中东地区大口径天然气管道不停输带压开孔技术探讨

中东地区大口径天然气管道不停输带压开孔技术探讨

王元辉 董世彪

山东电力建设有限公司，山东 济南 250014

摘要：本文通过沙特燃气增压站项目56inch天然气暑期管道不停输带压开工作业技术的应用，重点探讨了燃气带压开工的工作原理，工作流程，中东地区特殊的工艺，质量，安全的要求及注意的问题，适用于油气管线及燃气增压站类似项目的不停输开工作业，具有总体工期短、效率高的特点，有良好的经济效益。

关键词：不停输带压开孔 工艺 三通焊接 参数 应用

前言

MGS系统是沙特国际标准运行的世界上单个最大的燃气管网，它是一个天然气收集和输送管网，始建于19世纪70年代。它是沙特主要的工业管网，自东向西横跨沙特全境，有3条56inch的管线在运营。K站就是整个管网的起始点，肩负着下游的电厂、工厂、城市等的天然气的供给的使命。本文通过对K站已有的管线进行改造升级，在已有管线改造中采取了不停输开孔技术，该技术在MGSE建设的多个场站已经成功实施，它实现了管道施工和生产运行两不耽误，避免了因为停输给下游造成的巨大经济损失

燃气管道不停输带压开工技术介绍

管道不停输带压开孔封堵技术是指在密闭条件下，利用开孔机通过机械切削钻孔方式，在已运行的高温高压管道上加工出圆形孔，利用封堵机从加工出的圆形孔进入管内封堵管内介质，使介质通过在原管道上架设的管道支线，达到在管线不停止输送介质，不降低压力的情况下，完成管线改造，维修，加设阀门，加接旁路的任务。

施工工艺及实施步骤·

2.1施工工艺及步骤

施工工艺：在运行管线上焊接全包式开孔三通，安装阀门后进行带压开孔作业，开孔完成下档条塞柄，关闭阀门拆除开孔设备，连接新建管线。

带压开孔加阀示意图

施工步骤如下：

2.2 重点步骤介绍

2.2.1 清理管道确定开工位置：

开孔作业点应选择在直管段上，且管道无明显倾斜度； 开孔部位尽量避开管道焊缝，无法避开时，对开孔刀切削部位的焊道宜适量打磨；中心钻不应落在焊缝上； 三通承压焊缝（角焊缝、横焊缝）距离管线原有承压焊缝至少3倍管壁厚。

2.2.2按设计进行管支撑基础浇筑、搭建脚手架、剥防腐层,除去管线表面油污、底漆。

使用手动砂轮安装钢丝刷去除工作区域外不少于50mm的空间内的管线防腐层；

图1 焊道区域防腐打磨

2.2.3管线壁厚UT检测

对三通环缝焊接区域两侧50mm范围内的管子壁厚进行全位置超声波检测，确定管道壁厚满足焊接承压计算壁厚要求且不小于5mm；根据管道实测最小壁厚和其他运行数据,计算管线最大允许焊接压力。

式中：PMAX=管道焊接过程中最大工作压力，PSIG；S =管道的额定最小屈服强度，PSI；t =管道焊接区域的最小测量壁厚，英寸；OD =管的外直径，英寸

2.2.4三通组对安装、焊接

将带有法兰的上护板安装到管线上，测量三通法兰与管道轴线的平行度，。调整合适后将上护板以预堆层的方式点焊固定在管道上；吊装下护板到管道上，调整上下护板之间横缝的间隙，然后焊接U型卡具固定三通上下护板之间的距离，拆除链条卡具。三通组对完成后，在三通横焊道两端背垫板上焊接引弧板；使用螺柱焊接螺钉，安装中频加热带。

注意：三通不得安装在管道焊道位置；三通法兰沿管道轴线方向的两端到管顶的距离差小于1mm；焊接预热前应去除三通上护板的点焊焊缝。焊接前应保证一直保证多点有效的管道接地

图2 焊接U型卡具 图3 安装中频加热带

三通焊接应按照附图中的顺序进行焊接

图4 道焊接顺序示意图

注意：焊接前对焊口按照规范要求进行预热；焊接横焊道时应100%焊透，不应烧穿背垫板；焊接环向角焊缝是要先焊接预堆层，预堆层切忌与护板焊接；三通焊接完成后，90内必须完成开孔或封堵作业；

2.2.5无损检测

横道焊缝需要预堆层完成后进行目视化检测及磁粉检测；

根焊和热焊结束后进行目视化检测及磁粉检测；

完成50%填充后进行目视化检测及磁粉检测；

盖面完成后进行目视化检测、磁粉检测及超声检测；

24小时之后进行磁粉检测及超声检测。

2.2.6防胀圈、定位块安装

使用直尺、角尺确定法兰中心位置，使用线坠配合确定管顶中心位置。

标记开孔筒刀与管壁接触位置，标记中心钻与管壁接触位置；

先安装定位块，再安装防胀圈；定位块进行点焊固定。

图5 防胀圈、定位块安装

2.2.7 三通强度试压；球阀施压；三通、阀门整体试压

按相关规范要求，需要对开孔作业的部件进行三次试压：1.三通焊接完成后利用打压盲板对三通进行强度试压。2.三通安装阀门后对阀门进行试压，测试压力为管线运行压力的1.1倍； 3.开孔机安装完之后 整体严密性试压，测试压力为管线运行压力的1.1倍。

按照下面要求租赁或者制作施压装备，打开阀门，向三通、阀门内注水至溢出，关闭阀门至50%，继续注水，直到注水再次溢出，关闭阀门；连接三通、试压装置及打压泵，并安装安全阀、压力表；各接头之间需连接防脱链条；通过三通颈部的1/2寸试压孔继续注水，进行升压，压力上升过程如图12。

合格后放水干燥，进行下一步工作

图6 试压装置（mainfold）

根 据标准，所有三通试压的压力值计算公式如下：

其中：Pb：最大测试压力； Ph：管线运行压力；

ΔP：通过ASME SEC VIII D1, UG-28计算。

通过初步计算，三通强度试压压力值为3,7Mpa

图11 三通阀门整体试压示意图 图12 三通、阀门严密性试压过程及稳压时间示意图

注意：严密性测试合格后，通过试压装置的排污孔释放压力，打开阀门，继续排除试压水，直到试压孔不能排出水为止；然后人工清理三通内的剩余水，擦拭阀门及三通内壁水汽；阀门内表面、法兰面等涂抹油脂保护，防止生锈。

2.2.8 阀门安装

使用两台吊车将阀门从水平位置转为垂直位置；金属垫片应符合设计要求，垫片安装前应对法兰面进行清理，法兰面及金属垫片不能涂抹密封胶等其他物质。阀门吊装到位后进行阀门法兰螺栓紧固工作。紧固的顺序如下：

图16 48”法兰螺栓紧固顺序

注意：三通强度试压合格后，方可安装球阀；根据国际标准紧固扭矩值根据，本项目的螺栓紧固值为6810N.m：

2.2.9开孔机组装及安装

首先对开孔机与结合器连接结合面、O型圈槽进行清理；并确认检查0型圈、筒刀刀齿、测量筒刀直径深度、中心钻尼龙棒是否完好；严格按规范要求对开孔机与结合器连接螺栓进行紧固；使用游标卡尺进行多点测量，确保筒刀外径与开孔结合器同轴不应大于φ1mm；

图13 开孔尺寸测量示意图

计算开孔尺寸计算过程如下

第一尺寸=L1+L3（中心钻接触管壁）

开透尺寸=L1+L2+L4（开孔完成到位尺寸）

L4=

注：D=管外径 D1=管内径 d=筒刀外径

2.2.10安装开孔机

使用两台吊车将开孔机从水平位置调整为垂直位置，吊装至阀门上方；按上述阀门安装的螺栓紧固程序要求，紧固螺栓。

2.2.11带压开孔

带压开孔是整个工作的核心工艺，开孔期间热开孔作业周围100米内，停止其他作业施工，人员撤场，配备必要的协助人员；开孔期间管内天然气应小于流速3.10米/秒；开孔作业一般会持续5-6小时，通过开孔机中的筒刀进行冷切割钻孔，开孔完成后提出筒刀缓慢关闭球阀，排空开孔接合器内天然气，氮气置换。

2.2.12下塞柄作业

首先用氮气置换开孔机内腔体空气。然后开始下塞柄作业、过程中确认塞柄是否到位、验证三通卡环是否锁住塞柄、卡环操作。塞柄到位之后，提出开孔机主轴，关闭阀门，释放天然气，氮气置换，拆除开孔机。开孔结束。后续管道可以直接连接到安装的阀门的法兰一侧。

3.现场应用

我们应用带压不停输开工工艺进行了现场3个场站的改造。已经全部改造完成，避免了了整个系统停输的工作，最大限度的保证天然气供气的连续性，施工工期短，比常规停输开孔的功效节约成本约60%。

4.结论

油气管线的不停输带压开孔危险性较大，但是过程中安全措施落实到位，工作步骤正确，在保证安全的情况下实施，可以最大限度的减轻燃气停输给下游用户造成的损失和影响，有工期短，影响面小，功效高等优点。后续将持续应用于长输管线改造和检修工程。

参考文献

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作者介绍：王元辉 董世彪

王元辉；男 1974年出生，高级工程师，现任某央企公司副总经理；

董世彪：男 1982年出生，高级工程师，现任沙特某大型EPC 项目副经理；

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