長輸管道帶壓封堵技術現狀及改進研究

王立強 李 勇 董華進 羅衍濤

（1. 國家管網集團西部管道公司烏魯木齊維搶修中心，新疆 烏魯木齊 830000；2. 國家石油天然氣管網集團有限公司山東省分公司，山東 德州 253000；3. 國家管網集團西南管道有限責任公司天水輸油氣分公司，甘肅 天水 741002；4. 國家石油天然氣管網集團有限公司山東省分公司聊城作業區，山東 聊城 252000）

0 引言

管道服役期間因制管、施工機械損傷、腐蝕和第三方開挖等，管道發生油氣泄漏事故，需要進行突發搶修[1]。傳統停輸修復技術成熟，但需停輸、清管置換油氣介質，存在火災風險隱患和停輸損失。帶壓封堵技術是在役管道安全、高效搶修技術，在不停輸條件下完成管道更換、移位、換閥和增加支線，對管道泄漏進行快速搶修，適用于原油、成品油、天然氣以及化工產品等管道的改造施工和突發事故維修。

我國管道不停輸封堵技術在借鑒國外技術基礎上，封堵設備能力、規格、種類不斷完善，但在密封性能、筒刀控制精度、物料處置、焊接效率方面存在不足。針對上述問題開展設計優化和改進措施研究，旨在提高管道企業應急搶修技術能力，建立高效、先進、適用的搶修技術體系，降低管道事故影響和損失。

1 管道帶壓封堵技術類型

國內管道帶壓封堵技術型式有盤式封堵和囊式封堵，還應用筒式和折疊式封堵技術。盤式封堵可根據管道運行工況進行不停輸封堵。囊式封堵適用停輸封堵和壓力較低情形。折疊式封堵開孔直徑為管徑30%，適用于大管徑、中壓管道，筒式封堵開孔直徑大于管徑，施工費用較高。選擇封堵方式應根據現場條件、管輸介質性質、待維修管段距離和安全經濟因素。

1.1 囊式封堵

囊氏封堵適用于天然氣、成品油易揮發介質管道，工作壓力為0.5～1.0MPa，環境溫度小于65℃。在待維修管段適當位置，焊接兩組封堵法蘭進行帶壓開孔。從擋板孔送入展開圓形擋板，從膠囊孔送入充氣膨脹密封膠囊，囊表面與管壁緊密貼合切斷油流，囊后端抵在擋板，擋板可承受管內壓力通過密封膠囊傳遞推力，通過充氣膠囊和擋板將管內介質隔斷。后續釋放修復管段內介質，修復完畢順序解除封堵，用堵孔器在開孔處堵塞，加蓋盲板。

1.2 盤式封堵

盤式封堵最大工作壓力10MPa，適應環境溫度最高340℃。圖1是盤式封堵簡圖，在待維修管段兩側焊接兩個三通，內側封堵三通，外側旁通三通。在封堵三通上安裝夾板閥、開孔機，采用液壓驅動進行全密閉開孔。拆除開孔機后，在旁通三通上架設旁通管線，在封堵三通上安裝封堵器。確認旁通管線導通，對管道進行封堵，待維修管段與主管道隔離，進行抽油、割管、砌黃油墻、換管連頭，施工完畢解除封堵、拆除旁通管線，安裝堵塞，加蓋盲板。

圖1 盤式封堵示意圖

2 盤式封堵關鍵技術要點

盤式封堵適用工作壓力、溫度范圍廣，應用最廣泛，針對盤式封堵關鍵環節進行分析。

2.1 開孔作業

開孔點選擇在直管段，筒刀中心鉆不能位于焊縫。安裝三通前測量管壁厚度，測量應避開腐蝕區域，開孔點處管道橢圓度不超過1%，否則重新選定開孔點。安裝三通前檢查三通壓力等級與管道壓力相符，檢查弧板直徑與管道相同。帶壓開孔前，對焊接到管道的管件和開孔設備進行嚴密性試壓，試驗壓力不超過管道運行壓力1.1倍。安裝開孔機時檢查筒刀橢圓度。開孔作前測量開孔機轉速，要求在10～12rmin，轉速過快筒刀震動、損壞、甚至卡刀。

2.2 封堵作業

皮碗安裝到封堵頭前，檢查皮碗尺寸與管道管徑、壁厚是否匹配，檢查皮碗是否破損，防止皮碗破損導致封堵不嚴。安裝封堵頭皮碗方向應向著封堵管段，安裝封堵頭皮碗后連接平衡管，下封堵頭按照管道流向先封上游再封下游。封堵完成后關閉壓力平衡閥，壓力將為零保持10min，如封堵管段壓力未回升，表明封堵成功。天然氣管道或輕質易揮發油品管道，排除介質后，在封堵器一側安裝封堵膠囊，膠囊充滿氮氣，壓力不低于0.5MPa。

2.3 解除封堵

管道動火完成、焊口檢測合格后可解除封堵。解除封堵前先進行管道壓力平衡，減輕提取封堵頭阻力。先提取上游封堵頭，再提取下游封堵頭，關閉夾板閥，拆除封堵聯箱。開孔切下的鞍形板安裝在堵塞上，調整鞍行板與聯箱相對位置，確認鞍形板與管道方向一致。先進行管道與開孔聯箱壓力平衡，打開夾板閥，確認堵塞完全定位后，將堵柄與開孔機主軸徹底脫離。下堵塞完成后，驗證堵塞密封效果，順序拆除堵柄、開孔機。夾板閥拆除后再對開三通法蘭上安裝盲板，安裝前確認盲板密封面和金屬密封墊片完好情況，螺栓對稱緊固。

3 帶壓封堵技術存在問題及改進優化

調研我國管道帶壓封堵技術應用情況，在封堵三通、封堵頭皮碗、筒刀進刀控制和殘留油品清除方面存在不足。

3.1 封堵頭密封管道失效

封堵器堵頭是帶壓封堵技術關鍵部件，包括封堵支架和皮碗，封堵支架對密封件進行支撐壓緊，皮碗是密封件。盤式封堵利用皮碗和管線過盈配合實現封堵，皮碗過盈量為管徑15%～20%。皮碗過盈量大，與封堵孔接觸產生刮傷、破損導致封堵失效。筒刀開孔產生金屬屑和毛刺，會對皮碗造成損傷破損?，F設計內脹式封堵頭，由活動支架、脹緊系統、液壓系統和封堵皮碗組成。皮碗在未達到封堵位置時與管道內徑有5mm間隙，保證前進中不受到損傷。到達封堵位置啟動液壓膨脹裝置，皮碗過盈量可達30%～50%，保證封堵效果。

3.2 開孔器進刀控制精度差

根據計算開孔尺寸和進刀標尺刻度控制觀測開孔尺寸，因進刀標尺多次使用，進刀標尺刻度磨損無法判斷開孔尺寸，只能人工觀測控制開孔尺寸，導致開孔尺寸偏差。因缺少開孔停止裝置，開孔尺寸偏大和管線開透事故也有發生[2]。為精準控制筒刀進刀尺寸，設計進刀尺寸標尺，研制進刀標尺聲光報警裝置，在開孔機作業時達到開孔尺寸時發出指令信號，開孔機自動停機，保證開孔精度。管道開孔自動停機報警裝置核心部件是觸發傳感器（限位開關），將機械位移轉化為電信號，由紅外接收和發射電路控制機械動作。

3.3 封堵施工過程油氣泄漏污染環境

管道帶壓封堵施工過程中進行設備換裝，施工完成后開孔及封堵聯箱中殘留油品，油品回收和抽取過程存在油品外溢造成環境污染，特別是管道低點油品回收不徹底、回收率低?，F研制帶壓封堵油品置換裝置，在開孔完成后，通過充氣接口向開孔聯箱沖入氮氣，氮氣壓力與管道內壓力相同，壓力平衡后油品被壓入管道內。針對待維修管段內油品，管道上游封堵后沒利用氮氣瓶壓力和管道內壓力的壓差，油品通過氮氣置換至施工管段下游，在對管段下游實施封堵。該方法將待維修管段的油品“零泄漏”“零污染”和“全回收”。

3.4 封堵作業效率不滿足高效搶修需求

囊式封堵、盤式封堵存在焊接時間長、焊道檢測時間長的問題，不能滿足管輸企業應急搶修和盡快恢復輸送的需求。傳統開孔三通固定方式，焊接上下弧板需要有經驗焊工至少焊接6h?，F研發對開式快卡三通，通過緊固快卡三通的連接螺栓固定上下三通弧板，螺栓連接少于1h，實現快速封堵施工。在上下弧板縱向、角向連接處安裝耐高壓密封膠條，可承受6MPa油品壓力，避免封堵時油品泄漏。封堵完成后三通上下弧板需焊接進行永久性固定，因弧板縱焊縫處有密封橡膠墊，焊接即要保證焊縫質量，又要防治焊接過程損傷密封橡膠墊?？刂品椒ㄊ窃诤缚p和密封橡膠墊增加鋼條墊板，隔離焊縫熔池即傳遞熱量；快卡三通焊接時采用小電流和快速焊接方式。

4 結語

隨著新版《安全生產法》《環境保護法》實施，管道搶修修復和改線改造對安全、環保要求更為苛刻。管道不停輸封堵工藝發展方向式提升封堵工藝及設備的安全性和可靠性，提升適用管道等級范圍，降低對施工場所條件限制。重點針對封堵密封性、筒刀控制精度、油氣回收和快速封堵進行了優化改進，對于提高我國管道行業搶修水平具有重要指導意義。