宋錦 姜修才 夏國發 陳社鵬

中國石油管道局工程有限公司維搶修分公司

 

摘要：為了驗證低溫環境下Φ1422 mm大口徑管道帶壓開孔封堵維搶修技術和裝備的可行性，選擇在黑河市冬季極低溫環境進行試驗，通過設備自身低溫適用性改造、搭建保溫棚改善外部環境等措施，實現了低溫環境下大口徑管道帶壓開孔封堵技術的可行性驗證。開發設計的Φ1422 mm大口徑管道帶壓開孔封堵技術領先同行業水平，為中俄東線大口徑管道的維搶修和安全運營提供了技術支持和儲備。

關鍵詞：中俄東線；Φ1422 mm大口徑管道；低溫環境；維搶修；開孔；封堵

 

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

1  試驗方案

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

圖 1 水平開孔試驗示意圖

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，用氣體介質試壓存在危險。通過比選，選用﹣40℃冰點玻璃水作為試壓介質。

2  設備低溫適用性改造

一般開孔封堵設備適用溫度為﹣20℃～80℃[2]，中俄東線途經地區極端低溫可達﹣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

類比工業生產裝備設計制造本質安全（“本安”）要求[3]，裝備要達到本身具備低溫環境適用特性，即在裝備研發中考慮“本溫”設計。

（1）開孔封堵作業中所用的專用對開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）液壓站是主要動力源，液壓油受溫度影響黏稠度變化較大，溫度過低將影響液壓動力的正常傳輸。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、柴油發動機低溫預熱、液壓油低溫預熱、電器部分低溫預熱和整車熱循環系統五部分進行了改造[5]。

2.2  外部防護保溫措施

主要采取設備直接包覆保溫[6]和作業空間外部圍擋等措施。

（1）開孔機/封堵器外纏繞電伴熱線和包裹保溫棉進行防護。

試驗場地采用腳手架外罩塑料大棚方式，水平開孔試驗圍擋帶上蓋，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，再增加熱風輸送，使現場實際作業溫度升至﹣10℃左右，達到了常規開孔封堵設備適用的溫度范圍，改善了作業工況。

圖 3 開孔封堵設備外部增加圍擋

（2）現場配置小型汽油發電機（一般汽油機﹣30℃左右仍可正常啟動），發電機啟動后帶動小型電動熱風機來吹拂大功率柴油熱風機油箱，1 h左右后啟動大功率柴油熱風機吹掃其他設備，提升全套動力機具和人員作業環境溫度。

3  試驗過程

3.1  水平帶壓開孔

驗證低溫環境下的帶壓開孔作業能力，試驗指標見表 1，試驗現場見圖 4。

圖 4 水平帶壓開孔試驗現場

該套裝備2020年8月已在河北廊坊完成了常溫試驗[7]。現場專門選擇當天氣溫最低（﹣33℃）的凌晨4點進行測試，依托開孔結合器和外徑Φ1422 mm×30 mm厚的中剖弧形板，開比Φ1422 mm略小的Φ1180 mm非等徑孔，總耗時7.5 h。經專家評估認定，開孔設備具備最低﹣40℃的作業能力。

3.2  垂直帶壓封堵

通過試驗臺驗證低溫環境下的垂直帶壓封堵能力，試驗指標見表 2，試驗現場見圖 5。

圖 5 垂直帶壓封堵試驗

考慮實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行改造維修創造合理時間，試驗中以10 MPa進行24 h的嚴密性監測、無壓降，驗證了設備的可靠性與適用性。經專家評估認定，封堵設備具備最低﹣40℃的作業能力。

4  結論

驗證了大口徑管道開孔封堵設備在低溫環境下的技術性能和指標，是國內首個完成Φ1422 mm/X80/12 MPa規格管道開孔封堵式維搶修技術的示范性測試，標志著具備了對中俄東線安全運營的深度維搶修保駕能力，全套技術達到行業大口徑油氣管道維搶修領先水平。

 

參考文獻：

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

[2]王久平. 管道帶壓不停輸開孔封堵技術研究[J]. 科技與企業, 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, 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]. 熱帶農業科學, 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. 煤層氣輸氣管線與設備冬季保溫措施綜述[J]. 科研:00016-00016．

[7]姜修才,夏國發.國內最大口徑、最高壓力長輸油氣管道開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：國家重點研發計劃項目“油氣長輸管道及儲運設施檢驗評價與安全保障技術”，2016YFC0802106。

 

作者簡介：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理，主要從事油氣管道事故的維搶修、專用管道維搶修裝備的研發等工作。聯系方式：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裝備的研發工作。聯系方式：13933940065，jxc1983@cnpc.com.cn。