蔣中印

（中石化中原石油工程設(shè)計(jì)有限公司， 河南 鄭州 450000）

某管道工程建設(shè)初期，天然氣市場(chǎng)處于供不應(yīng)求局面，上下游場(chǎng)站對(duì)接，由下游用戶主動(dòng)修建連接線，因此該管道設(shè)計(jì)方案中未設(shè)計(jì)與下游用戶的連接線部分。隨著近年來(lái)天然氣市場(chǎng)的變化，賣方市場(chǎng)逐漸向買方市場(chǎng)轉(zhuǎn)變，下游用戶氣源氣量逐步得到保障，為開發(fā)下游市場(chǎng)，計(jì)劃向下游用戶修建連接線。

該管道工程于2016年11月投產(chǎn)通氣，管道材質(zhì)L360M，設(shè)計(jì)壓力6.3MPa，管徑Φ711mm，壁厚11mm，輸氣量4.9億立方米/年，擔(dān)負(fù)著為眾多下游企業(yè)和居民用戶供氣的任務(wù)，新增支線作業(yè)時(shí)如果停氣連頭，需管道放空，不僅造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，而且涉及到的所有下游用戶必須停氣，將給下游企業(yè)造成巨大損失和不便，不利于社會(huì)穩(wěn)定。因此，問(wèn)題的關(guān)鍵在于解決連頭的方法，這既能保證下游用戶的用氣安全，又能保證新增支線的連頭作業(yè)。

1 連頭方法的選擇

1.1 傳統(tǒng)施工方法

圖1 管道連頭傳統(tǒng)施工方法流程

1.2 帶壓開孔方法

在管道不停輸?shù)墓r下，先在運(yùn)行的管道上焊接帶壓開孔管件，安裝熱分離閥門（夾板閥），并將分支管焊接到帶壓開孔管件上。試壓合格后，將開孔機(jī)安裝在熱分離閥門上，通過(guò)開孔連箱的球閥充入氮?dú)?，各密封面氣密性檢查合格后把連箱內(nèi)的氣體通過(guò)球閥排放掉，打開夾板閥的閘板，使用刀具在管道上以機(jī)械低速切割、密閉加工出圓形孔。開孔完畢后，退出刀具并關(guān)閉夾板閥，拆除開孔機(jī)器，下堵塞后拆除閘板閥，安裝法蘭盲板便可完成支線管道的連頭作業(yè)[1-2]。

1.3 傳統(tǒng)施工方法與帶壓開孔方法對(duì)比

對(duì)于長(zhǎng)輸管道的增設(shè)支線施工，傳統(tǒng)方法需將改造管道上下游截?cái)嗪筮M(jìn)行放空、吹掃、置換、動(dòng)火切割、焊接等作業(yè)，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，影響面廣，管道放空不僅會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，所有涉及的下游用戶都必須停氣，不利于社會(huì)穩(wěn)定。管道帶壓開孔技術(shù)可在管道不停輸、無(wú)污染的情況下完成開孔作業(yè)，與傳統(tǒng)停產(chǎn)作業(yè)相比，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著[3-4]，因此，本工程新增支線考慮采用帶壓開孔工藝來(lái)完成連頭作業(yè)。

2 帶壓開孔施工工藝

2.1 帶壓開孔工藝的選擇

帶壓開孔作業(yè)分為加裝閥門和無(wú)閥門兩種工藝，帶壓開孔加裝閥門施工工藝需在連頭處砌筑閥門井，需要長(zhǎng)期征地，優(yōu)點(diǎn)是閥門后的支線檢維修時(shí)可以通過(guò)關(guān)閉此閥門對(duì)下游支線進(jìn)行維護(hù)，對(duì)下游支線占有主動(dòng)權(quán)。無(wú)閥門帶壓開孔工藝在施工完畢后可直接回填，只需臨時(shí)征用施工場(chǎng)地即可，線控閥門可根據(jù)需要任意選擇位置，本工程連頭位置位于基本農(nóng)田內(nèi)，為避免占用基本農(nóng)田，將線控閥門井設(shè)在河邊非基本農(nóng)田內(nèi)，距連頭點(diǎn)位置較遠(yuǎn)，因此本工程采用無(wú)閥門帶壓開孔工藝。無(wú)閥門帶壓開孔工藝示意如圖2所示，作業(yè)完畢后的開孔管件如圖3所示。

2.2 帶壓開孔施工流程

圖2 無(wú)閥門帶壓開孔作業(yè)示意圖

圖3 作業(yè)完畢后的開孔管件

圖4 帶壓開孔施工流程

3 技術(shù)要點(diǎn)分析

3.1 開孔位置的選擇

選擇帶壓開孔位置時(shí)應(yīng)避開母管的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)開孔位置應(yīng)選擇在母管的直管段上，開孔處母管表面應(yīng)光滑、無(wú)變形或凹痕等，且開孔處兩側(cè)應(yīng)有足夠長(zhǎng)度的直管段[1]；

(2)施工前應(yīng)仔細(xì)勘察、檢測(cè)，確定管道直管段準(zhǔn)確位置；

(3)開孔部位應(yīng)盡量避開管道焊縫，開孔刀中心鉆不應(yīng)落在焊縫上；

(4)開孔部位的管道圓度誤差不應(yīng)超過(guò)管道外徑的1%，且不大于3mm。

3.2 支管選擇

支管連接通常有三種形式：不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的開孔短節(jié)、帶補(bǔ)強(qiáng)圈的開孔短節(jié)、對(duì)開三通。不帶補(bǔ)強(qiáng)圈的開孔短節(jié)適用于支線直徑D≤50mm的開孔，本工程不適用；帶補(bǔ)強(qiáng)圈的開孔短節(jié)適用于開孔直徑小于母管直徑1/3的情況，本工程為46%，也不適用；對(duì)開三通是專門用于管道開孔、封堵作業(yè)的，其法蘭部位帶有塞堵和卡環(huán)機(jī)構(gòu)，分為封堵三通、旁通三通和下囊短節(jié)。因此，本工程擬采用旁通三通管件完成支管的連接，規(guī)格型號(hào)為DN700×300mm（母管直徑×分支管直徑），設(shè)計(jì)壓力為6.3MPa，材質(zhì)同母管，采用L360M材質(zhì)。旁通三通管件如圖5所示。

圖5 對(duì)開三通（旁通三通）管件示意圖

3.3 焊接技術(shù)要點(diǎn)

3.3.1 管道允許帶壓施焊壓力

根據(jù)GB/T 28055《鋼質(zhì)管道帶壓封堵技術(shù)規(guī)范》要求，對(duì)開三通管件焊接時(shí)管道運(yùn)行壓力應(yīng)低于管道允許帶壓施焊壓力。計(jì)算公式如下[5]：

式中：P -管道允許帶壓施焊壓力，MPa；σs-管材最小屈服極限，MPa；t -開孔處管道實(shí)際壁厚，mm；c -因焊接引起的壁厚修正量，mm；D -管道外徑，mm；F -安全系數(shù)（根據(jù)規(guī)范，8.7≤t＜12.7時(shí)，取0.68）。

由此可計(jì)算出本工程管道管材及規(guī)格為L(zhǎng)360M，Φ711×11mm時(shí)允許帶壓施焊的壓力為6.2MPa。

根據(jù)Q/SY64-2012《油氣管道動(dòng)火規(guī)范》規(guī)定，在運(yùn)行的天然氣管道上焊接時(shí)，焊接處管道內(nèi)壓宜小于此處管道允許工作壓力的0.4倍，因此本管道焊接時(shí)管道內(nèi)壓應(yīng)控制在2.5MPa以內(nèi)，并保持穩(wěn)定。

3.3.2 氣體流速要求

管道內(nèi)流動(dòng)的天然氣將帶走焊接過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，從而影響焊縫冷卻速率，焊接冷卻速率過(guò)快將會(huì)導(dǎo)致焊接熱影響淬硬組織的產(chǎn)生，增加裂紋產(chǎn)生概率[6]。根據(jù)SY/T 6150.1-2017，本工程帶壓開孔焊接時(shí)，管道內(nèi)天然氣流速不應(yīng)大于10m/s。

3.3.3 焊接要求

(1)焊接工藝

焊接工藝是決定管道帶壓開孔焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，焊接前應(yīng)根據(jù)本工程特點(diǎn)、母材材質(zhì)、化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)類型等，組織焊接工程師做好焊接工藝評(píng)定及制定焊接工藝規(guī)程；焊接過(guò)程中嚴(yán)格按照焊接工藝規(guī)程施焊并按照規(guī)范要求對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢測(cè)、壓力試驗(yàn)及無(wú)損檢測(cè)。

(2)三通支撐

根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)于DN700及以上管道不停輸開孔作業(yè)，應(yīng)對(duì)三通管件做固定支撐，本工程管道母管直徑為DN700，需做固定支撐。

(3)安裝區(qū)域處理

焊接前應(yīng)先剝離對(duì)開三通安裝區(qū)域的防腐層，剝離防腐層可采用火焰加熱、機(jī)械方式或電磁加熱方式。防腐層剝離后應(yīng)仔細(xì)測(cè)量擬開孔位置母管壁厚，修正允許施焊壓力。本工程管道直徑為DN700，組對(duì)間隙宜為2.5～4mm，當(dāng)管道本體焊縫余高影響組對(duì)間隙要求時(shí)，宜適量打磨管道焊縫。

(4)組對(duì)焊接

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，組對(duì)焊接時(shí)母管與對(duì)開三通軸線的平行度應(yīng)≤1mm，間距應(yīng)≤1.5mm；組對(duì)后對(duì)開三通進(jìn)行接地，并測(cè)量接地電阻，接地電阻值不應(yīng)大于10Ω。

施焊焊工應(yīng)具備焊接工藝要求的相關(guān)資質(zhì)，且不應(yīng)少于兩名。對(duì)開三通縱向直焊縫不應(yīng)與管道母材直接焊接，可增加墊板。對(duì)開三通管件的縱向直焊縫及環(huán)向角焊縫的焊接順序及焊接方式應(yīng)按照經(jīng)批準(zhǔn)的焊接工藝施焊。

(5)焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

①縱向直焊縫檢測(cè)

根焊和熱焊結(jié)束后進(jìn)行第一次磁粉檢測(cè)，填充焊接至50%進(jìn)行第二次磁粉檢測(cè)，蓋面完畢保溫后進(jìn)行超聲+濕式磁粉檢測(cè)。

②環(huán)向角焊縫檢測(cè)

根焊和熱焊結(jié)束后進(jìn)行第一次磁粉檢測(cè)，填充焊接至50%進(jìn)行第二次磁粉檢測(cè)，蓋面完畢保溫后進(jìn)行濕式磁粉檢測(cè)。

本管道設(shè)計(jì)壓力為6.3MPa，大于6MPa，按照SY/T6150.1-2017《鋼制管道封堵技術(shù)規(guī)范 第1部分 塞式、筒式封堵》規(guī)定，應(yīng)在焊接結(jié)束48h后對(duì)縱向直焊縫和環(huán)向角焊縫進(jìn)行延遲裂紋檢測(cè)。

4 小結(jié)

帶壓開孔技術(shù)以其不停輸、無(wú)污染、效率高的特點(diǎn)在管道維修、改造及新增支線方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合某管道工程連頭分析了天然氣管道不停輸帶壓開孔的技術(shù)要點(diǎn)，應(yīng)從開孔位置、支管選擇、焊接工藝等方面控制以保證管道帶壓開孔施工質(zhì)量和安全。

◆參考文獻(xiàn)

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