李可夫 劉振曄 劉虎 肖軍

新余飛虎管道技術(shù)設(shè)備有限責(zé)任公司

摘要：高壓油氣管道帶壓開孔、封堵屬特級動火作業(yè)，具有高危險性，施工全過程需保證絕對安全，作業(yè)中所用開孔機、封堵器等專業(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)的開孔機、開孔刀和封堵頭等維搶修相關(guān)設(shè)備，分析其如何保證高效完成開孔作業(yè)，實現(xiàn)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；開孔機；封堵器；零泄漏；封堵管件可靠性

高壓油氣長輸管道在長時間運行中，可能面臨腐蝕、地災(zāi)、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，開展相應(yīng)的帶壓開孔、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，帶壓開孔封堵屬于特級動火作業(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(shè)備有限責(zé)任公司借助創(chuàng)新研發(fā)與多年技術(shù)沉淀，研制出新型開孔封堵設(shè)備，可大大提高開孔效率和可靠性，達(dá)到“零泄漏”密封效果，并且可消除后期泄漏隱患，滿足管道全生命周期完整性管理要求。

1  新式開孔機及筒刀

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

圖 1 高壓開孔機及平衡裝置

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

圖 2 新式開孔筒刀及刀齒

2  塞式封堵頭及皮碗

封堵過程中如果不能保證密封的嚴(yán)密性，將會為后續(xù)的斷管、連頭等相關(guān)動火作業(yè)帶來不可控的風(fēng)險隱患。封堵嚴(yán)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”結(jié)構(gòu)，易發(fā)生泄漏，為后續(xù)管道運行帶來巨大安全隱患。

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

圖 3 多道線密封皮碗

圖 4 封堵頭掃屑裝置

3  “無漏點”管件

開孔封堵作業(yè)完成后下“塞堵”作業(yè)時，需對“塞堵”進(jìn)行空間定位，傳統(tǒng)工藝采用鎖銷的“外卡式”結(jié)構(gòu)，管道后續(xù)運行時易發(fā)生泄漏。

新型封堵管件改“外卡式”為“內(nèi)卡式”結(jié)構(gòu)，利用傳動機構(gòu)使卡板在內(nèi)部伸出并卡緊定位，不再使用“鎖銷、鎖環(huán)”，消除了后續(xù)密封圈失效帶來的泄漏隱患（圖 5）。該結(jié)構(gòu)的封堵管件已經(jīng)使用20余年，從未發(fā)生泄漏問題，驗證了其使用的可靠性。

圖 5 內(nèi)卡式“無漏點”管件

4  結(jié)語

管道維搶修帶壓開孔封堵作業(yè)中，開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利技術(shù)，經(jīng)對直焊縫管、螺旋焊縫管、無縫管（封堵介質(zhì)分別為天然氣、航空煤油、汽油、柴油、原油等）的應(yīng)用驗證，均達(dá)到零泄漏的最高安全標(biāo)準(zhǔn)，保證了封堵的可靠性。下一步，還擬在以下方面展開研究。

（1）實現(xiàn)設(shè)備小型化、輕型化，以便于快速到達(dá)搶修地點，更便捷的展開維搶修作業(yè)。

（2）進(jìn)一步增強設(shè)備的自我感知能力，掌握開孔封堵設(shè)備的實時狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)。

（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(xiàn)：

[1]鄧霄，白天陽，崔宇翔.含腐蝕缺陷管道剩余壽命預(yù)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(yīng)用帶壓開孔封堵技術(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.

作者簡介：李可夫，1978年生，博士研究生，高級工程師，現(xiàn)任新余飛虎管道技術(shù)設(shè)備有限責(zé)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孔封堵技術(shù)。聯(lián)系方式：15132691598，shendaozhan@163.com。