宋錦 姜修才 夏國發(fā) 陳社鵬

中國石油管道局工程有限公司維搶修分公司

 

摘要：為了驗證低溫環(huán)境下Φ1422 mm大口徑管道帶壓開(kāi)孔封堵維搶修技術(shù)和裝備的可行性，選擇在黑河市冬季極低溫環(huán)境進(jìn)行試驗，通過(guò)設備自身低溫適用性改造、搭建保溫棚改善外部環(huán)境等措施，實(shí)現了低溫環(huán)境下大口徑管道帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)的可行性驗證。開(kāi)發(fā)設計的Φ1422 mm大口徑管道帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)領(lǐng)先同行業(yè)水平，為中俄東線(xiàn)大口徑管道的維搶修和安全運營(yíng)提供了技術(shù)支持和儲備。

關(guān)鍵詞：中俄東線(xiàn)；Φ1422 mm大口徑管道；低溫環(huán)境；維搶修；開(kāi)孔；封堵

 

油氣管道帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)在應對管道不停輸損壞更換、移線(xiàn)改線(xiàn)、外引支線(xiàn)中較為常用[1]。國內已有帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)，最大用于Φ1219 mm管道。中俄東線(xiàn)Φ1422 mm管道建成后，公司開(kāi)發(fā)了Φ1422 mm大口徑管道帶壓開(kāi)孔封堵式維搶修技術(shù)和裝備。2020年12月，課題組選擇東北﹣33℃至﹣23℃的氣候條件對該技術(shù)進(jìn)行低溫環(huán)境驗證試驗，取得了成功。

1  試驗方案

在中俄東線(xiàn)最北端黑河設計了開(kāi)孔封堵專(zhuān)用試驗臺，驗證開(kāi)孔和封堵兩種施工技術(shù)，試驗方案分別為水平結合器內開(kāi)孔驗證（圖 1），試驗臺上垂直封堵測試驗證（圖 2）。

圖 1 水平開(kāi)孔試驗示意圖

圖 2 試驗臺上垂直封堵測試示意圖

Φ1422 mm規格開(kāi)孔封堵設備打壓腔體容積約為16 m3，最高測試壓力需達到12 MPa，用氣體介質(zhì)試壓存在危險。通過(guò)比選，選用﹣40℃冰點(diǎn)玻璃水作為試壓介質(zhì)。

2  設備低溫適用性改造

一般開(kāi)孔封堵設備適用溫度為﹣20℃～80℃[2]，中俄東線(xiàn)途經(jīng)地區極端低溫可達﹣40 ℃，為此需提高設備本身的低溫適應性和采取外部防護保溫措施。

2.1  裝備“本溫”設計

類(lèi)比工業(yè)生產(chǎn)裝備設計制造本質(zhì)安全（“本安”）要求[3]，裝備要達到本身具備低溫環(huán)境適用特性，即在裝備研發(fā)中考慮“本溫”設計。

（1）開(kāi)孔封堵作業(yè)中所用的專(zhuān)用對開(kāi)三通管件將永久留存于管道上，故要選擇耐低溫的鍛件、板材等。封堵頭的橡膠皮碗、開(kāi)孔機/封堵器的橡膠密封件對溫度比較敏感[4]，必須具備耐低溫特性。

（2）液壓站是主要動(dòng)力源，液壓油受溫度影響黏稠度變化較大，溫度過(guò)低將影響液壓動(dòng)力的正常傳輸。液壓站低溫改造除了更換低溫液壓油外，還從燃油加熱系統、柴油發(fā)動(dòng)機低溫預熱、液壓油低溫預熱、電器部分低溫預熱和整車(chē)熱循環(huán)系統五部分進(jìn)行了改造[5]。

2.2  外部防護保溫措施

主要采取設備直接包覆保溫[6]和作業(yè)空間外部圍擋等措施。

（1）開(kāi)孔機/封堵器外纏繞電伴熱線(xiàn)和包裹保溫棉進(jìn)行防護。

試驗場(chǎng)地采用腳手架外罩塑料大棚方式，水平開(kāi)孔試驗圍擋帶上蓋，刀具安裝位置留出空檔便于吊裝；垂直封堵試驗吊裝頻率高，只圍擋四周即可（圖 3）。在此基礎上，再增加熱風(fēng)輸送，使現場(chǎng)實(shí)際作業(yè)溫度升至﹣10℃左右，達到了常規開(kāi)孔封堵設備適用的溫度范圍，改善了作業(yè)工況。

圖 3 開(kāi)孔封堵設備外部增加圍擋

（2）現場(chǎng)配置小型汽油發(fā)電機（一般汽油機﹣30℃左右仍可正常啟動(dòng)），發(fā)電機啟動(dòng)后帶動(dòng)小型電動(dòng)熱風(fēng)機來(lái)吹拂大功率柴油熱風(fēng)機油箱，1 h左右后啟動(dòng)大功率柴油熱風(fēng)機吹掃其他設備，提升全套動(dòng)力機具和人員作業(yè)環(huán)境溫度。

3  試驗過(guò)程

3.1  水平帶壓開(kāi)孔

驗證低溫環(huán)境下的帶壓開(kāi)孔作業(yè)能力，試驗指標見(jiàn)表 1，試驗現場(chǎng)見(jiàn)圖 4。

圖 4 水平帶壓開(kāi)孔試驗現場(chǎng)

該套裝備2020年8月已在河北廊坊完成了常溫試驗[7]�，F場(chǎng)專(zhuān)門(mén)選擇當天氣溫最低（﹣33℃）的凌晨4點(diǎn)進(jìn)行測試，依托開(kāi)孔結合器和外徑Φ1422 mm×30 mm厚的中剖弧形板，開(kāi)比Φ1422 mm略小的Φ1180 mm非等徑孔，總耗時(shí)7.5 h。經(jīng)專(zhuān)家評估認定，開(kāi)孔設備具備最低﹣40℃的作業(yè)能力。

3.2  垂直帶壓封堵

通過(guò)試驗臺驗證低溫環(huán)境下的垂直帶壓封堵能力，試驗指標見(jiàn)表 2，試驗現場(chǎng)見(jiàn)圖 5。

圖 5 垂直帶壓封堵試驗

考慮實(shí)際管道封堵一般需要持續12 h以上，以便于為封堵截斷的管道進(jìn)行改造維修創(chuàng )造合理時(shí)間，試驗中以10 MPa進(jìn)行24 h的嚴密性監測、無(wú)壓降，驗證了設備的可靠性與適用性。經(jīng)專(zhuān)家評估認定，封堵設備具備最低﹣40℃的作業(yè)能力。

4  結論

驗證了大口徑管道開(kāi)孔封堵設備在低溫環(huán)境下的技術(shù)性能和指標，是國內首個(gè)完成Φ1422 mm/X80/12 MPa規格管道開(kāi)孔封堵式維搶修技術(shù)的示范性測試，標志著(zhù)具備了對中俄東線(xiàn)安全運營(yíng)的深度維搶修保駕能力，全套技術(shù)達到行業(yè)大口徑油氣管道維搶修領(lǐng)先水平。

 

參考文獻：

[1]曹崇珍，劉格非，賈志方等．鋼質(zhì)管道帶壓封堵技術(shù)規范：GB/T28055-2011[S]．中國國家標準化管理委員會(huì )，2012：5-9．

[2]王久平. 管道帶壓不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)研究[J]. 科技與企業(yè), 2015, 19(19):155-155．

[3]李海. 以本安型設備和本安型管理打造本安型礦井[J]. 中國煤炭工業(yè), 2006, 000(006):31-31.．

[4]鄧東華, 汪月瓊, 鐘杰平,等. 天然橡膠低溫誘導結晶的影響因素研究[J]. 熱帶農業(yè)科學(xué), 2016, 36(010):59-64．

[5]李鋒偉, 王彥章. 挖掘機液壓系統的低溫保護裝置[J]. 工程機械與維修, 2015(05):101-102．

[6]趙雨航, 李巖, 李令臻,等. 煤層氣輸氣管線(xiàn)與設備冬季保溫措施綜述[J]. 科研:00016-00016．

[7]姜修才,夏國發(fā).國內最大口徑、最高壓力長(cháng)輸油氣管道開(kāi)孔封堵維搶修裝備初步完成性能測試[N].管道保護,2020-08-21(01).

 

基金項目：國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目“油氣長(cháng)輸管道及儲運設施檢驗評價(jià)與安全保障技術(shù)”，2016YFC0802106。

 

作者簡(jiǎn)介：宋錦，1976年生，工程師，廊坊中國石油管道局工程有限公司維搶修分公司副經(jīng)理，主要從事油氣管道事故的維搶修、專(zhuān)用管道維搶修裝備的研發(fā)等工作。聯(lián)系方式：13932698346，qx_songjin@cnpc.com.cn。

通訊作者：姜修才，1983年生，高級工程師，現從事油氣管道維搶修技術(shù)裝備的研發(fā)工作。聯(lián)系方式：13933940065，jxc1983@cnpc.com.cn。