油气管道封堵抢修技术发展现状与展望.pdf

2 0 1 4年第 4 2卷第 6期 石 油机械 CHI NA P ETROI 』 F UM MACHI NERY ●管道工程 油气 管道 封堵抢修 技术发展现状 与展 望 马 明 赵 弘 苏 鑫 李 琨 中国石油大学 北京机械与储运工程学院 摘要 随着油气管道服役年限的延长 ，需要对其进行 阀件更换 、增加支路、管线修 改及 管段 更换等维抢修作业。介绍 了油气管道封堵抢修技术的国内外发展现状 ，并分析 了现役主要油气管 道封堵技术的施工工艺及特 点。在介绍我国油气管道封堵抢修案例 的基础上，指 出管道封堵抢修 技术将 向着安全 、快速、高压 、大管径和智能方 向发展 ；管 内高压智能封堵技术在深海管道 封堵 抢修 中的应用将会极大降低维修成本和海洋管道维修作业风险。我 国应加快研发 能够应用 于实际 工程 的海洋管道封堵抢修技术及装备 ，以打破国外的技术垄断。 关键词 油气管道；封堵抢修 ；冷冻封堵；智能封堵；管道维护 中图分类号T E 9 7 3 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 5 7 8 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 2 6 Th e Cu r r e nt De v e l o pme nt S t a t us a n d Pr o s pe c t o f Oi l a nd Ga s Pi pe l i n e Pl ug g i ng a n d Eme r g e n c y Re pa i r Te c h no l o g y Ma Mi ng Zh a o Ho n g S u Xl n Ll Kun C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g， C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m，B e ij i n g Abs t r a c t Th e g a s pi p e l i n e ma i n t e n a nc e a n d e me r g e n c y r e p a i r t e c h n o l o g y c a n b e u s e d t o c o n d uc t o pe r a t i o ns i n c l u di ng p i p e l i ne v a l v e r e p l a c e me n t ，a d di ng pi p e l i n e br a n c h，p i p e l i ne mo di fic a t i o n a n d r e p l a c e me n t o f p i p e s e c t i o n s ． I n t hi s p a p e r ，t h e c u r r e nt do me s t i c a n d f o r e i g n d e v e l o p s i t ua t i o n o f o i l a n d g a s pi pe l i n e p l ug g i ng a n d e me r - g e n c y r e p a i r t e c h n o l o g y i s i n t r o du c e d， a nd t h e ma i n s e r v i n g t e c h no l o g i e s’o pe r a t i o n a nd f e a t ur e s a r e a n a l y z e d ． Ba s e d o n t h e i n t r o d u c t i o n o f Ch i n a’ S o i l a n d g a s pi p e l i n e p l u g g i ng a n d e me r g e n c y r e pa i r c a s e s ，i t i s p o i n t e d o u t t h a t t he t e c h n o l o g i e s ’ d e v e l o p me n t t r e nd wi l l f o c u s o n s a f e t y，s pe e d，h i g h pr e s s u r e，l a r g e d i a me t e r a n d i n t e l l i g e n c e ．Th e h i g h- p r e s s u r e p i p e l i n e i n t e l l i g e n t p l u g g i n g t e c h n o l o g y a p p l i e d i n t h e d e e p wa t e r p i p e l i n e p l u g g i n g a n d e me r g e n c y r e p a i r wi l l s i g n i fic a n t l y r e du c e t h e ma i n t e n a n c e c o s t s a n d e l i mi n a t e t he ris ks o f o f f s ho r e p i p e l i n e ma i n t e n a n c e o p e r a t i o n s ．I n o r d e r t o b r e a k t h e mo n o p o l y o f f o r e i g n t e c h n o l o gy ，C h i n a s h o u l d s p e e d u p t h e d e v e l o p me n t o f o f f s h o r e p i p e - l i n e p l u g g i n g a n d e me r g e n c y r e pa i r t e c hn o l o g y a n d e q u i p me nt t h a t c a n b e a p p l i e d t o pr a c t i c a l e n g i ne e r i n g ． Ke y wo r ds o i l a nd g a s p i pe l i n e； p l ug g i n g e me r g e n c y r e p a i r ； f r o z e n p l u g g i n g； s ma r t p l u g； p i p e l i n e ma i n t enance 0 引 言 石油和天然气的运输方式主要有铁路运输、公 路运输 、海洋运输和管道运输 ，其中管道运输以其 安全可靠 、连续平稳 、快速经济、运输量大以及可 实现 自动控制等优点得到 了快速发展。迄今为止 ， 世界上已经建成 的各种 输送管道 长达 2 5 0万 k m， 基金项 目国家自 然科学基金青年基金项 目 “ 油气管道受阻瞬态流时空演化规律及启动智能封堵方法研究” 5 0 9 0 5 1 8 6 ；归国留学 人员启动基金项 目 “ 油气管道在线启动隔离机器人瞬态流场变化规律研究” 教外司留 [ 2 0 1 2 ]1 1 7 4 ； 煤炭资源与安全开采国家重点实验 室开放课题 “ 工业 c T配套无线 自动加载 、渗流装置 的开发 与实验研究 ” S K L C R S M1 0 K F B 0 4 ；中国石油大学 北 京青 年教师专项 培养 基金项 目 “ 基于气动肌腱的气动系统非线性控制策略研究” K Y J J 2 0 1 2 0 41 9 。 石 油机械 2 0 1 4年第 4 2卷第 6期 不停输带压开孑 L 封堵技 术成熟 ，施工 安全可 靠 ，可以避免因停止介质输送或降压造成的经济损 失。但是其施工工艺复杂 ，封堵周期长 ，并且需要 在管道上开孔 ，为后续管道的正常运行带来安全隐 患 ，同时也为清管等管道维护作业带来不便。 2 ． 3 管内高压智能封堵技术 管内高压智能封堵技术是新兴的管道封堵抢修 技术 ，其在管道封堵抢修 中发挥着越来越重要的作 用。挪威 P S 1 1 3 ] 公司和美 国 T D W 公司完全掌握管 内高压智能封堵技术 ，并研制出管内高压智能封堵 器 ，结构如图 6所示 。该仪器主要 由信号接收器 、 液压系统 、弹簧支撑轮、承压头、密封圈、承压斜 块 、锁定锚爪和执行法兰等组成 。 1 一 弹 簧 支 撑 轮 ；2 一 承 压 头 ；3 m 密 封 圈 ； 4 一承压斜块 ； 5 一锁定锚爪 ； 6 一执行法 兰。 图 6 管 内高压智能封堵器结构 图 Fi g ． 6 Th e s t r uc t u r a l di a g r a m o f hi g h- pr e s s u r e pi p e l i n e i n t e l l i g e nt p l u g 封堵时封堵器由发球端送入管道 ，在管 内介质 压力推动下 向下游移动，到达需要封堵位置时，远 端控制系统发出信号 由信号接收器接收，液压系统 被激活 ，推动执行法兰挤压周向均匀布置的 8个锁 定锚爪 ，使其沿承压斜块斜面径向张开，锁定锚爪 与管道 内壁之间的摩擦力平衡管内介质压力实现刹 车，进而实施封堵作业 。作业完成后控制系统发出 解锁信号 ，液压系统恢复初始状态 ，锁定锚爪与管 道 内壁之间的摩擦力消失，封堵器在管 内介质压力 推动下继续向下游移动 ，直至从收球端取出。 管内高压智能封堵技术避免了管道开孔带来的 安全隐患，施工工艺简单 ，作业时间短 ，封堵压力 高 ，安全可靠 ，极大地降低了施工成本 ，适用于陆 地和海洋油气管道的封堵抢修 。 3 国内油气管道封堵抢修案例 2 0 0 1年 ，海洋石油工程股份有 限公 司与 T D W 公司和 O i l S t a t e s H y d r o T e c h公司合作 ，采用 管 内 高压智能封堵技术对渤西油 田 3 0 5 m m 天然气管 道进行了封堵维修 。封堵过程 中采用了与 3 O 5 m m管道配合使用的管 内封堵器 ，封堵时将管 内封 堵器从清管器发球端送入管道 ，运行到待封堵管道 附近时实现封堵 ，作业完成后封堵器顺利解封 ，并 且从下游清管器收球端取 出。该封堵过程属于带压 封堵 ，避 免 了 因降 低 管道 输送 压 力 带来 的经济 损失。 2 0 1 1 年 1 2月 ，中国石油天然气集团公 司在陕 西渭河北岸西气东输二线工程 中，顺利完成了对在 役天然气管道的封堵抢修作业 。为了不影响下游的 正常生产生活，采用不停输带压开孔封堵技术 ，封 堵过程中严格按照不停输带压开孑 L 封堵施工工艺进 行。此次封堵作业 的管道采用 X 8 0高级钢 ，1 2 1 9 m m大 口径 ，设计压力 1 2 MP a，这种封堵工况在 世界尚属首例。 2 0 1 2年 3月 ，中国石 油天然气 管道局成功对 川渝天然气管网中北干线的一段问题管道进行 了封 堵更换作业。本次封堵维修采用不停输带压开孔封 堵抢修技术 ，首先在 问题管道的上 、下游利用开孔 机进行开孔， 并安装旁通管道，保证天然气的正常 输送 ；然后在问题管道附近开孔并利用封堵机进行 双向封堵 ；最后在放空问题管段 内残 留的天然气后 更换问题管道。施工过程中管线正常运行 ，没有对 下游的川化、攀钢等 2 9家用气大户及成都市民造 成影 响 4 结论与展望 1 随着油气管线 敷设工业 的快速 发展 ，大 管径 、长距离输送管网终将建成 ，管道封堵抢修技 术也将 向着安全 、快速、高效 、高压 、大管径和智 能化方 向发展。 2 深海油气 藏的大力开发将会 促进海洋运 输管道敷设工业的快速发展 ，这对海底管道封堵抢 修技术提出了更高的要求 ，管内高压智能封堵技术 在深海管道封堵抢修中的应用将会极大降低维修成 本和海洋管道维修作业风险。 3 国内一些 高校 及科研 院所 已经开始 了海 洋管道封堵抢修技术的研究工作 ，并且取得 了一定 成果 ，我国应该加快研发能够应用于实际工程的海 洋管道封堵抢修技术及装 备 ，以打破 国外 的技术 垄断。 下转第 1 1 8页 一 1 1 8一 石 油机械 2 0 1 4年第 4 2卷第 6期 3 从电化学阻抗谱可 以看出 ，3种管线钢在 不同的 C l 一 质量浓度下 ，都有 2个 时间常数 ，即由 高频感抗弧和具有弥散效应 的中高频容抗弧组成。 当P C l 一 1 0 0 m g ／ L时 ，容抗 弧半 径 明显增 大 ，电荷传递电阻增大 ，腐蚀速率较小。中频均 出 现 Wa r b u r g 阻抗 ，说明存在氧的扩散控制。 4 极化曲线和电化学阻抗谱均表明，在 C l 一 的试验质量浓度范围内，表现出低浓度的 C l 一 促进 腐蚀 ，高浓度的 c l 一 抑制腐蚀 。 5 经过分 析 比较发现 ，在试验 的浓度范 围 内，X 7 0耐 C l 一 腐 蚀性能最差 ，C l 一 质量浓度较小 时 ，X I O 0的耐腐蚀性 能最 强，c l 一 质量 浓度较 大 时 ，X 8 0的耐腐蚀性能最强 。 [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 冯萍 ．胜利油田原油有机氯含量及影响分析 [ D]． 济南山东大学，2 0 0 7 ． 中国腐蚀与防护学会 ．腐蚀试验方法与防腐蚀检测 技术 [ M]．北京化学工业出版社，1 9 9 6 ． G B 4 3 3 4 ． 9 一l 9 8 4不锈钢点蚀电位测量方法 [ S ]． 1 9 8 4 ． [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] G B 4 3 3 4 ． 7 1 9 8 4不 锈 钢 三氯 化 铁 腐 蚀 试 验 方 法 [ S ]． 1 9 8 4 ． An n a p u m a R ． T h e r o l e o f mi c r o o r g a n i s ms i n t h e c o r r o s i o n o f h e a t e x c h a n g e r t u b e ma t e ri a l s 『 J ] ． T r ans a c t i o n s o f t h e S A E S T ，2 0 0 2 ，3 7 3 8 7 9 0 ． 曹路 ．碳钢在弱碱性环境中腐蚀行为的研究 [ D]． 武汉 武汉大学 ，2 0 0 5 ． 曹楚南 ． 腐蚀电化学原理 [ M]． 3版 ．北京化学 工业 出版社 ，2 0 0 8 ． 魏宝明 ． 金属腐蚀理论及应用 [ M]．北京 化学 工业 出版社 ，2 0 0 4 1 3 31 5 0 ． 小泽昭弥．现代电化学 [ M]．北京化学工业 出 版社 ，1 9 9 5 1 3 21 3 3 ． 第一作者简介王金刚，教授，生于 1 9 6 0年，1 9 8 3年 毕业于华东石油学院化工机械专业 ，现从事化工设备腐蚀 与防护、过程装备与控制方面的教学与研究工作。地址 7 1 0 0 6 5 陕西省西安市。电话 0 2 9 8 8 3 8 2 6 0 9 。Em a i l j g w a n g x s y u ． e d u ． c n 。 收稿 日期 2 0 1 31 2 0 6 本文编辑刘峰 上接 第 1 1 2页 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 参考文献 李影，李国义，马文鑫 ．我国油气管道建设现状及 发展趋势 [ J ]．中国西部科技 ，2 0 0 9 ，8 1 4 6 8 ． 李世荣，宋艾玲，张树军 ．我国油气管道现状与发 展趋势 [ J ]．油气 田地面工程 ，2 0 0 6 ，2 5 6 7 8 ． S e l d e n R A． I n n o v a t i v e s o l u t i o n f o r r e p a i r o f e me r g e n c y a d e e p w a t e r ri s e r A v o i d i n g fl o o d i n g and r e c o m m i s s i o - n i n g ， mi。。n i m i。 。z i n g l o s t p r o d u c t i o n A c a s e s t u d y o f i n d e p e n d e n c e h u b fl e x - j o i n t r e p a i r[ C] ／ ／O f f s h o r e T e c h n o l o g y Co n f e r e n c e， US A，20 0 98 91 0 0． P a r r o t t R，T v e i t E ． T h e u s e o f i n t e l l i g e n t p l u g s t o i s o l a t e o p e r a t i n g p i p e l i n e s for c o n s t r u c t i o n an d ma i n t e n an c e a e - t i v i t y[ C]／ ／ P l u g g i n g S p e c i d i s t s I n t e r n a t i o n a 1 ．2 0 0 5 ． B o w i e A G． P i p e l i n e i s o l a t i o n c h e c k p l u gU S， 2 0 1 3 0 1 9 2 6 9 6 A 1 [ P ]． 2 0 1 3 0 8 0 1 ． 江龙强 ．管道封堵抢修技术现状及发展 [ J ]．内蒙 古石油化工，2 0 1 1 2 1 0 01 0 3 ． 张仕民，李彦民，马永明，等 ．管内高压智能封堵 技术 [ J ]．油气储运，2 0 0 9 ，2 8 6 5 9 6 1 ． 耿岱 ，张仕民，王德国，等 ．管道智能封堵器锚爪 结构的优化 [ J ]．油气储运，2 0 1 I ，3 0 4 2 7 9 [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] 一 2 8 2． 梁富浩，李爱华，张永祥，等 ．深水海底管线维修 系统的研究进展及有关问题探讨 [ J ]．中国海上油 气，2 0 0 9 ，2 1 5 3 5 2 3 5 7 ． 梁政，兰洪强，李莲明，等 ．小管径天然气管道局 部冷冻封堵技术 [ J ]． 集输工程，2 0 1 0 ，3 0 9 6 9 7 1 ． 王元清 ． 钢结构在低温下脆性破坏研究概述[ J ]． 钢结构 ，1 9 9 4 4 2 1 72 2 1 ． 张仕民，谭桂斌 ，朱霄霄，等 ．油气管道维抢修技 术进展 [ J ]．石油机械，2 0 1 1 ，3 9 1 0 1 7 4 1 78． P a r r o t t R， T v e i t E． On s h o r e ， o ffs h o r e u s e o f h i g h p r e s s u r e p i p e l i n e i s o l a t i o n p l u g s for o p e r a t i n g p i p e l i n e c o n - s t ruc t i o n ，m a i n t e n a n c e[ J ]． P i p e l i n e a n d G a s J o u r - n a l ，2 0 0 5 ，2 3 2 1 3 0 3 5 ． 刘春厚 ，潘东民，吴谊山． 海底管道维修方法综述 [ J ]．中国海上油气 ，2 0 0 4 ，1 6 1 5 9 6 2 ． 第一作者简介马明，生于 1 9 8 8年 ，2 0 1 2年毕业于 西安石油大学机械设计制造及 自动化专业 ，现为在读硕士 研究生，研究方向为机械结构设计及优化。地址 1 0 2 2 4 9 北京市昌平区。Em a i l 3 8 1 6 4 5 6 9 1 q q ． c o rn。 收稿 日期 2 0 1 40 1 1 6 本文编辑王刚庆