低压不停输旁通压力调节装置的研发

吕云青

摘    要：为解决低压球墨管连接器施工法法与旁通管施工法的弊端，创新性的研发低压不停输旁通压力调节装置及对其今后的应用的一些讨论。

关键词：不停输;旁通

1  前言

近年来，天然气作为一种清洁能源已走进了千家万户，人们对天然气的需求与日俱增。居民的生活，工业的发展也都离不开它。从前，因施工工艺落后，部分管线作业如镶接、抢修等需要进行停气施工，而一旦停气，不仅会给居民带来不便，也会给企业带来损失。因此，为了减小对周边环境造成的影响，燃气施工企业的施工工艺和技术也在不断改进。不停输施工工艺便在这样的背景下应运而生。

2  不停输施工工艺

2.1  不停输施工工艺的定义

不停输施工是指在保证原有管道下游正常用气的情况下，对现有管道进行改造、抢修、镶接等施工的工艺。它具有安全、可靠、影响范围极小的特点，目前在城市燃气施工、不可停气重点区域施工中广为使用。

2.2  低压球墨管不停输施工工艺

目前，低压球墨管不停输施工工艺主要采用连接器施工法或者旁通管施工法。

2.2.1  连接器施工法

连接器施工法主要用于新老管道镶接。其施工方法是：在老管道上安装连接器，将新旧管道通过连接器呈90°异面连接。再用工具从连接器顶部将老管道上壁打穿，从而将旧管道气体引入新管道的施工方法。

該方法存在的弊端：（1）新旧管道需呈90°对接且新管道位于旧管道的平面上方，如遇旧管道埋深较浅的情况，新管道会出现埋深不符合设计要求甚至无法施工的情况。（2）连接器因口径比旧管道小会造成缩径，对管线供气会造成一定影响。（3）连接器作为永久性使用材料无法回收。

2.2.2  旁通管施工法

旁通管施工法主要适用于短距离、临时性的施工，如镶接、抢修、小范围的旧管改造等。其施工方法是：球墨管上对称开孔，加装旁通管道，将原管道内气体介质通过旁通管引入下游。旁通管道两内侧钻孔封阻气袋，阻气袋间进行局部施工。施工完毕后拆除阻气带及旁通管，开孔处用柔性管塞封闭。

该方法存在的弊端：（1）钻孔完毕移除钻孔设备直至完成加装旁通管道这段时间内，由于原管道仍处于运行状态，钻孔处不断有燃气外泄，有重大隐患，不利于文明施工，施工人员带气操作，危害职业健康。（2）施工人员不按规范操作，采用PE管直接插入打孔处作为旁通管，缝隙处仅稍做封堵。（3）由于旁通管口径远小于原管管径，所能提供的流量有限，不能达到原有管道输送要求，固一般只能在用气量处于低谷时采用，有的甚至会导致供气不足无法采用该方法。

3  低压不停输旁通压力调节装置研发的目的和意义

3.1  目的

低压不停输旁通压力调节装置研发的目的就是为了解决连接器施工法和旁通管施工法存在的问题，为低压球墨管不停输施工工艺提供一种新的施工方法。

3.2  意义

上海由于历史原因，地下管存在一定数量的上世纪80年代及更早以前敷设的承插式灰口铸铁管道。2012年～2014年，上海展开了为期3年总计338km的燃气隐患管网改造市府民生工程。通过这一时期的改造，灰口铸铁管道基本已改造为材质更优质的球墨铸铁管道。2019～2021年上海市政府新的一轮3年隐患管网改造工程再次启动。另一方面，停气施工目前也受到了客观条件的制约，如工程建设高峰时期，停气镶接申请众多，有时因输配部门人手不够，部分申请不得不延后，影响到了正常通气。这些都表明不停输施工工艺在今后燃气建设中发挥的重要性，以及低压不停输旁通压力调节装置研发的必要性和重要意义。

4  低压不停输旁通压力调节装置的组成构造及功能介绍

不停输旁通压力调节装置主要由管道固定夹具、柔性旁通管、中央控制系统、钻孔设备等组成。

4.1  管道固定夹具

管道固定夹具是成对使用，主要是将金属夹具固定在管道上方，在夹具的上表面形成水平的操作面。钻机安装、固定、钻孔等操作都在夹具上表面的水平操作面上进行。管道固定夹具是通过操作转轮旋转带动蟹钳式夹具张开或闭合以便进行固定。夹具与管道间设有橡胶垫用于密封夹具与管道间的缝隙，使整个钻孔、供气过程处于密封状态。

夹具根据不同管道口径规格有所不同，如DN100、DN150、DN200规格球墨铸铁管采用同一规格夹具。在固定DN100、DN150规格球墨管时，只需正常操作即能满足固定要求，固定DN200规格球墨管时，可将夹具蟹钳式夹具第三节手动拆卸，以便增大咬合直径，从而达到固定DN200球墨管的目的。同一种规格夹具可适用三种规格管径，具有一定通用性。

4.2  柔性旁通管

柔性旁通管的作用主要是连接管道固定夹具上的旁通管接口与中央控制系统。旁通管采用金属柔性管道，类似燃气灶具前的金属软管，接口采用螺纹接口，六角形螺母内衬垫橡胶圈密封，与夹具上旁通管接口的丝口相匹配。旁通管采用2寸大小。

4.3  中央控制系统

中央控制系统由检测仪表、风机系统、智能化控制系统三部分。检测仪表有压力表和流量表，监控气体压力及流量。实时将数据传输至智能化控制系统。智能化控制系统通过仪表输入的数据进行分析，如下游压力及流量小于所设定数值，则控制系统自动调整风机系统增加输送能力。智能化控制系统带可视化的液晶操作面板，所有参数、系统运行状态都在屏幕上实时显示。

4.4  钻孔设备

目前，燃气管道钻孔设备仍采用较为老式的设备机型，利用链条拴绑管道固定钻机，安装拆卸都较为费时。而不停输旁通压力调节装置上的新型钻机采用的是磁座钻机，钻机刀头直接固定密封安装在管道固定夹具的密封仓内，钻机安装只需将钻机对准刀头，直接通过磁性吸附在夹具操作面上即能完成安装步骤，省时省力。老式钻孔设备工作效率也十分低下。以DN150球墨管为例，钻机安装完毕后，启动机器至钻孔结束，耗时大约在15min。而新型钻机从启动至钻孔结束用时只需15s，工作效率大大提高。

考虑到燃气管线作业属于易燃易爆高危环境作业，钻孔机的钻头是封闭在密封仓内工作，将管道内的燃气与外界空气完全隔绝，形成密闭空间，保证了施工的安全。另一方面，钻机的刀头是空心设计，切削下的球墨管片留在刀头内，钻孔产生的部分杂质仍留在密封仓内。施工完毕后，将夹具拆除，外接气动装置于密封仓接口，启动气动装置即可将密封仓内杂质吹出而无需拆卸清理，节省了事后机具清洁的时间。

4.5  堵口零件

堵口零件是用于拆除管道上的夹具后，封堵管道孔洞的配件。主要分为两类：一类是临时性的封堵零件，用于松开夹具后，临时性封堵孔洞，起到防止燃气外泄的作用。另一类是永久性封堵零件，用于最终密封孔洞。

临时性的封堵零件是一块表面积略大于孔洞面积且与管材外径弧度一致的强磁性材料。当夹具松开，抽去夹具下的橡胶密封垫，用磁性的临时封堵零件封堵孔洞后，操作人员可安全将夹具拆除。

永久性封堵零件主要是由锥度螺丝、密封圈、锁舌构成。永久性封堵零件的作用原理是通过顺逆时针旋转锥度螺丝，使得锁舌弹出或收起，起到锁止作用。使用方法是将临时性封堵零件移除，将锁舌收起的永久性封堵零件塞入孔洞，旋转锥度螺丝，弹出锁舌锁紧。

5  不停输旁通压力调节装置操作工艺流程

不停输旁通压力调节装置操作工艺流程可大致概括为：

（1）清理工作面→（2）根据管道口径选择适合的管道固定夹具与刀头→（3）安装夹具→（4）安装钻孔机→（5）钻孔（用于塞阻气袋）→（6）松开夹具用临时性封堵零件封堵孔洞→（7）将夹具移至上游（下游）安装固定→（8）卸去旁通接口处管盖安装柔性旁通管→（9）连接中央控制系统→（10）设置运行参数→（11）钻孔（使燃气进入旁通装置）→（12）移除临时性封堵零件塞入阻气袋→（13）开启中央控制系统同时阻气袋充气至隔断气源→（14）两阻气袋间进行正常施工→（15）拆除阻气袋关闭中央控制系统→（16）永久性封堵零件封堵阻气袋处孔洞→（17）松开夹具塞入临时性封堵零件→（18）拆除夹具、钻孔机、柔性旁通管及中央控制系统→（19）永久性封堵零件替换临时性封堵零件封堵孔洞→（20）密封仓气动装置接口接气动装置吹扫→（21）施工完毕

注：步骤（3）-（9）、（11）-（13）、（15）-（19）管道两端对称同时进行。

6  低压不停输旁通压力调节装置的应用

6.1  适用范围

低压不停输旁通压力调节装置适用于压力≤5Kpa球墨（或灰口）铸铁燃气管道不停输施工。装置适用管径原则上可适用于任何管径，但上海地区低压球墨管DN300及以下占绝大多数，所以目前研发的装置主要针对DN300口径及以下。适用球墨管口径及相应钻孔孔径关系如表1。

6.2  应用

低压不停输旁通压力调节装置其实是目前旁通法施工的升级改进。为了使施工过程变得更标准化，更规范化，更环保、更安全，减少操作人员吸入大量燃气，提高职业病预防水平，是更优异的一种施工方法。同时，它能替代目前的连接器施工法，节省连接器等材料的消耗，不会因缩径而造成流量减少，也不会因新管道埋设过浅而存在安全隐患，是更为经济、可靠、安全的施工方法。

低压不停输旁通压力调节装置将可应用于短时间、小范围的燃气管线不停输改造、镶接、抢修施工。对于停气镶接工作而言，施工单位往往需要在规定的短时间内完成，如遇到意外情况无法在规定时间内通气将造成巨大影响。如果应用该装置后，无需担心停气造成的负面影响，大大减轻了施工单位的压力，从而提升服务质量。对于抢修工程来说，采用的最多的是用夹具封堵漏点。但即便是这样，损坏管段仍然存在，最彻底的办法还是更换该管段，而低压不停输旁通压力调节装置施工法就是最好的解决办法，它是对损坏管段进行临时堵漏后正式换管前采用的一种不停输的手段。对于管线长度相对较长的低压旧管改造项目可化整为零，采用此法分段实施，每日完成一段恢复一段，逐日推进。以前对于有支管的旧管改造需搭设临时管，临时管露出地面需采取加固或埋地等安全保护措施，从施工开始一直持续到结束，即不美观又不安全。而如能采用新的施工方法，即能省去了搭設临时管的支出，又确保了安全，对于不便搭设临时管的情况，给出了一种新的解决办法。

7  总结

低压不停输旁通压力调节装置是一种全新的装置，如果研发成功，会进一步完善低压不停输工艺，将对上海的燃气管线建设带来巨大帮助。目前，上海煤气第一管线工程有限公司市南分公司已正式立项，将其作为2018～2019年科研项目，项目进行到试制样品阶段，让我们拭目以待最终的成果并将其推广应用到实际应用，为我国的燃气事业不断添砖加瓦。