李可夫 劉振曄 劉虎 肖軍

新余飛虎管道技術(shù)設備有限責任公司

摘要：高壓油氣管道帶壓開(kāi)孔、封堵屬特級動(dòng)火作業(yè)，具有高危險性，施工全過(guò)程需保證絕對安全，作業(yè)中所用開(kāi)孔機、封堵器等專(zhuān)業(yè)維搶修裝備對作業(yè)效率及可靠性至關(guān)重要。本文介紹了創(chuàng )新研發(fā)的開(kāi)孔機、開(kāi)孔刀和封堵頭等維搶修相關(guān)設備，分析其如何保證高效完成開(kāi)孔作業(yè)，實(shí)現封堵“零泄漏”，以及封堵管件全生命周期的可靠性。

關(guān)鍵詞：高壓管道；開(kāi)孔機；封堵器；零泄漏；封堵管件可靠性

高壓油氣長(cháng)輸管道在長(cháng)時(shí)間運行中，可能面臨腐蝕、地災、第三方損壞等危險因素的影響[1-2]，不可避免需要采取維搶修手段，開(kāi)展相應的帶壓開(kāi)孔、封堵作業(yè)[3-4]。需要在保證安全的前提下盡量提高效率，這樣才能最大程度減少風(fēng)險和對正常生產(chǎn)的影響。高壓油氣易燃易爆，帶壓開(kāi)孔封堵屬于特級動(dòng)火作業(yè)，必須全程管控施工風(fēng)險，避免發(fā)生安全事故。

新余飛虎管道技術(shù)設備有限責任公司借助創(chuàng )新研發(fā)與多年技術(shù)沉淀，研制出新型開(kāi)孔封堵設備，可大大提高開(kāi)孔效率和可靠性，達到“零泄漏”密封效果，并且可消除后期泄漏隱患，滿(mǎn)足管道全生命周期完整性管理要求。

1  新式開(kāi)孔機及筒刀

管道帶壓開(kāi)孔封堵由三通管件焊接、開(kāi)孔、封堵、下塞堵等主要工序組成。首先開(kāi)孔要在保證高效的前提下，不產(chǎn)生打刀等事故而導致開(kāi)孔失敗，影響作業(yè)進(jìn)度。為提高開(kāi)孔設備可靠性，增加了兩套高壓平衡裝置，提高了開(kāi)孔機平衡系統的冗余性，即使一套平衡系統失效，可及時(shí)切換到另一套平衡系統，保證開(kāi)孔的高可靠性（圖 1）。

圖 1 高壓開(kāi)孔機及平衡裝置

油氣長(cháng)輸管道所用管材多為高強度管線(xiàn)鋼，硬度較大，尤其是大口徑天然氣管道所用X80鋼，給開(kāi)孔作業(yè)帶來(lái)很大挑戰。如果出現打刀等問(wèn)題，可能導致開(kāi)孔失敗，進(jìn)而影響整個(gè)維搶修施工效率。采用高強度硬質(zhì)合金材料，開(kāi)孔刀具角度選用特殊設計和分齒結構設計（圖 2），保證開(kāi)孔平穩性并且不需要焊接防漲圈。采用軍工裝甲步兵戰車(chē)所用焊接工藝，可確保刀齒不會(huì )由于焊接質(zhì)量而產(chǎn)生掉齒問(wèn)題，從而提高開(kāi)孔的可靠性。

圖 2 新式開(kāi)孔筒刀及刀齒

2  塞式封堵頭及皮碗

封堵過(guò)程中如果不能保證密封的嚴密性，將會(huì )為后續的斷管、連頭等相關(guān)動(dòng)火作業(yè)帶來(lái)不可控的風(fēng)險隱患。封堵嚴密性在很大程度上決定了施工工程的安全水平，關(guān)乎作業(yè)成敗。老式的封堵管件，其“塞餅”的固定定位基本采用“鎖銷(xiāo)”結構，易發(fā)生泄漏，為后續管道運行帶來(lái)巨大安全隱患。

為此首先淘汰了傳統的唇邊密封方式，改為多道線(xiàn)密封（圖 3），解決了管道高壓和低壓工況下難以封嚴的問(wèn)題。采用流體力學(xué)模擬（CFD），優(yōu)化封堵頭及皮碗結構。為防止開(kāi)孔產(chǎn)生的鐵屑劃傷皮碗，配套研發(fā)掃屑裝置將鐵屑推遠，避免對皮碗產(chǎn)生損傷（圖 4）。傳統的用舊皮碗推掃難以將鐵屑推遠，仍會(huì )對封堵皮碗產(chǎn)生破壞作用。

圖 3 多道線(xiàn)密封皮碗

圖 4 封堵頭掃屑裝置

3  “無(wú)漏點(diǎn)”管件

開(kāi)孔封堵作業(yè)完成后下“塞堵”作業(yè)時(shí)，需對“塞堵”進(jìn)行空間定位，傳統工藝采用鎖銷(xiāo)的“外卡式”結構，管道后續運行時(shí)易發(fā)生泄漏。

新型封堵管件改“外卡式”為“內卡式”結構，利用傳動(dòng)機構使卡板在內部伸出并卡緊定位，不再使用“鎖銷(xiāo)、鎖環(huán)”，消除了后續密封圈失效帶來(lái)的泄漏隱患（圖 5）。該結構的封堵管件已經(jīng)使用20余年，從未發(fā)生泄漏問(wèn)題，驗證了其使用的可靠性。

圖 5 內卡式“無(wú)漏點(diǎn)”管件

4  結語(yǔ)

管道維搶修帶壓開(kāi)孔封堵作業(yè)中，開(kāi)孔封堵裝備的可靠性和高效率是施工成功的關(guān)鍵，關(guān)乎開(kāi)孔封堵工程的管道本質(zhì)安全。新型封堵裝置已獲頒多項專(zhuān)利技術(shù)，經(jīng)對直焊縫管、螺旋焊縫管、無(wú)縫管（封堵介質(zhì)分別為天然氣、航空煤油、汽油、柴油、原油等）的應用驗證，均達到零泄漏的最高安全標準，保證了封堵的可靠性。下一步，還擬在以下方面展開(kāi)研究。

（1）實(shí)現設備小型化、輕型化，以便于快速到達搶修地點(diǎn)，更便捷的展開(kāi)維搶修作業(yè)。

（2）進(jìn)一步增強設備的自我感知能力，掌握開(kāi)孔封堵設備的實(shí)時(shí)狀態(tài)及相關(guān)參數。

（3）將人工智能、機器人技術(shù)引入維搶修行業(yè)，使維搶修作業(yè)更加高效、安全和可靠。

參考文獻：

[1]鄧霄，白天陽(yáng)，崔宇翔.含腐蝕缺陷管道剩余壽命預測方法評述[J]. 油氣與新能源，2021，33(4)：28-32.

[2]高潔. 天然氣管道搶修應用帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)的研究[J].工藝技術(shù)，2023(8)：120-122.

[3]崔強.天然氣管道不停輸帶壓封堵工藝技術(shù)研究[J].石化技術(shù)，2017，24(02)：296+292.

[4]李貴賓.管道不停輸帶壓封堵施工新技術(shù)[J]. 油氣儲運，2005，24(01)：48-51.

作者簡(jiǎn)介：李可夫，1978年生，博士研究生，高級工程師，現任新余飛虎管道技術(shù)設備有限責任公司副總經(jīng)理，研究方向為油氣儲運工藝、管道完整性管理和管道帶壓開(kāi)孔封堵技術(shù)。聯(lián)系方式：15132691598，shendaozhan@163.com。