不停输带压开孔封堵技术在钢制燃气管道上的应用

柳彦从

(太原天然气有限公司，山西 太原 030006)

1 引言

随着城市建设的发展，燃气企业高度重视市场开发和管线规划，不断挖掘潜在的客户资源，同时将新建的燃气管道与正在运行的燃气管道相连接，以实现对新增下游用户送气的目的。传统的施工方法是对涉及管线的管段进行降压、放散作业，再进行动火切割、焊接以及钻孔等施工作业。由于运行管道中带有一定压力和浓度的燃气，施工中不可避免给作业人员带来较多的安全隐患，同时给环境造成污染。

不停输带压开孔封堵技术是在完全在密闭的环境下，用中空的机械铣刀以切削的方式在带压运行的母管上加工出一圆形天窗的技术。该技术不需对管段进行停气降压，无需对周边用户进行停气，就能高效、安全、环保的完成接线。本文以太原市上庄街一处中压ADN150燃气钢制管道带压开孔对接DN150无缝钢管为例，启动调压器NL-80 1台，管内介质为天然气，介绍不停输带压开孔封堵作业的工艺、施工步骤和安全环保措施。

2 不停输带压开孔封堵作业

2.1 不停输开孔封堵工艺

在施工方案编制完成和动火报告均被审批后，根据图纸结合现场实际情况确认施工位置，该不停输带压开孔封堵技术作业流程如图1所示。

图1 不停输带压开孔封堵工艺流程图

2.2 不停输带压开孔封堵作业步骤

2.2.1 施工准备

首先，施工前，管线技术人员根据国家、行业相关标准要求并结合现场实际情况编制施工方案再由现场指挥向各作业小组进行技术安全交底工作，并报公司生产部门审批后方可施工。

其次，参加现场作业的施工人员应熟知施工方案，了解施工作业的工艺、步骤、技术和质量要求，施工作业人员应根据图纸会同生产、基建部门确认施工位置并标识。

最后，准备本次施工作业所需的工器具和材料，工器具和材料有质量合格证书，满足质量要求，材质、规格和型号符合施工要求，器具依次摆放在作业坑周围，接通动力电源。

2.2.2 开挖作业坑

按照有关规定开挖路面，确保地下管线安全。动火作业2h前完成作业坑的开挖工作。作业坑沿管线方向2m×2.5m，确保带压开孔封堵作业有足够的操作空间。另外，作业坑两侧设有阶梯式逃生通道。挖出的土方堆放在作业坑的一侧，距坑边不小于1.0m，其他侧摆放所需的工器具和消耗品，作业坑周围设置警戒标志并设围挡，如图2所示。

图2 作业坑示意图

2.2.3 剥离防腐层

作业坑按要求开挖完成后，检查施工作业的设备、消防设施和安保措施落实情况，现场指挥下达动火作业后开始执行，手动剥离作业坑内钢制带压管线的防腐层，除去管道外表面的防腐层及底漆。

2.2.4 测量管线壁厚

待作业坑内钢制管道外表面的防腐层被完全清除后，按SY/T6150.1《钢质管道封堵技术规范 第1部分:塞式、筒式封堵》标准的相关要求测试作业坑管线的壁厚，确定此次带压开孔的位置。

2.2.5 法兰短管组对预制和焊接

在本实例中，选择焊接的管件为对开三通，材质为16Mn钢管，符合国家标准GB/T9711-2017《石油天然气工业管线输送系统用钢管》的相关要求，选用的法兰符合《钢制管法兰》GB9119-2019的相关要求。三通法兰的总长大于25cm，小于35cm。按照SY/T 6150.2《钢质管道封堵技术规范 第2部分：挡板—囊式封堵》中的有关要求完成短管法兰的预制、焊接和无损检测。

a.母管线材质要求：Q235B国标钢管，壁厚6.3mm；设计压力0.4MPa，运行压力为0.35MPa；温度为35℃，管内介质为天然气。

标准《钢制管道封堵技术规程 第1部分：塞式、筒式封堵》SY/T 6150.1规定，钢制燃气管道带压施焊时管道的在线运行压力必须低于管道允许的带压施焊最高压力[1]。根据GB/T 28055《钢制管道带压封堵技术规范》，钢制管道允许的带压施焊最高运行压力计算如式(1)[1-3]。

式(1)

式中：P— —管道允许带压施焊的压力，单位为兆帕(MPa)；σs— —钢管的最低屈服极限单位，单位为兆帕(MPa)；t— —焊接处管道实际壁厚单位为mm；C— —因焊接引起的壁厚修正量单位为mm(通常取2.4mm)；F— —安全系数(天然气管道取0.5)；D— —管道外径，单位为mm。

管道材质Q235b，最小屈服极限为235MPa，t取4.8mm，D取159mm，代入式(1)，得：

式(2)

本工程管线运行压力为0.35MPa小于允许带压焊接压力3.55MPa，可以带压焊接。用角磨机对带压母管线的外表面和短管法兰进行打磨。

b.焊接条件及技术要求

(1)三通法兰管件和管线的间隙小于2mm。

(2)带压焊接压力要求：在线运行的钢管压力小于管道允许带压施焊的最高压力。

(3)介质流速<5m/s。

c.焊接方法

采用手工电弧焊，严格控制电流大小。焊接材料采用E5015，规格3.2mm，可焊接低合金钢焊条。

d.焊接

焊接按标准GB50236的有关条款执行，将DN150预制的法兰短管焊接在已打磨干净的DN150带压管线上(不要烧穿)，在法兰短管侧面开口焊接DN150新接管线。焊接时每层焊接厚度不应超过0.2cm。焊接时确保法兰上平面与母管道纵剖面平行。

e.无损探伤检测

焊完后8～24h进行100%MT磁粉探伤检测。

2.2.6 开孔

(1)开孔前

①施工人员在管线附近阀门井安装旁通放散管引出井外，设置警戒带，摆放灭火器。

②抽取调压器进口、放散处、出口处盲板，并加装金属垫，检修组在送气区域各放散处加装放散装置。

③接线准备工作

a.在法兰短管上用螺栓安装夹板阀，并紧固；

b.开启、关闭夹板阀，检查阀门开关是否正常；

c.依据被开孔的管道公称直径，在钻孔机的主轴上配置安装麻花钻头和相应尺寸的专用筒状空心铣刀，安装前检查开孔铣刀的刀齿是否有缺损，用螺栓再把钻孔机与夹板阀紧固；

d.打压试验、检漏：用氮气通过连箱上的排气阀进气对法兰短管、夹板阀和开孔机进行整体打压试验，试验压力等于在线运行母管压力，且最高不高于母管压力的1.1倍，稳压20min，无压力降为合格；检漏合格后，打开卸放阀，卸放掉压力，压力表读数归零。

e.连接动力设备。

(2)开孔作业

a.打开夹板阀，将刀摇至带气管线处。

b.开孔时，待中心钻钻通后，燃气流向新建管线，再对新建管件焊口进行检漏，检漏合格后，打开置换区域调压站的进口阀，作业人员用胶管连接调压器前单气咀引至无人区域进行置换，现场用全量程检漏仪连续检测甲烷浓度，并在置换记录表记录，连续检测其中甲烷气体浓度连续三次均超过规定值后，判定置换合格。

c.进刀时时刻观察开孔机上的指示刻度(即进刀量)，当主轴进刀量达到设定位置后，停机。再以手动操作开孔机进刀量0.5～1.0cm，手感轻快、无切削阻挡后，确认天窗被完全开透。

d.开天窗完毕后收回镗杆，将铣刀退进开孔机的连箱内。

e.关闭夹板阀。

f.打开开孔机放散阀，泄放压力，待排净开孔机连箱内余气后拆下开孔机。

2.2.7 下堵及安装法兰盲板

a.将内堵安装在下堵器上，控制管道运行稳定，介质流速不大于5/s。

b.将下堵器用丝扣紧固在夹板阀上。

c.打开夹板阀，下堵至预定尺寸后停机。

d.将内堵固定。

e.下堵安装完后，手动摇柄将主轴上提，打开下堵器放散阀，将余气放净，压力表读数为0，关闭放散阀，观察封堵器上压力表读数有无回升。读数为0，说明封堵效果良好。

f.收回下堵镗杆，拆除封堵器。

g.拆下夹板阀。

2.2.8 安装法兰盲板

安装法兰盲板前先检查法兰盲板的密封面和密封垫的完好情况并将螺栓对称紧固。

2.2.9 管线与管件防腐

作业完成后，按《埋地钢制管道聚乙烯防腐层》GB/ T 23257相关要求[3]对作业坑内的钢制管道和管件等部位重新做防腐处理。

2.2.10 管沟回填，恢复地貌

带压开孔封堵作业完成后，清点作业现场的工具和设备，回填作业坑，恢复地貌，在开孔处的地面设置路面标识。

3 结 语

伴随燃气行业的健康发展，燃气企业对工程施工的安全和环保要求越来越高，应用新工艺、新技术和新设备势在必行。现场应用实践证明不停输带压开孔封堵技术相较传统施工方法消除了动火作业过程中的安全隐患和对环境造成的污染，而且作业工期更短，具有更广阔的发展前景。