摘要：结合工程实际，论述了高压燃气管道不停输封堵施工的方案选择、盘式封堵施工工艺、施工过程的环节控制，提出了改进建议。
关键词：高压燃气管道；不停输作业；盘式封堵
Construction Practice of Cup-type Plugging without Interruption of Service for High-pressure Gas Pipeline
BAI Lian-ming，HUANG Dong-jian，SHI Wen-jun，SHENG Yang
Abstract：Combined with a practical project，the scheme selection of plugging construction without interruption of service for high-pressure gas pipeline，the cup-type plugging construction process and the link control during the construction are described，and some improvement suggestions are made.
Key words：high-pressure gas pipeline；without interruption of service；cup-type plugging
1 项目背景
国家Ⅰ级铁路客运专线宁杭客运专线由铁道部、江苏省和浙江省三方共同筹资建设，总造价近400×108元，设计速度目标值为300km/h，全长约248km，宜兴境内线路长度47.6km，在宜兴境内设新宜兴站。宁杭城际铁路是实现南京、杭州两个省会城市间1h直达的快捷通道，是宁杭间综合运输系统的骨干，对完善华东地区快速铁路网，促进宁杭城市带经济快速发展具有重要作用。宁杭客运专线宜兴境内一处规划桥桩与我公司DN 500mm城市高压天然气管道位置冲突，为配合国家高速铁路建设项目的顺利实施，也为了不影响向管道下游用户连续、稳定供气，我公司决定采取高压管道不停输封堵工艺对此段管道进行迁改。
① 工程概况
工程地点：宜兴104国道旁，宁杭高铁交汇处。
管道设计压力：2.5Pa，运行压力：2.5MPa。
运行管道：规格Ø508mm×9.5mm，材质L290钢。
新建管道：规格Ø508mm×10mm，材质20号钢，长度65m。
临时管道(旁通管)：规格Ø219mm×10mm，材质20号钢，长度120m。
② 方案比选[1、2]
不停输封堵施工工艺就是在管道正常带压条件下对目标管道进行封堵，并利用旁通管道实现不停输的目的，同时对新旧管道进行碰口连接的施工工艺。城市燃气管道带压不停输封堵技术主要分为气囊式、盘式(皮碗式)和桶式。气囊式封堵主要用在低压城市燃气管道，也作为盘式和桶式封堵的补充部分用在高中压燃气管道，盘式和桶式封堵适用于高中压燃气管道。桶式封堵技术即用开孔机将所需改造的管段整管切断，然后用封堵器将膨胀桶沿着切断孔送入管道中央，通过封堵器的传动装置将桶膨胀，从而封住气源。盘式封堵技术即用开孔机切出马鞍形孔，再用封堵器通过液压传动推动曲柄连杆，将高分子橡胶皮碗送入管内，达到封堵气源的目的。
盘式封堵通过皮碗在管道内受挤压变形以达到密封的目的，适用压力范围广，但由于皮碗为圆锥形，当遇到失圆度较大的管道或螺纹管时，效果就不理想，另外对于管道内有铁屑等杂质的情况，封堵效果也会受到影响。桶式封堵采用整管切断方式进行封堵，因此无论管道有无杂质或变形，都不会影响封堵效果。盘式和桶式封堵各有优点，桶式封堵技术在我国应用广泛，工艺成熟；而盘式封堵技术效率高，对原管道破损相对较小，尤其近年来随着燃气管道安全意识的不断提升及高压管道内检测技术的不断推广，盘式封堵技术逐步被推广应用。基于上述综合考虑，我公司决定采用盘式封堵技术进行该段管道改造。
3 盘式封堵施工工艺[3、4]
盘式封堵施工工艺见图1。图1中，A1、A2为旁通孔，B1、B2为封堵孔，C1、C2为气囊孔，D1、D2为平衡孔。
通常先将待改造管段两端分别用旁通管接通，以旁通管输送介质，然后封堵原管道进行改造施工作业，待施工完毕后，解除封堵，切换至新管段正常输送，最后将旁通管拆除。封堵改造工艺的施工步骤如下：
(1) 剥除原有防腐层并清洁管道外壁；
(2) 确定三通焊接点；
(3) 焊接三通并进行焊缝探伤检查；
(4) 分别安装夹板阀Z7、Z8，并组装开孔机；
(5) 对三通、夹板阀、开孔机进行整体严密性试验；
(6) 分别开旁通孔A1、A2，拆除开孔机并关闭相应夹板阀；
(7) 重复上述④～⑥步骤依次开封堵孔B1、B2、气囊孔C1、C2；
(8) 利用手动开孔机开压力平衡孔D1、D2，安装阀门Z1、Z2及放散管；
(9) 建立旁通管道，然后打开夹板阀Z7、Z8；
(10) 分别打开夹板阀Z5、Z6，下封堵头(见图2)；
(11) 分别打开阀门Z5、Z6，放散封堵孔B1、B2之间的气体；
(12) 分别打开夹板阀Z3、Z4，下气囊；
(13) 在E1、E2处分割断原管道，进行维修改造；
(14) 维修改造完成(新建管道与原管道连接完毕)；
(15) 分别从夹板阀Z3、Z4处提出气囊，并关闭夹板阀；
(16) 分别关闭阀门Z5、Z6，并拆除放散管；
(17) 分别从夹板阀Z1、Z2处提出封堵头，并关闭夹板阀；
(18) 关闭夹板阀Z7、Z8，置换、拆除旁通管道；
(19) 分别在旁通孔A1、A2，封堵孔 B1、B2，气囊孔C1、C2，平衡孔D1、D2安装堵塞；
(20) 拆除旁通孔、封堵孔、气囊孔、平衡孔相应夹板阀，加盲盖；
(21) 做防腐，恢复地貌，竣工验收。
4 项目准备
4.1 施工单位确定
桶式封堵技术应用比较广泛，技术比较成熟，施工企业也相对较多。但盘式封堵施工工艺在国内应用是近年来的事情，加之设备造价相对较高，种种原因造成国内可进行盘式封堵施工的企业并不多。我公司从集团整体利益出发，结合技术、经济综合比较，最终确定上海某公司为该工程的施工承包单位，该公司作为全国大型的城市燃气管道施工企业之一，其施工技术能力在全国同行业中处于领先水平，该公司拥有行业内领先的高压、超高压燃气管道的施工和抢修技术，具有建设部颁发的国家市政公用工程总承包一级和管道工程专业承包一级资质，具有国家质量监督检验检疫总局授予的GA1、GB1、GC1压力管道安装许可证。该工程采用了盘式封堵与囊式封堵相结合的封堵方案，关键设备采用美国TDW1200K-XL开孔机(含液压站)，其余配套设备及管件全部由沈阳某输油机械设备厂提供。
4.2 施工准备
工程现场环境较复杂，地上周边为国道及高速铁路工地，地下周边有给水、光缆等公用管线。为保证封堵施工顺利实施，进场前工程相关方共同做了如下工作：
① 进行作业带上方绿化迁移及地下其他管线探测工作；
② 按探测情况进行专业管线设计，并上报相关主管部门；
③ 按照施工图纸做好相关管材、管件采购工作；
④ 进行施工机械设备维护保养及耗件准备工作；
⑤ 进行封堵模拟试验，目的在于检验主要设备完好情况、备品耗件准备情况、人员配备情况及焊接工艺参数选定情况。
4.3 施工组织设计内容
① 施工方案，包括土方开挖、封堵工艺、验收试验等；
② 焊接工艺，包括焊接工艺、理论计算、探伤工艺等；
③ 进度、质量保证措施，包括工作分解、责任人落实、关键工序保障等；
④ 安全文明施工，包括安全围护、夜间施工措施、人员安全等。
4.4 制定应急预案
燃气管道带气施工必须严格控制现场的风险，将风险降至最低程度，保证现场风险处于随时受控状态。针对此工程，我们主要做了以下两方面工作：
① 编制风险识别清单，完善应对措施；
② 制定应急预案，确保施工及用气安全。
5 项目实施[3、4]
工程经过2个月的前期协调、准备工作，于2010年3月24日正式开工。该工程具备高压燃气管道工程及带气施工的双重特点，工程实施必须严格做好各环节细节控制，严把质量、安全控制关。通过协调上游供气压力及下游用气量等手段，保证管道施工操作期间管道内气体压力不大于1.6MPa。施工中的关键控制环节如下。
5.1 前期过程控制
① 工作坑及管沟土方开挖应注意对周边管线的保护，管沟开挖应严格按照设计标高进行，避免过量开挖，工作坑设置原土方支撑，在主封堵孔管道正下方须设置临时千斤顶支撑，防止开孔机过重造成原管道变形，工作坑尺寸须满足机具拆装及人员自由操作的要求。
② 为了更好地保护旁通管，旁通管采取浅埋敷设，永久管道敷设应严格按相关规范进行。
③ 三通管件焊点应选取在水平直管段上，开孔尽量避开管道的螺旋焊缝、环焊缝，若无法避开时，对开孔部位的焊缝进行适量打磨，开孔刀中心钻不应落在焊缝上且封堵部位的管道椭圆度与壁厚误差不得超过规定值，最远端两三通焊点之间距离尽可能远，如因管道原因造成封堵孔不能完成封堵，可及时再选点开孔。
④ 焊接人员应取得相应的三通焊接工艺焊接资质，方可进行焊接工作。每道焊缝应至少由两名焊工同时施焊，且两电弧间应相距至少50mm。在进行焊接时必须使用低氢焊条，焊接工艺采用直流反接，降低母材的温度，焊接电流控制在100～130A，并控制焊接速度。通过各种手段，确保焊接期间管道内气体流速不大于10m/s。
⑤ 对于临时管道及永久管道的环焊缝必须进行100%射线探伤，对三通管件等特殊部位的角焊缝采用100%超声波及100%着色相结合的探伤方式。
⑥ 考虑敷设的永久管道长度较短，且施工地点远离市区，管道强度及气密性试验均采用氮气介质，须做好现场安全管理工作。
5.2 开孔过程控制
① 保证开孔期间管道内气体流速不大于10m/s；
② 开孔前对三通管件、夹板阀、开孔机进行2.8MPa的整体试压，选用0.25级压力表观测其严密性，保压1h，确保设备安装安全严密；
③ 开孔前检查三通管件内是否有垃圾，防止开孔时出现意外；
④ 为了减少鞍形块可能出现的变形，减少鞍形块的修剪量，开孔前在管道上焊一个防变形肋板(见图3)；
⑤ 开孔应由经验丰富的操作手进行，安排专人记录过程尺寸；
⑥ 完成开孔时要在阀门及鞍形块上进行标记，以便于下堵塞时能准确地放回，安排专人对鞍形块进行修整，然后将其与堵塞及短节用电焊进行连接，焊接时必须保证鞍形块的水平(堵塞见图4)。
5.3 封堵过程控制
① 保证带压封堵时管内介质流速不大于5m/s；
② 严格按《钢制管道封堵技术规程》规定的顺序进行上、下游封堵操作。
5.4 断管过程控制
① 为了减少对周边环境的影响，在放散管顶端安装放散专用消声器；
② 割断主管前须对其进行氮气置换，且仪器连续3次检测甲烷体积分数均在1%以下；
③ 断管采用自动切管机对主管进行冷切割、打坡口，禁止用明火对主管切割；
④ 管道对口焊接时采用对口器，禁止对管口过量打磨、切割进行对口；
⑤ 断管前为确保封堵严密，通常在主管来气方向用黄油与滑石粉混合物砌筑“墙体”，本工程封堵效果十分理想，因此不再采取砌筑“墙体”的方式，以防止其对下游调压设施的损坏。
5.5 收尾过程控制
① 下堵塞，即把从原管道上取下的鞍形块稍作整修后放回原位，目的是方便将来管道进行清管检测，下堵作业尺寸须由专人计算，并另外安排专人进行核对，在两人确认无误后方可进行作业；下堵塞设备安装须确保同轴度，以防发生偏移，下堵塞作业时，还需严格保证管道压力无波动或压力波动小于0.1MPa；
② 新建管道通气应采取间接置换的方式，即先用氮气置换空气，再用燃气置换氮气；
③ 临时管道拆除前须进行氮气置换，连续3次检测甲烷体积分数均在1%以下方可拆除；
④ 三通管件防腐使用从德国引进的新型防腐材料(见图5)，该材料具有创伤自动修复功能，使用方便、黏结优异、抗阴极保护剥离性强；使用电火花检漏仪100%检查防腐层，合格后回填；
⑤ 按规程要求做好竣工资料整理工作，在三通管件上方砌筑泄漏检测井，并进行GPS定位，防止第三方掩埋。
6 项目总结
主体工程于2010年4月10日竣工，历时18d。盘式不停输带压封堵技术是对原有停输检修工艺的一种重要补充，成为确保管网稳定运行的重要手段。实践证明，盘式不停输带压封堵技术作为高压管道维修抢修的一种新的补充手段，有利于环保、有利于节约能源、有利于企业切实履行社会责任，是积极可行、安全有效的技术。
6.1 成功经验
① 工程准备充分，细节管理到位，责任分工明确，包括方案落实、物料准备等内容；
② 无论港华集团、施工单位领导，还是现场管理、操作人员，充分重视工程全过程；
③ 工程严格按照操作规程进行，安排专人记录、核对尺寸数据；
④ 人员配置全面，关键工序保障有力，现场指挥统一有序。
6.2 工程建议
① 工程实施中设备组(吊)装、设备压力试验时间占工程主体施工总时间的33%，如施工工序安排能够更加合理、相关操作人员技能能够进一步提升，上述时间可有效缩短；
② 管道开孔过程中产生的铁屑很明显(见图6)，除部分细微颗粒或粉末立即被气流吹到下游，依旧有部分较大块的铁屑暂时残留在三通管件周围，如施工单位或设备制造单位能设计一种专用工具(如磁性探棒)，设法取出大部分残留的铁屑，将对下游设备安全稳定运行产生深远意义。
7 结语
采用盘式不停输封堵工艺进行地下高压燃气管道改造工程施工在我市范围内是首次实施，也是港华集团首次采用上游油气管道公司以外的施工单位在集团内实施此类工程。该工程的顺利实施，丰富了我公司管网运行的管理经验，为港华集团及国内兄弟公司进行同类工程施工开辟了新的途径，具有特别重要的意义。
参考文献：
[1] 冯颖，彭国晟.皮碗式带压不停输封堵技术的改进[J].煤气与热力，2006，26(5)：13-15.
[2] 史业腾.不停输管道的开孔封堵作业[J].煤气与热力，2003，23(2)：86-88.
[3] SY/T 6150.1—2003，钢制管道封堵技术规程 第1部分：塞式、筒式封堵[S].
[4] SY/T 6150.2—2003，钢制管道封堵技术规程 第2部分：挡板-囊式封堵[S].
(本文作者：白连明1 黄冬建1 史文君2 生炀3 1.宜兴港华燃气有限公司 江苏无锡 214200；2.港华投资有限公司 广东深圳 518026；3.沈阳三全工程监理咨询有限公司 辽宁沈阳 110026)
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