不停输封堵施工技术方案

韩寅 张爱国 马莉 崔笑晨

摘要：随着工业的发展，管道不停输封堵施工技术在管线改造项目中得到越来越广泛的应用。本文结合输气管道的特点，为确保安全、高效、环保地完成新旧管线的连接工作，采油二厂输油管线隐患治理工程采用不停输、不降压对管道改线处进行带压封堵作业。

关键词：不停输封堵；不停输；不降压

一、带压封堵技术的历史

管道封堵技术于1884年诞生，至今已有115多年的历史。管道封堵是在完全密闭状态下，对改造管端两侧，利用物理、机械手段，将改造管段从运行管线中隔绝堵断，进行维护、修理、更换等改造。其物理、机械手段包括筒式、悬挂式、折叠式等多种形式，而运行管线改造有不停输改线和停输改线两种方式。停输改线一般是将在运行管线停输，利用封堵方法将改线段与主管线堵断，清空改线段输送介质，切断旧管段，以新管段代之；不停输改线就是以需更换的旧管线为基础，在切断点两边分别架旁通线的工艺实现新旧管段替换。这种工艺优点在于，所有施工工序均在不影响运行管线内介质正常输送状态下进行，既保证了正常输油生产，又使换管施工从容不迫、安全可靠的完成。

由于近几年国内70年代建设的长距离原油输送管道，多处腐蚀严重，存在重大安全隐患，需更换改造的管段较多，而输送高凝点原油的管道若停输进行局部换管，造成全线凝管的安全风险极大。为此，对长输管道不停输封堵施工的方式方法进行介绍，以共探讨研究。

二、工程概况

本工程5条改向新建管线在与老管道连接时必须保证原管道的正常运行，为确保安全、高效、环保地完成新旧管线的连接工作，采用不停输、不降压对管道改线处进行带压封堵作业。考虑采用“四封四堵”工艺建立局部旁通管道来实现，封堵施工执行标准《钢制管道封堵技术规程第一部分：塞式、筒式封堵》SY/T6150.1-2011。

三、不停輸封堵换管施工准备

1、一般要求

参加本工程施工的焊工，必须参加过类似工程的焊接，并经过严格培训，经审定和上岗资格认定考试合格，做到持证上岗。

焊接技术人员具备有较丰富的焊接实践经验和技术水平。工程施工前由焊接技术人员根据SY/T4103-2006《钢制管道焊接及验收》的焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程，并对焊工进行认真的技术交底。

2、焊接设备

本工程采用的焊接及辅助焊接设备，均能满足焊接工艺要求。焊机参数稳定，调节灵活，性能满足焊接工艺要求，检查焊机安全防护、指示仪表、开关位置和极性符合要求。

制作焊机地线专用卡具，使之能将地线与钢管表机接触牢固，避免产生电弧。

3、焊材

本工程采用的焊材采用国内知名产品，并严格按规范要求验收。

焊材必须有质量证明书、合格证和试验报告，否则应拒绝接收与使用。

焊材存放在固定库房或活动库房内，库房内保证相对湿度小于60%。焊材按类型、牌号、规格进行存放，摆放要按规定垫高和离墙。

四、带压不停输作业的关键操作工序简介

1、管件焊接作业

1.1作业坑开挖

作业坑开挖前，应依据设计图纸对开挖段地下构筑物和管线进行现场验收和核对，确认无误后，方可开挖作业坑。

依据国家相关标准，计算出封堵作业所需的作业坑的长度、底部宽度及作业坑开挖的深度。依据作业坑位置的地质状况，做出坡比等数据放出作业坑开挖的地面宽度。

1.2清理防腐层

1.2.1管件安装位置确定

管件安装应选在直管段上且尽量避开管道焊缝。管道圆度误差不应超过管外径的1%。根据管件安装位置放出防腐层清理的范围。

1.2.2清理防腐层

防腐层清理时不得采用火烤、敲击的方式。防腐层清理应采用刨刃清理，清理完后，用钢丝刷子进一步清理，至管道金属光泽出现。

1.3管件组对

1.3.1管件准备

核对管件的型号、材质、压力等级。检查压力元件合格证书。管件焊接处应用钢丝轮将油污、油漆、尘土等清理干净。将管件内堵板及密封圈取出，检验销钉是否运转灵活。

1.3.2管件组对

将管件安放到防腐层清理完的管段上，用水平尺检查沿管道横向的水平度。

用等高测量的方法测量管件的法兰面与管道轴线的平行度。

应使管件的半圆与管线的顶面尽量贴合。

将管道的护板安装在管道上，如果出现下面不贴合的情况，应修整管件的横焊道坡口，以满足安装要求。

1.4管件焊接

管件焊接时，管内液体流速不大于5米/秒。按焊接工艺指导书的要求进行施焊。

根据管径的大小，配备焊工人数，DN200以上管径的管道，至少有两名焊工同时施焊，且两电弧间相距至少50毫米。

1.5焊道检测

焊道焊接完毕，应进行外观检测和渗透检测。检测合格后方可进行下道工序。

2、开孔作业

2.1安装符合压力等级的夹板阀、放散孔闸阀

1）将夹板阀的密封面清洁干净，密封圈选择要配套并用黄油粘牢。

2）夹板阀安装时与开孔管夹具错开一定角度，但不能与开孔管平行或垂直。

3）螺栓紧固后打开夹板阀并记住阀门打开程度。

4）测量开孔管顶到夹板阀上端的距离及塞柄支撑台到夹板阀上端的距离。

2.2开孔机安装

在夹板阀关闭状态下吊装开孔机，对称拧紧螺栓，用塞规检查两法兰的平行度。连接液压动力软管，安装开孔机放空阀，安装测杆在开孔机顶部；将测量数据B、C、E相加的总数在测杆标记（这个数据为开孔机镗杆下落的无功行程）。

开孔前的数据测量与记录：数据A、B在安装开孔机刀具并调试好后测量，数据D、E在未安装夹板阀前测量，数据C在安装夹板阀完后测量。

如上图，未开孔之前应测量记录以下数据（毫米）

A、中心钻尖到开孔刀刀刃端部的距离。

B、中心钻尖到开孔机结合器法兰密封面的距离。

C、夹板阀加上下两片密封垫的总长度。

D、对开三通法兰密封面到到法兰卡环上平面的距离。

E、对开三通法兰密封面到封堵管道顶部的距离。

2.3开孔作业

开孔机镗杆总行程=无功行程+进刀行程。

开孔顺序为：开旁通孔——开封堵孔——开取球孔。

2.4旁通管线

根據封堵管道的运行工况和工艺条件要求，确定旁通管线的材质、壁厚、管径、压力等级和长度。（本次封堵采用旁通线为159×6，长度为60米/处）

旁通管线应进行强度试压和严密性试压，强度试验压力为封堵管道工作压力的1.25倍，严密性试验压力不低于封堵管道的工作压力。

旁通管线应固定牢固，架空旁通管应有足够力量的支撑。

3、封堵作业

3.1设备安装

封堵机安装：检查各密封件有无损坏，接上液压动力，排出活塞缸内有可能存在的空气，检查油缸活塞是否运动自如。检查锁杆夹是否有效。

连接封堵头结合器，使油缸控制阀和结合器上平衡压力接口在同一个方向。

伸出油缸控制杆（中心轴）到结合器法兰端面位置，以方便安装封堵头为宜。

安装封堵头及封堵头密封件：封堵头的前端必须与平衡气管接口方向一致才能将其连接在控制杆上；将密封件安装在封堵头上，均匀压紧。检查封堵头各种连接件必须承压可靠，在活动位置和密封件上涂上黄油。

3.2封堵操作：

打开夹板阀内部旁通，对结合器腔体进行置换升压到压力平衡，全开夹板阀。

首先对下游点封堵，下降封堵头到位后，再对上游点进行封堵。如在下降封堵头的过程中受阻，可提升、下降20-50毫米，反复多次可能会将封堵头下降到位。

封堵效果验证。降低封堵段内压力，让表压为零，然后打开一个排放口进行管内液体排放，观察封堵段管线压力有无回升，如压力表无回升则证明封堵成功，反之需重新查找原因直到符合要求为止。

拆下液压软管接头，盖上防尘盖；放空被封堵的管段，检查封堵的严密性，如封堵不严，应提出封堵头拆下封堵机，重新安装密封件，再进行一次安装封堵作业。

3.3放置隔离球

首先清扫下隔离球位置处的污物，然后放入捆绑好的隔离球，打开氮气瓶将氮气瓶上的减压阀调至0.08MPa，再打开进气阀门，进行打压，给隔离球充气让其膨胀，球压不能超过0.03MPa。充压完毕后用手轻轻推球体以推不动为合格，然后关闭进气阀。派专人观察压力表，及时给隔离球补充压力。

3.4断管

切割管段用冷切割，切割点距隔离气囊孔应大于3倍封堵管段管径。

3.5新旧管线连接

新旧管线的连接参照原焊接工艺，施工过程中不得出现强力对口现象，以防止封堵段管线出现弯形，造成封堵失效。

3.6解除封堵

确认换管、连头合格后，取出隔离气球，在隔离气球孔的三通法兰内置入塞堵，盖上盲盖；通过封堵机结合器的平衡阀门引入油流平衡密封件两侧的压力。

压力平衡后，先提出上游封堵头，关闭夹板阀，接上液压软管，将封堵头完全退回到结合器内，放空结合器内介质，拆下封堵机；再提出下游封堵头，按上述操作，拆下下游封堵机。

关闭旁通管线阀门，回收原油，拆除旁通管线。

3.7塞堵的安装

塞堵是连接在开孔机上置入到三通法兰内的。

塞堵调试；将塞堵内落球式止回阀的螺栓顶杆调到能使止回阀打开在3-9毫米的行程范围内。

下降塞堵：对称完全伸出三通法兰的两片卡环，并记下旋进的圈数。吊装开孔机，平衡压力，开夹板阀；在开孔机顶部装上测杆，将测杆定位环定在下降行程位置。

下降塞堵到离定位环少M量的位置，微手动感觉塞堵端面是否顶到卡环，上提塞堵少量（塞堵端面不顶紧卡环），退回卡环，再下降塞堵到测杆标记的定位环位置，伸进卡环，对应所记下的旋进圈数，如不能伸进到位，可上下微动塞堵，达到完全伸进的目的。

反时针旋转开孔机的起落控制把（约6圈），分离限位杆与塞堵座的连接，退回镗杆，关闭夹板阀，放空压力，确认塞堵的止回阀不漏气。

拆下开孔机、塞堵座、夹板阀、装法兰盖。塞堵安装完成。

五、封堵施工中可能存在的隐患及处理措施

根据此次的工作特点，我们有针对性的做了部分处理同类事件的措施，在以前的施工中经过实践，是行之有效的。特总结如下：

1、管线封堵后密封不严

风险：介质在封堵处泄漏，当严重泄漏时，会造成管线无法完成断管；微小泄漏时，验封过程很难有准确判断，施工中会造成介质向连头点扩散，无法实现更换管道作业。

应对措施：当发现封堵处严重泄漏时，应停止下一工序（断管）施工，平衡封堵头两端压力后，将封堵头提出，检查封堵头皮碗的情况，如有损伤，更换新的皮碗，重新下封，如无损伤，将皮碗的螺栓进一步上紧，迫使皮碗裙边进一步胀大，增加密封强度。

当封堵处微小泄漏时，在封堵头前增加一道黄油墙（防火墙）进行二次保护，打开平衡孔通过导流管将泄漏介质放散，采用二次密封措施完全可以确保连头焊接

2、天气因素导致无法施工

风险：恶劣天气情况会造成施工质量下降，甚至不合格，出现返工延误工期。特别是雷电天气，由于封堵器较高，易出现雷击。

应对措施：搭建临时防雨、防风工棚，保证施工的正常进行。出现雷电天气时，作防雷网，并做可靠接地。

3、出现意外事故

风险：动火施工的意外事故有三种，一是操作不慎或违章造成人员伤害；二是安全检测不及时或不负责任，造成可燃气体浓度增加后未及时发现而造成火灾事故；三是可燃气体浓度严重超标时造成爆炸事故。

应对措施：在施工前对工人进行安全操作教育，现场设专人进行可燃气体浓度检测，每道工序打火前进行一次检测，若发生人员伤害、应急指挥小组立即报救护组进行救治，若出现火灾、爆炸事故则报消防组立即进行处置。

4、管件焊接时，造成管壁穿透

风险：管件焊接时由于使用不当的焊接工艺，或管线出现严重的腐蚀，焊接时，将管线烧穿，此时介质喷出，发生火灾。

应对措施：在施工前，编制焊接工艺规程同时进行焊接模拟试验和工艺评定，确保焊接工艺的合理性和安全性；在施工焊接前必须用测厚仪测管壁厚度，焊接处必须选择在远离腐蚀严重区域，并尽量选择管线壁厚处进行焊接；在焊接管件前，上游最近阀室压力应在允许带压焊接的计算压力以下；在达到焊接质量要求的前提下，控制焊接熔深，控制焊接过程中导入的热量；另外，根据管线运行时间和腐蚀情况，焊接过程中一定要严格按工艺操作确保无穿透事故发生。

5.确保封堵后能正常清管通球措施

将鞍型板根据计算深度尺寸焊接在塞堵底部，随塞柄恢复钻孔原位，以保证球体顺利通过；新老管连接管件采用4D弯头，不小于管道通径。

6.断管后对旁通管线的影响

为避免切断后的长输管线涨力对Ф159旁路段的影响，Ф159临时旁路管段采用〝U〞型涨力弯管段连接.

7.高流速下封措施

流速高的情况下封堵时，由于冲量较大，造成封堵头承受的力较大，甚至会造成封堵器主轴发生严重变形不能将封堵器下到位，或者是封堵后由于发生严重变形，造成封堵头不能取出。应在下封时不能一味执行先封下游后封上游的原则，应采取先下游后上游交替下封的方式，强迫增加上游旁通的流速，减少下游封堵器的受力。最后完成封堵时，还是下游先完成，上游后完成。

8.开孔作业时，可能产生卡刀现象

在开孔过程中，由于管线本身存在应力，这种现象经常发生，只要按规程操作，就不会产生问题。这种现象一旦发生，按如下操作：1、立即停机，并手动退刀1公分，再重新起机开孔；2、在选择开孔位置时，尽量选择管线变形小的位置；3、在开孔前，对焊接三通、夹板阀、结合器所形成的密封室必须做气体置换及压力检测。

六、结束语

油、氣管线不停输带压封堵施工技术是一种安全、经济、快速高效的在役管道维抢修特种技术，可有效避免资源浪费和环境污染，同时还能减少下游天然气用户的经济损失。该技术是油、气田维修及抢险任务中的关键技术之一，同时也是管道维护抢修技术的一种新的补充手段，有利于提高生产能力，节约能源和保护环境，有利于企业切实履行社会责任，是积极安全有效的一种新工艺。

参考文献：

[1]刘忠.一种新型的管道封堵器[J].石油机械，2006，34（1）：14-16.

[2]金盟贺.浅谈带压封堵技术在输气管线不停输迁移施工中的应用[J].科协论坛，2011，12（4）：24-26.

[3]高超.不停输带压封堵换管技术在石克气线中的应用[J].内蒙古石油化工，2008，15（17）：35-37.