大口径超高压管线封堵开孔的质量控制

　　摘要：随着川东北的元坝气田、川东南的涪陵页岩气的逐步开发，＂十二五＂到＂十三五＂期间川气东送管道的资源总量将达到151.3 108m3/a，需对原线路进行增压改造。文章介绍了大口径超高压管线封堵开孔工艺选择方法，就其工艺的选择确认进行了描述，并在武汉江夏王通阀室实施高压封堵开孔，取得了较好的效果。
　　关键词：大口径超高压管线；封堵开孔；质量控制；川气东送管道；增压改造 文献标识码：A
　　中图分类号：TE977 文章编号：1009-2374（2016）09-0057-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.027
　　川气东送管道是我国一条贯穿东西部地区的天然气管道大动脉。干线1635km，自普光首站至上海输气站，途径四川、重庆、湖北、安徽、浙江、上海4省2市，年输量120 108m3/a，设计压力10MPa，管径Ф1016。随着川东北的元坝气田、川东南的涪陵页岩气的逐步开发，＂十二五＂到＂十三五＂期间川气东送管道的资源总量将达到151.3 108m3/a，需对原线路进行增压改造，为保证管线安全运行和不影响下游用气需求，采用在武汉王通阀室下游进行封堵开孔，增设压气站加压后输送至
　　下游。
　　1 高压封堵开孔工艺的选用
　　为了保证高压封堵开孔工艺的可行性，天然气川气东送管道分公司于2015年1月15日邀请国内封堵开孔专家在武汉组织召开川气东送管道增压工程王通带压封堵设计、施工方案审查，最终确定了在进出站（武汉压气站）Φ1016管线、进出站阀门安装完成且验收合格后，通过对在役运行管线实施标准不停输带压（8.0MPa）开孔、封堵施工，最终完成进出站管线的动火连头作业（见图1）。
　　图1 王通阀室高压封堵开孔施工工艺图
　　明确高压封堵开孔工艺确定的施工工序为：作业场地平整 现场作业坑开挖 封堵三通支撑墩设计、浇筑及养护 确定开孔位置防腐层剥离 封堵三通及短节焊接 管线封堵下塞柄 旁通管线安装 干线断管 进出站管线连头 旁通管线拆除 封孔。
　　2 高压封堵作业操作要点及质量控制措施
　　2.1 作业坑的设置
　　按照本工程的需要经过详细设计确定，动火作业坑底部尺寸：长 宽 深=20m 7m 3.2m，放坡比1 1；封堵作业坑底部尺寸：长 宽 深=13m 7m 3.2m，放坡比1 1。管线两侧2m内人工开挖，管线上方杂物人工拆除。坑底沿作业坑边在管线两侧各修筑一条临时排水沟长宽0.5m 0.5m，并每个作业坑砌筑2个集水坑，长宽高为1m 1m 0.5m；作业场地东西两侧需要开挖2条排水沟，过路部分要埋设直径0.5m水泥涵管，排水沟长宽高为1m 1m 1m。每个作业坑在管线两侧设置2条安全通道，宽2m，踏步宽度不低于300mm，作业坑底铺设素水泥垫层100mm厚（见图2）。
　　图2 封堵作业坑示意图
　　2.2 管线封堵施工
　　2.2.1 开孔作业点的选择：首先开孔作业点选择在直管段上，尽量避开管道焊缝，无法避开时，对开孔刀切削部位的焊道宜适量打磨，管道螺旋焊缝应位于10点或2点钟位置；中心钻不应落在焊缝上；三通角焊缝距离管线对接焊缝至少1m；动火连头焊道距离隔离囊至少2m，连头焊道距离原管线对接焊缝不低于1.5倍管径。
　　2.2.2 防腐层剥离：采用火焰剥离防腐层，除去管线焊接位置表面油污、底漆，然后用外卡尺和直板尺测量管线椭圆度，确保开孔封堵部位的管道椭圆度误差符合GB/T 28055-2011标准要求。用测厚仪测量焊接位置管线壁厚，壁厚测量圆周上大于12点，并进行记录，必须符合GB/T 28055-2011和SY/T 6150.1-2011标准要求。
　　2.2.3 确定封堵三通、旁通三通、下囊短节、3″平衡短节位置并实施焊接，焊接时每班采用4名焊工同时作业，按照先焊接对接纵焊缝后焊接环焊缝的方式进行。
　　图3 4名焊工同时进行纵焊缝
　　图4 纵焊缝垫板布置图
　　纵焊缝的质量控制方式：纵焊缝的焊接方式见图3及垫板布置见图4，为保证纵焊缝质量（75mm），分三次进行焊接无损检测，在纵焊缝打底热焊完成进行第一次干式磁粉检测；纵焊缝焊接完成50%后，进行第二次干式磁粉检测；纵焊缝焊接全部完成后，进行第三次超声+湿式磁粉检测。环焊缝的质量控制方式：环焊缝的焊接方式见图5，管道的环向角焊缝的焊接宜采用多道堆焊形式见图6（总焊接厚度为35mm）无损检测方式同纵焊缝。
　　图5 4名焊工同时进行环焊缝
　　图6 环向角焊缝堆焊焊接形式示意图
　　表1 纵焊缝的焊接工艺参数的确定
　　纵焊缝焊接相关工艺参数的确定（见表1）：每条纵焊缝必须同时焊接，纵焊缝不与管线融合在一起，焊接从护板中心向两端焊接直至整个焊缝熔敷截面的1/3后按照图3进行直至完成。
　　环焊缝焊接工艺参数的确定见表2，尤其对最容易烧穿管道环行焊缝的根焊和热焊部位加强重点监控，对根焊和热焊焊接时交替进行，根焊道7、11，焊接长度不应超过热焊道8、9交替焊接，一根焊条焊接的长度，并对管子的热输入量进行记录，其余部分严格执行焊接工艺规程，焊缝高度为管线壁厚的2倍，即17.5 2=35mm，最终成形焊缝见图7。
　　表2 纵焊缝的焊接工艺参数的确定
　　图7 环向角焊缝焊角尺寸（护板厚度大于1.4倍管壁厚度）
　　2.2.4 安装夹板阀并进行三通、阀门试压：用洁净水和氮气进行试压，打开阀门，注水至三通卡环以下，阀门上盖盲板，用氮气升压，对三通、阀门进行整体试压，三通卡环试验伸缩，阀门带压开关，试验压力为管线运行压力的1.1倍。检验三通焊道及阀门，检查所有焊道和结合部位，阀门（内漏），压力不变化为合格。   2.2.5 开孔机安装完成后应对三通、阀门、开孔结合器部件腔体进行氮气置换。使用可燃气体检测仪测量排气口处气体，含氧量小于2%为置换合格。置换完成后对三通、阀门、开孔结合器再进行整体打压，试验压力为管道运行压力的1.1倍，稳压5分钟。打压时需进行阶段（30%、60%、100%、110%）升压。使用泡沫水喷淋三通焊逢、各部件结合面，观察有无气泡产生，以压力不降低、不产生气泡为合格。要求开封堵孔作业时管线运行压力应稳定在7.5MPa以下，流速稳定，小于5m/s，孔完全被开透后将刀退出，关闭夹板阀，泄放压力。使用氮气对腔体内天然气进行置换，并使用可燃气体测爆仪测量排气口处气体，当甲烷含量小于爆炸下线的20%时为合格，拆卸开孔机。同时氮气置换旁通管线内的空气，并使用可燃气体测爆仪测量排气口处气体，当含氧量小于2%时为合格，平衡旁通管线压力，稳压24小时后导通。
　　2.3 管线开孔封堵
　　将管线运行压力应稳定在规定要求以下，流速小于5m/s保持稳定，根据预定的方案实际开设3″平衡孔、Φ1016封堵孔、Φ813旁通孔、Φ325下囊孔，实施封堵作业，平衡孔阀门观察10分钟，若封堵隔离段管道压力没有回升，则将隔离段管线压力降为0.0MPa，观察10分钟，若压力无回升则封堵成功。封堵成功后，从上游平衡孔处进行注氮吹扫，吹扫结束后，在管线内向封堵头方向安装2个隔离囊，将2个3″平衡孔连接到放空火炬上。从上游下囊孔处向封堵段管线进行注氮，在下游平衡孔处进行检测，直至检测合格后实施焊接、连头等后续作业。
　　3 取得的效果
　　为了确保工程质量，在实施过程中做到工序跟踪、作业及时调整、确保工序之间的连贯性，同时建立HSE两书一表、医疗应急预案、风险识别、技术交底等为施工作业人员消除一切后顾之忧；施工过程中每一步均采取确认、记录、销项处理等层级严密的控制措施，确保本工序各项质量符合标准规范要求；本工程共焊接三通6处，焊接3″平衡孔2处，平衡端接2处，焊接连头弯管2处，机械开孔8处，封堵2处，安装及拆除旁通管线80m，最终该单位工程由2个分部工程、9个分项工程组成的封堵施工，经相关人员现场核验一次验收合格。
　　参考文献
　　[1] 钢质管道带压封堵技术规范（GB/T 28055-2011）[S].
　　[2] 钢制管道封堵技术规程（第2部分）：挡板-囊式封堵（SY/T 6150.2-2011）[S].