摘要：結(jié)合工程實際，論述了高壓燃?xì)夤艿啦煌］敺舛率┕さ姆桨高x擇、盤式封堵施工工藝、施工過程的環(huán)節(jié)控制，提出了改進(jìn)建議。
關(guān)鍵詞：高壓燃?xì)夤艿?；不停輸作業(yè)；盤式封堵
Construction Practice of Cup-type Plugging without Interruption of Service for High-pressure Gas Pipeline
BAI Lian-ming，HUANG Dong-jian，SHI Wen-jun，SHENG Yang
Abstract：Combined with a practical project，the scheme selection of plugging construction without interruption of service for high-pressure gas pipeline，the cup-type plugging construction process and the link control during the construction are described，and some improvement suggestions are made.
Key words：high-pressure gas pipeline；without interruption of service；cup-type plugging
1 項目背景
國家Ⅰ級鐵路客運專線寧杭客運專線由鐵道部、江蘇省和浙江省三方共同籌資建設(shè)，總造價近400×108元，設(shè)計速度目標(biāo)值為300km/h，全長約248km，宜興境內(nèi)線路長度47.6km，在宜興境內(nèi)設(shè)新宜興站。寧杭城際鐵路是實現(xiàn)南京、杭州兩個省會城市間1h直達(dá)的快捷通道，是寧杭間綜合運輸系統(tǒng)的骨干，對完善華東地區(qū)快速鐵路網(wǎng)，促進(jìn)寧杭城市帶經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展具有重要作用。寧杭客運專線宜興境內(nèi)一處規(guī)劃橋樁與我公司DN 500mm城市高壓天然氣管道位置沖突，為配合國家高速鐵路建設(shè)項目的順利實施，也為了不影響向管道下游用戶連續(xù)、穩(wěn)定供氣，我公司決定采取高壓管道不停輸封堵工藝對此段管道進(jìn)行遷改。
① 工程概況
工程地點：宜興104國道旁，寧杭高鐵交匯處。
管道設(shè)計壓力：2.5Pa，運行壓力：2.5MPa。
運行管道：規(guī)格Ø508mm×9.5mm，材質(zhì)L290鋼。
新建管道：規(guī)格Ø508mm×10mm，材質(zhì)20號鋼，長度65m。
臨時管道(旁通管)：規(guī)格Ø219mm×10mm，材質(zhì)20號鋼，長度120m。
② 方案比選[1、2]
不停輸封堵施工工藝就是在管道正常帶壓條件下對目標(biāo)管道進(jìn)行封堵，并利用旁通管道實現(xiàn)不停輸?shù)哪康?，同時對新舊管道進(jìn)行碰口連接的施工工藝。城市燃?xì)夤艿缼翰煌］敺舛录夹g(shù)主要分為氣囊式、盤式(皮碗式)和桶式。氣囊式封堵主要用在低壓城市燃?xì)夤艿?，也作為盤式和桶式封堵的補(bǔ)充部分用在高中壓燃?xì)夤艿?，盤式和桶式封堵適用于高中壓燃?xì)夤艿?。桶式封堵技術(shù)即用開孔機(jī)將所需改造的管段整管切斷，然后用封堵器將膨脹桶沿著切斷孔送入管道中央，通過封堵器的傳動裝置將桶膨脹，從而封住氣源。盤式封堵技術(shù)即用開孔機(jī)切出馬鞍形孔，再用封堵器通過液壓傳動推動曲柄連桿，將高分子橡膠皮碗送入管內(nèi)，達(dá)到封堵氣源的目的。
盤式封堵通過皮碗在管道內(nèi)受擠壓變形以達(dá)到密封的目的，適用壓力范圍廣，但由于皮碗為圓錐形，當(dāng)遇到失圓度較大的管道或螺紋管時，效果就不理想，另外對于管道內(nèi)有鐵屑等雜質(zhì)的情況，封堵效果也會受到影響。桶式封堵采用整管切斷方式進(jìn)行封堵，因此無論管道有無雜質(zhì)或變形，都不會影響封堵效果。盤式和桶式封堵各有優(yōu)點，桶式封堵技術(shù)在我國應(yīng)用廣泛，工藝成熟；而盤式封堵技術(shù)效率高，對原管道破損相對較小，尤其近年來隨著燃?xì)夤艿腊踩庾R的不斷提升及高壓管道內(nèi)檢測技術(shù)的不斷推廣，盤式封堵技術(shù)逐步被推廣應(yīng)用?；谏鲜鼍C合考慮，我公司決定采用盤式封堵技術(shù)進(jìn)行該段管道改造。
3 盤式封堵施工工藝[3、4]
盤式封堵施工工藝見圖1。圖1中，A1、A2為旁通孔，B1、B2為封堵孔，C1、C2為氣囊孔，D1、D2為平衡孔。
通常先將待改造管段兩端分別用旁通管接通，以旁通管輸送介質(zhì)，然后封堵原管道進(jìn)行改造施工作業(yè)，待施工完畢后，解除封堵，切換至新管段正常輸送，最后將旁通管拆除。封堵改造工藝的施工步驟如下：
(1) 剝除原有防腐層并清潔管道外壁；
(2) 確定三通焊接點；
(3) 焊接三通并進(jìn)行焊縫探傷檢查；
(4) 分別安裝夾板閥Z7、Z8，并組裝開孔機(jī)；
(5) 對三通、夾板閥、開孔機(jī)進(jìn)行整體嚴(yán)密性試驗；
(6) 分別開旁通孔A1、A2，拆除開孔機(jī)并關(guān)閉相應(yīng)夾板閥；
(7) 重復(fù)上述④～⑥步驟依次開封堵孔B1、B2、氣囊孔C1、C2；
(8) 利用手動開孔機(jī)開壓力平衡孔D1、D2，安裝閥門Z1、Z2及放散管；
(9) 建立旁通管道，然后打開夾板閥Z7、Z8；
(10) 分別打開夾板閥Z5、Z6，下封堵頭(見圖2)；
(11) 分別打開閥門Z5、Z6，放散封堵孔B1、B2之間的氣體；
(12) 分別打開夾板閥Z3、Z4，下氣囊；
(13) 在E1、E2處分割斷原管道，進(jìn)行維修改造；
(14) 維修改造完成(新建管道與原管道連接完畢)；
(15) 分別從夾板閥Z3、Z4處提出氣囊，并關(guān)閉夾板閥；
(16) 分別關(guān)閉閥門Z5、Z6，并拆除放散管；
(17) 分別從夾板閥Z1、Z2處提出封堵頭，并關(guān)閉夾板閥；
(18) 關(guān)閉夾板閥Z7、Z8，置換、拆除旁通管道；
(19) 分別在旁通孔A1、A2，封堵孔 B1、B2，氣囊孔C1、C2，平衡孔D1、D2安裝堵塞；
(20) 拆除旁通孔、封堵孔、氣囊孔、平衡孔相應(yīng)夾板閥，加盲蓋；
(21) 做防腐，恢復(fù)地貌，竣工驗收。
4 項目準(zhǔn)備
4.1 施工單位確定
桶式封堵技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，技術(shù)比較成熟，施工企業(yè)也相對較多。但盤式封堵施工工藝在國內(nèi)應(yīng)用是近年來的事情，加之設(shè)備造價相對較高，種種原因造成國內(nèi)可進(jìn)行盤式封堵施工的企業(yè)并不多。我公司從集團(tuán)整體利益出發(fā)，結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合比較，最終確定上海某公司為該工程的施工承包單位，該公司作為全國大型的城市燃?xì)夤艿朗┕て髽I(yè)之一，其施工技術(shù)能力在全國同行業(yè)中處于領(lǐng)先水平，該公司擁有行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高壓、超高壓燃?xì)夤艿赖氖┕ず蛽屝藜夹g(shù)，具有建設(shè)部頒發(fā)的國家市政公用工程總承包一級和管道工程專業(yè)承包一級資質(zhì)，具有國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局授予的GA1、GB1、GC1壓力管道安裝許可證。該工程采用了盤式封堵與囊式封堵相結(jié)合的封堵方案，關(guān)鍵設(shè)備采用美國TDW1200K-XL開孔機(jī)(含液壓站)，其余配套設(shè)備及管件全部由沈陽某輸油機(jī)械設(shè)備廠提供。
4.2 施工準(zhǔn)備
工程現(xiàn)場環(huán)境較復(fù)雜，地上周邊為國道及高速鐵路工地，地下周邊有給水、光纜等公用管線。為保證封堵施工順利實施，進(jìn)場前工程相關(guān)方共同做了如下工作：
① 進(jìn)行作業(yè)帶上方綠化遷移及地下其他管線探測工作；
② 按探測情況進(jìn)行專業(yè)管線設(shè)計，并上報相關(guān)主管部門；
③ 按照施工圖紙做好相關(guān)管材、管件采購工作；
④ 進(jìn)行施工機(jī)械設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及耗件準(zhǔn)備工作；
⑤ 進(jìn)行封堵模擬試驗，目的在于檢驗主要設(shè)備完好情況、備品耗件準(zhǔn)備情況、人員配備情況及焊接工藝參數(shù)選定情況。
4.3 施工組織設(shè)計內(nèi)容
① 施工方案，包括土方開挖、封堵工藝、驗收試驗等；
② 焊接工藝，包括焊接工藝、理論計算、探傷工藝等；
③ 進(jìn)度、質(zhì)量保證措施，包括工作分解、責(zé)任人落實、關(guān)鍵工序保障等；
④ 安全文明施工，包括安全圍護(hù)、夜間施工措施、人員安全等。
4.4 制定應(yīng)急預(yù)案
燃?xì)夤艿缼馐┕け仨殗?yán)格控制現(xiàn)場的風(fēng)險，將風(fēng)險降至最低程度，保證現(xiàn)場風(fēng)險處于隨時受控狀態(tài)。針對此工程，我們主要做了以下兩方面工作：
① 編制風(fēng)險識別清單，完善應(yīng)對措施；
② 制定應(yīng)急預(yù)案，確保施工及用氣安全。
5 項目實施[3、4]
工程經(jīng)過2個月的前期協(xié)調(diào)、準(zhǔn)備工作，于2010年3月24日正式開工。該工程具備高壓燃?xì)夤艿拦こ碳皫馐┕さ碾p重特點，工程實施必須嚴(yán)格做好各環(huán)節(jié)細(xì)節(jié)控制，嚴(yán)把質(zhì)量、安全控制關(guān)。通過協(xié)調(diào)上游供氣壓力及下游用氣量等手段，保證管道施工操作期間管道內(nèi)氣體壓力不大于1.6MPa。施工中的關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)如下。
5.1 前期過程控制
① 工作坑及管溝土方開挖應(yīng)注意對周邊管線的保護(hù)，管溝開挖應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)高進(jìn)行，避免過量開挖，工作坑設(shè)置原土方支撐，在主封堵孔管道正下方須設(shè)置臨時千斤頂支撐，防止開孔機(jī)過重造成原管道變形，工作坑尺寸須滿足機(jī)具拆裝及人員自由操作的要求。
② 為了更好地保護(hù)旁通管，旁通管采取淺埋敷設(shè)，永久管道敷設(shè)應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行。
③ 三通管件焊點應(yīng)選取在水平直管段上，開孔盡量避開管道的螺旋焊縫、環(huán)焊縫，若無法避開時，對開孔部位的焊縫進(jìn)行適量打磨，開孔刀中心鉆不應(yīng)落在焊縫上且封堵部位的管道橢圓度與壁厚誤差不得超過規(guī)定值，最遠(yuǎn)端兩三通焊點之間距離盡可能遠(yuǎn)，如因管道原因造成封堵孔不能完成封堵，可及時再選點開孔。
④ 焊接人員應(yīng)取得相應(yīng)的三通焊接工藝焊接資質(zhì)，方可進(jìn)行焊接工作。每道焊縫應(yīng)至少由兩名焊工同時施焊，且兩電弧間應(yīng)相距至少50mm。在進(jìn)行焊接時必須使用低氫焊條，焊接工藝采用直流反接，降低母材的溫度，焊接電流控制在100～130A，并控制焊接速度。通過各種手段，確保焊接期間管道內(nèi)氣體流速不大于10m/s。
⑤ 對于臨時管道及永久管道的環(huán)焊縫必須進(jìn)行100%射線探傷，對三通管件等特殊部位的角焊縫采用100%超聲波及100%著色相結(jié)合的探傷方式。
⑥ 考慮敷設(shè)的永久管道長度較短，且施工地點遠(yuǎn)離市區(qū)，管道強(qiáng)度及氣密性試驗均采用氮氣介質(zhì)，須做好現(xiàn)場安全管理工作。
5.2 開孔過程控制
① 保證開孔期間管道內(nèi)氣體流速不大于10m/s；
② 開孔前對三通管件、夾板閥、開孔機(jī)進(jìn)行2.8MPa的整體試壓，選用0.25級壓力表觀測其嚴(yán)密性，保壓1h，確保設(shè)備安裝安全嚴(yán)密；
③ 開孔前檢查三通管件內(nèi)是否有垃圾，防止開孔時出現(xiàn)意外；
④ 為了減少鞍形塊可能出現(xiàn)的變形，減少鞍形塊的修剪量，開孔前在管道上焊一個防變形肋板(見圖3)；
⑤ 開孔應(yīng)由經(jīng)驗豐富的操作手進(jìn)行，安排專人記錄過程尺寸；
⑥ 完成開孔時要在閥門及鞍形塊上進(jìn)行標(biāo)記，以便于下堵塞時能準(zhǔn)確地放回，安排專人對鞍形塊進(jìn)行修整，然后將其與堵塞及短節(jié)用電焊進(jìn)行連接，焊接時必須保證鞍形塊的水平(堵塞見圖4)。
5.3 封堵過程控制
① 保證帶壓封堵時管內(nèi)介質(zhì)流速不大于5m/s；
② 嚴(yán)格按《鋼制管道封堵技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的順序進(jìn)行上、下游封堵操作。
5.4 斷管過程控制
① 為了減少對周邊環(huán)境的影響，在放散管頂端安裝放散專用消聲器；
② 割斷主管前須對其進(jìn)行氮氣置換，且儀器連續(xù)3次檢測甲烷體積分?jǐn)?shù)均在1%以下；
③ 斷管采用自動切管機(jī)對主管進(jìn)行冷切割、打坡口，禁止用明火對主管切割；
④ 管道對口焊接時采用對口器，禁止對管口過量打磨、切割進(jìn)行對口；
⑤ 斷管前為確保封堵嚴(yán)密，通常在主管來氣方向用黃油與滑石粉混合物砌筑“墻體”，本工程封堵效果十分理想，因此不再采取砌筑“墻體”的方式，以防止其對下游調(diào)壓設(shè)施的損壞。
5.5 收尾過程控制
① 下堵塞，即把從原管道上取下的鞍形塊稍作整修后放回原位，目的是方便將來管道進(jìn)行清管檢測，下堵作業(yè)尺寸須由專人計算，并另外安排專人進(jìn)行核對，在兩人確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行作業(yè)；下堵塞設(shè)備安裝須確保同軸度，以防發(fā)生偏移，下堵塞作業(yè)時，還需嚴(yán)格保證管道壓力無波動或壓力波動小于0.1MPa；
② 新建管道通氣應(yīng)采取間接置換的方式，即先用氮氣置換空氣，再用燃?xì)庵脫Q氮氣；
③ 臨時管道拆除前須進(jìn)行氮氣置換，連續(xù)3次檢測甲烷體積分?jǐn)?shù)均在1%以下方可拆除；
④ 三通管件防腐使用從德國引進(jìn)的新型防腐材料(見圖5)，該材料具有創(chuàng)傷自動修復(fù)功能，使用方便、黏結(jié)優(yōu)異、抗陰極保護(hù)剝離性強(qiáng)；使用電火花檢漏儀100%檢查防腐層，合格后回填；
⑤ 按規(guī)程要求做好竣工資料整理工作，在三通管件上方砌筑泄漏檢測井，并進(jìn)行GPS定位，防止第三方掩埋。
6 項目總結(jié)
主體工程于2010年4月10日竣工，歷時18d。盤式不停輸帶壓封堵技術(shù)是對原有停輸檢修工藝的一種重要補(bǔ)充，成為確保管網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要手段。實踐證明，盤式不停輸帶壓封堵技術(shù)作為高壓管道維修搶修的一種新的補(bǔ)充手段，有利于環(huán)保、有利于節(jié)約能源、有利于企業(yè)切實履行社會責(zé)任，是積極可行、安全有效的技術(shù)。
6.1 成功經(jīng)驗
① 工程準(zhǔn)備充分，細(xì)節(jié)管理到位，責(zé)任分工明確，包括方案落實、物料準(zhǔn)備等內(nèi)容；
② 無論港華集團(tuán)、施工單位領(lǐng)導(dǎo)，還是現(xiàn)場管理、操作人員，充分重視工程全過程；
③ 工程嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，安排專人記錄、核對尺寸數(shù)據(jù)；
④ 人員配置全面，關(guān)鍵工序保障有力，現(xiàn)場指揮統(tǒng)一有序。
6.2 工程建議
① 工程實施中設(shè)備組(吊)裝、設(shè)備壓力試驗時間占工程主體施工總時間的33%，如施工工序安排能夠更加合理、相關(guān)操作人員技能能夠進(jìn)一步提升，上述時間可有效縮短；
② 管道開孔過程中產(chǎn)生的鐵屑很明顯(見圖6)，除部分細(xì)微顆?；蚍勰┝⒓幢粴饬鞔档较掠?，依舊有部分較大塊的鐵屑暫時殘留在三通管件周圍，如施工單位或設(shè)備制造單位能設(shè)計一種專用工具(如磁性探棒)，設(shè)法取出大部分殘留的鐵屑，將對下游設(shè)備安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生深遠(yuǎn)意義。
7 結(jié)語
采用盤式不停輸封堵工藝進(jìn)行地下高壓燃?xì)夤艿栏脑旃こ淌┕ぴ谖沂蟹秶鷥?nèi)是首次實施，也是港華集團(tuán)首次采用上游油氣管道公司以外的施工單位在集團(tuán)內(nèi)實施此類工程。該工程的順利實施，豐富了我公司管網(wǎng)運行的管理經(jīng)驗，為港華集團(tuán)及國內(nèi)兄弟公司進(jìn)行同類工程施工開辟了新的途徑，具有特別重要的意義。
參考文獻(xiàn)：
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[3] SY/T 6150.1—2003，鋼制管道封堵技術(shù)規(guī)程 第1部分：塞式、筒式封堵[S].
[4] SY/T 6150.2—2003，鋼制管道封堵技術(shù)規(guī)程 第2部分：擋板-囊式封堵[S].
(本文作者：白連明1 黃冬建1 史文君2 生煬3 1.宜興港華燃?xì)庥邢薰?江蘇無錫 214200；2.港華投資有限公司 廣東深圳 518026；3.沈陽三全工程監(jiān)理咨詢有限公司 遼寧沈陽 110026)
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