天然气长输管道应急封堵技术研究.pdf

2 01 2拄 第 5期 麓 技 术 P i p e l i n e T e c hn i q u e 5 设 备 a n d Eq u i p me n t 201 2 No ． 5 天然气长输管道应急封堵技术研究 李静 ， 李苗 四川科宏石油天然气工程有 限公司 ， 四川成都6 1 0 2 1 3 摘要 文 中概述 了目前国内外天然气长输管道应急封堵技术发展 的现状， 并通过理论分析与工程 实践 ， 对常用的 4种管道应急封堵技 术从技术原理 、 施工工艺、 施 工特点等方面进行 了简单对 比。而后 重点介绍了带压开孔 一旁通封堵技术的原理 、 施工工艺， 并通过分析得 出结论 ， 带压开孔 一旁通封堵技 术具有应用范围广、 可靠性高、 不需停输等优点 ， 适用于天然气长输管道的应急封堵作业。 关键词 天然气； 长输管道 ； 应急 ； 封堵 中图分类号 T E 8 8 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 2 0 5 0 0 3 8 0 3 S t ud y o f Lo n g- d i s t a n c e Na t ur a l Ga s Pi pe l i ne Eme r g e nc y S e a l i n g Te c hn o l o g y L I J i n g ， L I Mi a o S i c h u a n Ke h o n g O i l a n d G a s E n g i n e e r i n g C o mp a n y ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0， C h i n a Ab s t r a c t A s u mma r y i s ma d e o f b o t h t h e d o me s t i c a n d o v e r s e a s l o n g d i s t a n c e g a s p i p e l i n e e me r g e n c y b l o c k i n g t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t s t a t u s ． T h e n， t h r o u g h t h e o r e t i c al a n a l y s i s a n d e n g i n e e ri n g p r a c t i c e， f o u r c o mmo n l y u s e d e me r g e n c y c l o s u r e t e c h n i q u e s a r e c o mp a r e d ． T h e p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e d t h e t e c h n i c a l p ri n c i p l e ， c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s a n d p r e c a u t i o n s o f t h e p r e s s u r i z e d h o l e d ri l l b y p a s s b l o c k i n g t e c h n o l o g y a n d d r a ws a c o n c l u s i o n t h r o u g h a n a l y s i s t h a t t h e wi d e r a n g e o f a p p l i c a t i o n s ， h i g h r e l i a b i l i t y a n d n o s h u t d o w n f e a t u r e s o f t h i s t e c h n o l o g y i s a d a p t e d t o t h e n a t u r a l g a s p i p e l i n e e me r g e n c y b l o c k i n g o p e r a t i o n ． Ke y wo r d s n a t u r a l g a s ； l o n g d i s t a n c e p i p e l i n e ； e me r g e n c y； b l o c k i n g 1 天然气长输管道应急封堵技术现状 天然气长输管道的应急封堵就是 采用一定 的设 备 、 材料及工具并按照一定 的作业程序和方法将管道 的破损处封堵住 ， 以达到阻止介质泄漏的 目的。在该 项技术发展初期 ， 一般仅能在停产 、 停输 的条件下， 进 行修复作业。为了避免和减少因停产 、 停输而带来的 损失 ， 在 2 0世纪 6 0年代 国际上发展起 了“ 带压封堵 技术” ， 国外多家公 司 T D W、 F L O WS E R V E、 F U R MA N I T E 掌握的带压封堵技术 已成功应用于世界各地 的 输油气管道上 ， 逐 渐发展 成为成 熟 的管线维抢 修手 段 。国内自2 0世纪 8 0年代初开始进行带压封堵技术 的研究和应用 ， 近年来有 了较 大发展 ， 在石 油储运 系 统 ， 堵漏技术 近年来 也获得 了飞速发展 。例如 ， 在输 油管道不停输更换管道时的密闭开孔 、 密封堵漏技术 及其部分设备 目前 已处于国际领先地位 ； 在小 口径管 道注剂堵漏使用 的粘结剂方 面某些技术也 已经处于 世界领先水平。 但就总体而言 ， 国内在高压 天然气长输管道应急 收稿 日期 2 0 1 1 0 81 7 收修改稿 日期 2 0 1 2 0 h4一 O 2 封堵方面与世界先进水平还有一定差距 ， 目前 国内在 这方面的主要问题是 在应急封堵机具与材料 的研究 开发 、 普及应用等方面还存在差距 ， 品种 的系列化不 足 ， 尚未形成统一 的行业或 国家规范 ， 总体水平有待 进一步提高 。 2常用应急封堵技术对 比分析 应急封堵技术是一个较 笼统 的概念 ， 一般说来 ， 只要能够满足在不影响生产正常运行 的条件下 ， 快速 修复泄漏部位 ， 以达到重新密封的 目的， 不论方式如 何 ， 均属于应急封堵技术 的范畴 。目前 ， 管道工 业 中 常用 的主要有常规修复技术 、 抱箍法临时抢修 、 复合 材料缠绕修补技术 、 带压开孔 一旁 通封堵 技术等 ， 以下分别对其进行介绍。 2 ． 1 常规管道修复技术 一 般发生天然气管道损坏事故后的修复 ， 大多采 用的是传统 的方式进行 ， 即管道进行前后截断 使 用 单封堵设备或利用管线原有 阀门 、 停气降压 、 放 散、 氮气置换及应用常压 的施工机具对 管段或管道设备 进行更换或抢修。 由于天然气长输管道的用户一般 为城市 的主要 第 5期 李静等 天然气长输管道应急封堵技术研究 3 9 供气 干网和大型企业 ， 如采用常规 的修复方式 ， 大多 可通过上 下站间的工 艺调节等措施 ， 使管道降压 ， 尽 快地实现管道封堵。但是 ， 在没有有效备用气源的情 况下 ， 该种措施影响的范围大 ， 造成的损失非常大。 2 ． 2临时抢修技术一抱箍法 该法可 以在 降低管 道运 行压 力后 不停 输进行 。 采用合金钢或不锈钢制 的专用抱箍， 抱箍沿管道 圆周 分成均匀的多节 一般为 3～5片 ， 内衬耐高压柔性 垫料 两端采用 0型圈密封方式或 压力条等密封方 式 ， 收紧后将漏气点包裹 ， 管道可以根据抱箍承受 的 压力使用。但一般仅为管道漏气的临时处理措施 ， 在 以后合适的时机， 再采用传统或不停输修复方式将管 道进行修复。 2 ． 3 复合材料缠绕修补技术 复合材 料缠绕 修补 技术 又称 C l o c k S p r i n g修 补 法 ， 由美国 A G A公司发明研制 ， 用 于 2 5 m m 以内孔洞 的修复或管道因腐蚀而壁厚减薄时的修复， 平均承压 1 2 ． 5 MP a ． 此种复合材料修补的方式可 以用于管道补 强 弥补腐蚀的影响 、 管道堵漏、 抑制裂缝等管线损 坏工况 的修 复， 但用于管道补漏时 ， 孔洞 的直径一般 要小于 2 5 m m． 在 国外 ， 此种修 复方式 已经用 于天然气 、 石油等 管线的修复。国内的复合材料修补技术仅用于输油 管道 ， 用于天然气高压输送管道的报道还没有 。 2 ． 4 带压开孔 一旁通封堵技术 为了减少经济损失 ， 尽快敷设 临时线 ， 以不停输 的方式进行管道修复 ， 这是 目前主要 的发展趋势。最 早在城市燃气管网的抢修改线 中使用带压不停输 ， 利 用封闭式开孔设备进行开旁通的施工。 天然气长输管 线的应急修复可用 管线带压开孑 L 一 旁通双封堵的典 型工作流程进行 ， 不停输封堵施工 时使用 的是 2个 或 2个 以上 封堵接头 和 2套封堵 设备 ， 用临时旁通继续维持管道流体输送 。用于高压 天然气管道的封堵方式有 可开等径 孔 的塞式封堵设 备 、 桶式封堵设备 与囊式 D N F 管径 的 0 ． 4～ 0 ． 5倍 管道封堵器等不同方式 。 2 ． 5常用应急封堵技术对比 由表 1中各项 比较可 以看 出， 基于天然气长输管 道管径大 、 压力等级高、 维修更换不易 、 一旦停输将对 对下游用户造成巨大影响等特点 ， 常规修复技术并不 适用于长输管道的应急封堵 ； 抱箍紧固法对于管径 的 限制和需要 降压及其 临时性 的特点也制约该法 的应 用 。 表 1 不同应急封堵技术的比较 常规应急修复 目 目 技术 疋 抱箍紧 固法 管道 D N3 0 0 mm 临时性使用需降压运行 否 喜 錾 某 缠 绕 泄 漏 处 。 N ≤ 2 5 m m约 2 。 年 是 否 带压开孔 一 旁 一 一 否 是 通封堵技术 注 “ 一” 表示与原管遁一致 ， 无 明显 限制 。 虽然复合材料缠绕修补技术和带压开孔 一 旁通 封堵技术都具有不需停输 的特点 ， 而且复合材料缠绕 修补技术还具有不需动火的特点 ， 但是 ， 后者 的适应 范围更加广泛 ， 并且无需过多考虑修补材料的使用年 限， 对于 现场操作而 言， 这一点具有很 大 的优 越性。 因此， 带压开孔 一 旁通封堵技术更适用于长输天然气 管道的应急封堵要求。 3 带压开孔 一旁通封堵技术 当管道破损严重 、 泄漏 介质压力较 高时， 采用 带 压开孑 L一旁通封 堵技术 是最安 全 、 最 可靠 的技术 手 段。由于该技 术成功地解决 了动态条件下 的再 密封 问题 ， 其实用价值 已经越来越多地受到人们 的重视 ， 应用广泛。 3 ． 1 基本原理 管道带压开孔 一 旁通封堵技术的基本原理是 在 管道系统完全密闭带压输送的状态下， 在需抢修改造 管段的两侧， 利用物理、 机械手段， 为抢修管段安装旁 通管 ， 将待抢修管段从管线中隔断出来 ， 对其 进行 维 护、 修理、 更换等改造作业， 待抢修管段作业完成后， 再隔断旁通管线工作 ， 恢复原管段 的正常输送 。其 中 的物理机械手段包括带压开孔 、 带压封堵 、 带压焊接、 不停输改线等。管道带压开孔 一 旁通封堵技术的原 理如 图 1所示 。 主管道 封堵 、开孔点 1 需要更换 的誓段 封堵、开孔点2 图 1 带压开孔 一旁通封堵技术原理简 图 3 ． 2 施 工工 艺 天然气长输 管道带压开孔 一旁通封堵技 术 由于 涉及到在高压运行管道上进行开孔 、 切割换管、 封堵 、 焊接等机械动火作业 ， 工艺复杂 ， 风险系数高 ， 因此对 施工工艺的管理尤为重要。其从前期准备工作到施 4 0 Pi p e l i n e Te c hn i qu e a n d Eq u i p me n t S e p ． 2 01 2 工结束的施工工艺流程如图2所示 。 前期准备工作H人员． 设备．材料进场H 作业坑开挖H 剥防腐屡． 测椭圆度 和壁厚 旁通管试压H安装旁通管道H 安装周门开孔 旁通、 封堵、下气囊 H焊接三通 封堵作业 I I验证密封效果卜叫 旧线断管 H 新旧管道连头 旧线处理 H 安装塞柄和肓板H 折除旁通管道 H 解除封堵．运行新管道 l 堡塞塑些l 图2 带压开孔 一旁通封堵技术施工流程图 在进行带压开孔 一旁通封堵作业时， 关键 的的带 压开孔和封堵作业操作步骤如下 1 在待隔离的管道两侧各带压焊上一个特制 的 剖分式三通管件 ， 并在上面装上相对夹板 阀； 2 利用相配的开孔机装上筒型刀具和开孔连 箱 ， 不停输地在管路上开出封堵孔 ； 3 卸下开孑 L 机， 装上封堵器 ， 在开好的封堵孔内 下入封堵头 ， 实现对管路的堵截 ； 4 封堵作业完成后 ， 装上封堵器提升封堵头 ， 关 上夹板 阀； 5 利用 开孔机将堵 塞下人 到三通管件 的法兰 内， 并锁 紧锁销 ， 卸下夹板 阀， 盖上法 兰盖， 整个封堵 作业完成 。 3 ． 3 带压开孔 一旁通封堵技术应用实例 3 ． 3 ． 1 北干线青 白江新站改线段带压封堵连头工程 2 0 0 7年 5月 2 3日 ～ 6月 3日， 西南油气 田输气管 理处对四川北干线一段 1 1 ． 3 k m长、 输送净化天然气的 管线进行了单侧双封与单侧单封的带压开孔 一旁通改 线， 管线压力为 1 ． 6 M P a ， 管线规格为邮 2 0 X 8 m m ． 该工程的 目的是将原经过青 白江城市 开发规划 区内的 8 ． 9 k m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 4 ． 6 1 0 m 的用气 ， 使成都地区工业用户和居 民停气 3 d 以上 ， 并有 1 0 m 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 了川渝管线的不停输封堵检修作业 ， 避免直接经济损 失6 7 0 0 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 J 。 3 ． 3 ． 2 西气东输管道定远压 气站带压开孔连头及弧 板 打捞 工程 2 0 o 8年 1 0月下旬 ， 定远压气站压缩机管线带压 开孔连头施 工 ， 首 次成功 实施 了 6 MP a下 主管线 开 中 8 9 0孔， 由于开孑 L 机设备故障， 导致进站侧弧板掉 落， 2 o o 9年 1月中旬 ， 再次进行弧板打捞施工 ， 采用超 声探测与录像探测相结合的方法对 弧板进行定位 ， 使 用研制的专用磁力打捞器 ， 在 6 MP a压力下将约 2 0 0 重的弧板顺利打捞 出来 ， 消除了安全隐患。 4结束语 综上所述 ， 带压开孔 一旁通封堵技术作 为管道应 急封堵技术的一种， 具有不需停产、 适于高压、 质量可 靠等特点 ， 特别适合于高压天然气长输管道的应 急封 堵作业， 值得在国内长输管道企业中进行大力推广。 参考文献 [ 1 ] 胡忆沩 ， 杨世儒． 堵漏技术． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 3 4146． [ 2 ] 钟红光． 上海天然气高压管线急抢修技术的现状及发展． 上海煤气 ， 2 0 0 5 6 1 2一l 5 ． [ 3 ] 牛健壮． 输气管道不停输带压封堵技术的应用． 油气储 运 ， 2 0 0 9 ， 2 8 7 6 3 6 6 ． [ 4 ] 李信浩． 不停输封堵工程的监理实践和体会． 建设监理， 2 0 0 7 5 8 1 1 ． [ 5 ] 袁平凡， 余立， 左松涛． 不停输带压封堵技术在川渝地区 的应用． 天然气工业， 2 0 0 8 ， 2 8 9 1 0 8 1 1 0 ． [ 6 ] 张兴盛 ， 黄晓琳． 带压开孔封堵技术在长宁天然气管线的 应用． 石油化工应用， 2 0 0 6 ， 2 5 6 4 34 4 ． 作者简介 李静 1 9 7 4 一 ， 工程师， 主要从事油气田地面工程规 划和油气储运工艺方面 的技术工作 。 上接第 3 4页 4结束语 通过上述针对性的分析 ， 可 以看 出措施 2有效地 减小了管道对透平机械法兰口的作用力， 使之满足规 范要求， 为透平机械的安全运行提供基本保障。这就 对无法使用柔性补偿器 的情况下 ， 减小管系对透平机 械设备的影响提供了有效解决方案 。 参考文献 [ 1 ] 美国石油学会 A P I 6 1 7标准石油 、 化学和气体工业用离 心压缩机． [ 2 ] 美国石油学会 A P I 6 1 2标准石油、 石化和天然气工业． 专用蒸汽涡轮机． [ 3 ] 蔡尔辅． 石油化工管线设计． 北京 化学工业出版社， 1 9 8 6 ． [ 4 ] 西交大透平压缩机教研室． 离心压缩机原理． 北京 机械 工业出版社 ， 1 9 8 0 ． [ 5 ] 张德姜， 王怀义， 刘绍叶． 工艺管道安装设计手册． 北京 中国石化出版社 ， 2 0 0 5 ． 作者简介 刘文明 1 9 6 2 一 ， 高级工程师， 主要从事压力管道审 核工作 。