开采产业不断发展，带压开孔技术也在介质管线维修和突发事件抢修的过程中发挥了重要的作用。带压开孔技术是指在管道和容器上制造接口的一种方法，在开孔操作过程中，管道和容器处于承压或使用状态下。管线开孔技术可能会受到管线介质、压力、壁厚情况、流动动态等影响，从而埋下一定的安全隐患，因此如果不能做出合理的技术处理可能会对相关人员及整体工程均造成严重的损失。可见，对带压开孔技术在役焊接以及开孔施工操作过程中的安全问题进行分析十分必要。

一、带压开孔技术在役焊接的安全分析

首先，在金属材质上进行焊接的过程中，焊接位置的温度会持续上身，这将会直接降低材料的强度，如果焊接过程中材料已经完全融化，那么这部分材料就会完全失去承载能力，此时在焊接应力以及介质压力的作用下，焊接范围内未进行焊接操作的位置就会发生烧穿现象。从分析中可以看出，焊接过程中的高温是导致烧穿的原因之一，而焊接管道的壁厚也是原因之一，即使达到一定温度，而壁厚足够，也不容易发生烧穿问题。经验表明，在焊接过程中，当焊接操作对管道的热输出达到980度以上时，就会存在烧穿等风险，此时如果管道的壁厚不足6.4mm，烧穿发生的几率就会进一步增加。但是由于施工情况的不同，管道壁厚很难均控制的6.4mm以上。因此壁厚不同，焊接过程中使用的技巧和方法也有所不同，比如，壁厚不足6.4mm时，可以在第一个焊接道内使用直径小于2.4ram的焊条，因为直径小的情况下焊接输出的热量也相对较小；当壁厚超过6.4mm但是未超过12.8mm时，可适当的增加焊条直径至3.2mm；当壁厚超过12.8mm时，一般不容易发生烧穿问题。

在役焊接的过程中，如果接缝位置存在的氢元素达到了一定的浓度，焊接的接头存在淬硬倾向且接头承受了一定的拘束应力，此时极易引起氢致裂纹问题。氢致裂纹是在上述三种因素的共同作用下出现的一种现象。因此，想要避免这种问题的出现，就一定要避免上述三个因素的出现，或是至少消灭其中的一项因素。因此，对氢致裂纹进行安全分析应该从三方面入手。其一，关于焊接缝中的氢含量的问题。

在焊接过程中，管道介质内部可能存在一定的氢化合物，或者焊接材料、焊接坡口位置可能会附着一定量的有机物。为了避免这个问题，在进行焊接超过的过程中，如果发现管线可能存在氢类化合物，需要尽量避免进行管线焊接。对于其他含氢的位置，技术人员需要进行细致的清理，必要情况下可以使用低氢焊接技术将焊缝中的含氢量控制在合理范围之内；其二是关于焊接接头的淬硬倾向问题，在役管道焊接的过程中，管内介质的流动速度有所提升，此时管壁的散热速度就会增加，这样一来，焊接接头的冷却时间就会缩短，焊接接头中的碳含量较高，在遇到这种情况时，就会在热影响区出现淬硬组织，继而加大开裂问题发生的风险。为此，相关施工标准中明确指出，在役管道焊接的过程中，如果管道的壁厚不足12.8mm的情况下，需要严格控制管道内的液体流动速度，流速最大不能超过每秒5米，气体流速不得超过每秒10米。此外，在进行焊接操作的过程中，技术人员有必要适当的调整工艺参数，以此保证焊接输出的热量不会对介质的流动产生其他影响。操作过程中，焊道以及焊接顺序安排的合理性也会直接影响接头的淬硬程度，因此可以使用焊道熔敷顺序的回火效应将热影响区的硬度控制在合理的范围之内；其三是关于焊接接头承受的拘束应力的相关问题。在役管道焊接的过程中，一般使用焊接之前以及焊接之后预热的方式加以控制，此外，焊道顺序的合理控制以及焊接安装过程中装配操作的合理性等有可以实现对拘束应力的有效分散。

最后，在役管道焊接过程中焊接管道的介质也容易引起一定的安全问题。为了保证焊接操作的安全性，施工人员首先需要明确管道内的液体或是气体的主要成分，了解其是否存在爆炸风险性，如果管道内的物质受热后可能引起爆炸，则最好取消焊接操作。经验表明，管道中存在以下几种气体时，均不适宜进行焊接操作：氧气、富氧空气、氯化物、不饱和烃类气体、压缩空气。

二、带压开孔操作过程中的安全分析

带压开孔技术的超过过程中，其安全性受到多种因素的影响，笔者结合以下经验总结如下。

其一，带压开孔技术设备的重量，带压开孔操作的过程中，需要将设备安装在管线上，由于设备本身存在着一定的重量，此时管道的支撑结构就要帮助分散一部分来自于开孔设备的重量，如果设备的重量较轻，那么管道支撑结构的压力也就相对较小，反之，如果设备较重，那么就会给管道承重结构造成较大的影响。为此，开孔技术施工过程中，一般以轴向尺寸以及质量轻的设备为最佳选择。另外，由于开孔的需求和方向不同，所需注意的事项也各不相同。比如，在水平方向上开孔时，就需要安置一个支架来支撑钻孔工具，这可以将管道焊缝横向上的承受力尽可能的缩小；在垂直方向上进行开孔操作的过程中，如果施工管道范围无法承受开孔机器、阀门等设备的质量，可以在管道上增加临时的支撑结构。

其二，带压开孔技术的安全性可能会受到施工过程中产生的铁屑的影响。在使用开孔机筒进行管线刀削的过程中，可能会产生大量的铁屑，这些铁屑可能会对开孔技术的下游器械设备、仪表设备等造成一定的影响，也会对开孔操作的合理性造成一定的影响。比如在垂直方向向下端开孔时，产生的铁屑将会直接的进入管道，在工藝介质的作用下，这些铁屑将会被带入到下游器械或者是仪表设备中，对其正常的运行状态造成一定的影响；在水平开孔的过程中，铁屑将会在水平方向上产生堆积，这时会加大道具切削的阻力，从而导致筒刀切屑刃损坏。如果处理不及时，甚至会导致开孔机无法拆卸。

为了解决铁屑产生的问题，在垂直防线上开孔时，建议将位置选择在过滤器的上游管线，此时大部分铁屑将会落入到筒刀中，降低对各种精密设备的影响。在水平方向开孔时，有必要适当增加开孔筒刀的前角和后角。此外，经验表明，操作过程中适当的调整进刀量也可改变铁屑的厚度和长度。

其三，带压开孔施工的过程中，有时刀具可能会被卡住，设备主轴无法转动，这也就是所谓的闷车。在筒刀转动的过程中，一开始接触管壁使，只有部分刀头在受力的状态下，在这种情况下，如果材料硬度较大，就会出现闷车。另外，如果筒刀切头管壁过程中的落料即将成型，也可能会出现闷车。一旦出现闷车问题，不可以马上停止开孔机器，而是需要提高整个工作系统的液压压力，遵照一定的技术步骤完成切屑。此外，在开孔操作过程中，最好不要在开孔机的直径上限作业。

其四，带压开孔操作过程中可能会出现泄漏现象，这主要是因为各种设备、阀门、开孔机转盘均存在介质泄漏的风险。为了防止这个问题，在施工之前，最好仔细检查开孔设备、阀门等是否具有良好的密封性。确定其不会发生泄漏时候方可进行开孔施工。有时，施工人员也会进行静压力测试来检查设备的泄漏情况。

结语：

综上所述，带压开孔技术在石油、天然气等产业中有着非常广泛的应用，对于相关产业的平稳发展以及国家经济的稳定性均具有重要作用，然而目前阶段内还存在着较多因素影响着带压打孔技术的安全性，文中的相关原因分析和措施阐释希望可以为相关工作人员提供有益的借鉴与参考。