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不停输带压封堵技术在川渝地区的应用


山东青州奥新特种管道技术有限企业   
  自2000年起,川渝地区天然气管线的建设与修理进入高峰阶段,随着管线停产检修数量增多、范围变广、影响加大,与管网运营任务持续加重的矛盾日益尖锐,管道带压施焊及开孔封堵技术则可以平衡这一矛盾。详细分析了在川渝地区输气管网停气检修连头频繁的情况下,不停输带压封堵技术的应用创新过程和技术关键;总结了川渝地区选择不停输带压封堵工艺的基本原则。中国石油西南油气田企业在川渝地区进行的3次φ720mm大口径管线、1次中口径管线的不停输带压封堵工程实例证明,这一技术作为管道维抢修的一种新的补充手段,有利于环保、提高生产能力、节约能源。
主题词  四川盆地  管道   维修  不停输  带压开孔  技术  应用
  一、不停输带压封堵技术在川渝地区应用的必要性川渝油气田已开发运营达40余年,运行超过20 a的天然气管线占全部管线三分之一还多。随着时间推移,管道老化、腐蚀减薄等问题突出,失效情况增多,现已发现的各类管道安全隐患达到3065处。自2000年起,川渝地区天然气管线的建设与维修进入高峰阶段,每年涉及大量的管线改线、新老管线连头以及抢险换管、检修等工作。
  繁重复杂的管线检修,仅依靠单一的停产检修工作方式难以满足生产需要。管网中单线运行的管道一旦出现失效事故,将导致输气出现瓶颈,产生上游压力憋高、下游供气不足等问题;管网中部分管线虽已设置复线,但多数又实行了高低压分流程,高压管线停输、低压管线同样无法承担双线输量。随着管线停产检修工作量增多、范围变广、影响加大,与管网运营任务持续加重的矛盾日益尖锐,必须要有新的检修技术来平衡这一矛盾。
  不停输带压封堵技术是一种在不停气状态下进行换管、开孔、碰口、连头的维修工艺技术,作为一种新的成熟工艺,它是对原有停输检修工艺的一种重要补充,成为确保管网稳定运行的重要手段。
  目前国内已具备设计、制造不停输开孔封堵设备和配件以及进行现场开孔封堵施工的能力,对介质温度在-20~80℃此,介质压力10Mpa的直径为50~1000mm的螺旋焊缝管、直缝管与无缝管都可进行带压开孔封堵作业。
二、在川渝地区解决的十个特殊问题
  (1)模拟实验。在封堵施工前,根据现场情况进行开孔封堵模拟实验,取得三通和短节焊接时的电流、温度、时间等工艺参数,并评价该工况下的封堵效果及影响因素。
  (2)封堵后的异形三通和短节防腐。过去封堵后的异形三通和短节防腐按传统的石油沥青防腐处理,防腐效果较差,也不利于阴极保护。笔者推荐采用STOPAQ企业的黏结优异、抗阴极保护剥离性强的特点。
  (3)焊接工艺评定。川渝地区管道材质的种类多,不停输带压封堵中主要的焊接工作为旁通三通、封堵三通和平衡短节、下囊短节与主管线的外部焊接。由于三通与短节为特约厂家预制,其材质与主管线材质不一定完全一致,必须先做焊接工艺评定。
  (4)川渝地区管道带压焊接需采用碱性低氢性焊条作手工电弧焊,根据管道材质选用CHE427或CHE507,使焊缝金属的性能符合使用要求。由于开孔处焊缝形状复杂,只能采用手工电弧焊,第一遍焊
  袁平凡,1965年生,高极工程师;1988年毕业于原西南石油学院机械系,历任国家石油计时站成都天然气流量分站常务副站长、中国石油西南油气田企业管道维修中心主任、中国石油西南油气企业输气管理处副总工程师。地址:(610215)四川省成都市华阳区。电话:(028)85601303,13808061186。E-mail:pingfanyuan@126.com
  接电源选用负极,第二遍焊接电源选正正极。环焊缝表面错边量不应大于臂厚10%,且不大于2mm。焊接接头的质量应符合下列要求:①不允许有裂纹、未熔合、气孔、夹渣和飞溅存在;②对角焊缝,按管道焊接接头无损检测JB4730标准作渗透检测。
带压焊接的工艺参数见表1。
表1 带压焊接工艺参数表(川渝地区管网实验数据)
层次 焊条直径 焊接电流 电孤电压 焊接速度     层间温度
(mm)   (A)     (V) (cm/mim)   (C)
第一层 φ2.5  70~85    22~24    7~8
第二层 φ3.2  95~115   22~26    7~8  80~100
第三层φ3.2   95~115   25~26    7~8  80~100

(5)封堵作业选点。应尽量选择在水平管段上。开孔应避开管道的螺旋焊缝、环焊缝。若无法避开时,对开孔部位的焊接进行适量打磨,开孔刀中心钻不应落在焊缝上。封堵部位的管道椭圆度与壁厚误差不得超过管外径的1%。
(6)川渝地理条件下作业坑要求。根据现场实验,操作坑长度一般要求为不小于12D(管道直径),宽度不小于6D。操作坑两侧安置机具和车辆的面积不小于1500m2。操作坑深度不小于0.6m,边坡放坡为1:0.6,作业坑内无其他管线和光电缆,地面以上的8m高度内无线路。
(7)管内流速限制。通过理论计算与模拟实验,在川渝地区封堵和焊接管道时,管道内气体流速应不大于10m/s。液体介质流速度应不大于2.5m/s。气体管道带压封堵时的介质流速应不大于5m/s。
(8)除临时旁通和施工段管线投运前都必须注氮排除空气外,每次户用开孔、封堵设备时,均应先对设备注氮排除空气,以排气口处氮气含量大于98%时为合格。以φ720mm管线为例,每次开孔、封堵设备前注氮量约2m3。
(9)不停输带压封堵技术中进口设备和配件所占的比例较大,考虑到其价格昂贵、供货周期长,且刀具、O型密封圈等都采用英制标准,有时与国内管径不匹配;作业涉及的三通塞柄等易耗件消耗量大,川渝地区已逐渐改用国内沈阳辽海机械厂、沈阳市亚达机械厂、新余飞虎管道设备企业等供应的同类设备。
(10)方案编制模板和安全预案。形成了输气管理处带压封堵标准方案模板和川渝管网带压封堵作业标准预案3套,并在4次封堵工程中得到检验。
三、川渝地区不停输不定期压封堵工艺实例
2007年5~11月,中国石油南油气田企业在川渝地区进行了3次φ720mm大口径管线和一次φ323.5mm、φ406mm中口径管线的不停输带压封堵应用,在不停输的情况下,有效地达到保生产、增效益、稳社会的多重目的,对管道的扩建和维修方式产生了深远影响。
1.北干线青白江新站改线段带压封堵连头工程
作业时间:2007年5月23日~6月3日;改线距离:11.3km。
管线规格:φ720mm×8mm;管线压力:1.6Mpa;输送介质:净化天然气;采用工艺:单侧双封与单侧单封。
工程的目的是将原经过青白江城市开发规划区内的8.9km管线,改至开发规划区以外,但老线停输会影响下游青白江以及成都、绵阳地区每日约460×104m3的用气,使成都地区29家重点工业用户和千家万户的居民停气3d以上,并有10×104m3天然气放空损失和环境污染。
使用带压封堵技术对检修连头点处临时设置复线旁通后,改线段的施工与输气同时进行,首次实现了川渝的不停输封堵检修作业,避免直接经济损失达6700万元。为减少封堵工作量,尽量规避风险,在靠近青白江新站采用了单个封堵器与站内汇管结合的封堵方式,取得了好的效果。
2.南充南渝高速公路带压封堵换管工程
作业时间:2007年9月9日~26日;换管距离:180m。
管线规格:φ720mm×8mm;管线压力:2.8Mpa;输送介质:净化天然气;采用工艺:单侧双封。
由于南渝高速公路建设使北干线的一段管道处在高填方区的重压之下,对该管段造成了安全隐患,需改线180m。若停气换管,下游供气量将减少600×104m3/d,天然气放空损失为15×104m3。
在拟定带压封堵方案时,在180m的距离下是采用双侧双封还是双侧单封是讨论的焦点。双侧单封可以节约30%的施工时间和40%的施工费用,但φ400mm的两旁通管线(每条35m)变为一条180m的旁通管后,在通过600×104m3/d天然气时,气体截流产生的压力降和湍动能对临时旁通的安全和通过能力不利,而此时的旁通受地形影响,架设高度将比老管线高6m左右,如何能保持稳定成为难点。

通过多次计算分析,确定了旁通的压力降和湍动能在管道允许的范围内,并利用中间平整山体边坡、两边密集搭建脚手架的方式将旁通管一进行了稳定,最终采取了单侧双封方式,并取得成功。
3.城厢站带压封堵连头投运工程
作业时间:2007年9月28日~10月15日,改一距离:350m。
管线规格:φ720mm×8mm;管线压力:1.5Mpa;输送介质:净化天然气;采用工艺:双侧双封。
由于西南油气田企业新建的城厢站在北干线上投运,需要沟通北干线与城厢站的连接。若停输后作连头施工,下游气量降低680×104m3/d,天然气放空损失为10×104m3。
该处因改线距离为350m,工艺上可采用一个旁通的双侧单封施工。但由于城厢站处在两个连头点间的直线上,旁通必须绕行通过站外小型公路,穿越或高架都会对交通和管线安全带来隐患。通过刘算,在输量为680×104m3/d、长度为350m时,旁通管线管径至少应为500mm,才满足下游的压力供给,三通管件也必须重新定货,对工期和材料投考试都不利。同时,采用350m长距离的旁通施工单位也为首次,存在较大风险。对比所有因素后,项目组决定采用双侧双封工艺,并顺利完成施工任务。
4.眉山太和不停输带压封堵工程
作业时间:2007年11月8日~11月20日;管线规格φ323.5mm,φ406mm。
管线压力1.5Mpa;采用工艺:单侧双封、单侧单堵。
该工程是为保证太和输气站站内工艺整改,新建东坡站投运,将3个重点天然气用户从眉山站、眉州站迁移至东坡站,确保眉山至乐山沿线多家用户180×104m3/d用气,特在太和站进行单侧双封、单侧单堵作业。项目取得圆满成功。
四、川渝地区选择不停输带压封堵工艺的基本原则
不停输带压封堵工艺不影响生产,但耗时长、费用高,而停气作业的工期短、成本低,但影响生产、污染环境。在方案选择时,如何正确选择不停输带压封堵工艺或停气作业工艺,非常重要。
1.下列情况,建议选择不停输带压封堵
①管内天然气流量较大(100×104m3/d),且向重要工业用户和多家用户供气;②属气矿或天然气净化厂来气(包括原料气与净化气)唯一输入点的管线;③管网中属于单一管线,无法形成回路管网、无辅助输气通道的;④因工艺设备问题(如切断阀门大量内漏或操作失灵等),无法实施停输作业的管线。
2.下列情况,建议选择停气改造
①能与其他管线在小范围内形成供气互补,停输后对供气影响不大的管线:②用户单一,输量不大,用户对天然的依赖性不强的管线,可做短时间停气。如双气源用户、乡镇民用、小型化肥用户等;③川渝管网的主要进气源是各采气矿的净化厂,当这些净化厂检修时(一般为1年一次,)各进气点进气量重新分配,此时部分管线承担的输气任务大辐减少,如果停气,可由其他管线代输;④管网中处于平衡点处的管段(流速趋于零),这些段落的停气在短时间内不会对管网运行用户供气造成大的影响。
五、结束语
通过1年多来对不停输带压封堵技术的研究与实践,针对川渝地区的特殊地理条件和管网结构,在充分论证的基础上,通过模拟实验、现场应用,建立了一套较完整和成熟的配套工世技术,根据不同的实际情况,编辑了3套不停输带压封堵标准方案和实施中的应急预案,使施工编制、施工作法施工中的应急处置方法初步实现了标准化。
实践证明,不停输带压封堵技术作为管道维抢修的一种新的补充手段,有利于环保,有利于提高生产能力、有利于节约能源、有利于企业切实履行社会责任,是积极可行、安全有效的。
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