宋錦 姜修才 夏國發(fā) 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(yàn)證低溫環(huán)境下Φ1422 mm大口徑管道帶壓開孔封堵維搶修技術(shù)和裝備的可行性，選擇在黑河市冬季極低溫環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，通過設(shè)備自身低溫適用性改造、搭建保溫棚改善外部環(huán)境等措施，實(shí)現(xiàn)了低溫環(huán)境下大口徑管道帶壓開孔封堵技術(shù)的可行性驗(yàn)證。開發(fā)設(shè)計(jì)的Φ1422 mm大口徑管道帶壓開孔封堵技術(shù)領(lǐng)先同行業(yè)水平，為中俄東線大口徑管道的維搶修和安全運(yùn)營提供了技術(shù)支持和儲(chǔ)備。

關(guān)鍵詞：中俄東線；Φ1422 mm大口徑管道；低溫環(huán)境；維搶修；開孔；封堵

油氣管道帶壓開孔封堵技術(shù)在應(yīng)對(duì)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(nèi)已有帶壓開孔封堵技術(shù)，最大用于Φ1219 mm管道。中俄東線Φ1422 mm管道建成后，公司開發(fā)了Φ1422 mm大口徑管道帶壓開孔封堵式維搶修技術(shù)和裝備。2020年12月，課題組選擇東北﹣33℃至﹣23℃的氣候條件對(duì)該技術(shù)進(jìn)行低溫環(huán)境驗(yàn)證試驗(yàn)，取得了成功。

1  試驗(yàn)方案

在中俄東線最北端黑河設(shè)計(jì)了開孔封堵專用試驗(yàn)臺(tái)，驗(yàn)證開孔和封堵兩種施工技術(shù)，試驗(yàn)方案分別為水平結(jié)合器內(nèi)開孔驗(yàn)證（圖 1），試驗(yàn)臺(tái)上垂直封堵測試驗(yàn)證（圖 2）。

圖 1 水平開孔試驗(yàn)示意圖

圖 2 試驗(yàn)臺(tái)上垂直封堵測試示意圖

Φ1422 mm規(guī)格開孔封堵設(shè)備打壓腔體容積約為16 m3，最高測試壓力需達(dá)到12 MPa，用氣體介質(zhì)試壓存在危險(xiǎn)。通過比選，選用﹣40℃冰點(diǎn)玻璃水作為試壓介質(zhì)。

2  設(shè)備低溫適用性改造

一般開孔封堵設(shè)備適用溫度為﹣20℃～80℃[2]，中俄東線途經(jīng)地區(qū)極端低溫可達(dá)﹣40 ℃，為此需提高設(shè)備本身的低溫適應(yīng)性和采取外部防護(hù)保溫措施。

2.1  裝備“本溫”設(shè)計(jì)

類比工業(yè)生產(chǎn)裝備設(shè)計(jì)制造本質(zhì)安全（“本安”）要求[3]，裝備要達(dá)到本身具備低溫環(huán)境適用特性，即在裝備研發(fā)中考慮“本溫”設(shè)計(jì)。

（1）開孔封堵作業(yè)中所用的專用對(duì)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(jī)/封堵器的橡膠密封件對(duì)溫度比較敏感[4]，必須具備耐低溫特性。

（2）液壓站是主要?jiǎng)恿υ矗�液壓油受溫度影響�(zhàn)こ矶茸兓�較大，溫度過低將影響液壓動(dòng)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(tǒng)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)低溫預(yù)熱、液壓油低溫預(yù)熱、電器部分低溫預(yù)熱和整車熱循環(huán)系統(tǒng)五部分進(jìn)行了改造[5]。

2.2  外部防護(hù)保溫措施

主要采取設(shè)備直接包覆保溫[6]和作業(yè)空間外部圍擋等措施。

（1）開孔機(jī)/封堵器外纏繞電伴熱線和包裹保溫棉進(jìn)行防護(hù)。

試驗(yàn)場地采用腳手架外罩塑料大棚方式，水平開孔試驗(yàn)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(yàn)吊裝頻率高，只圍擋四周即可（圖 3）。在此基礎(chǔ)上，再增加熱風(fēng)輸送，使現(xiàn)場實(shí)際作業(yè)溫度升至﹣10℃左右，達(dá)到了常規(guī)開孔封堵設(shè)備適用的溫度范圍，改善了作業(yè)工況。

圖 3 開孔封堵設(shè)備外部增加圍擋

（2）現(xiàn)場配置小型汽油發(fā)電機(jī)（一般汽油機(jī)﹣30℃左右仍可正常啟動(dòng)），發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)小型電動(dòng)熱風(fēng)機(jī)來吹拂大功率柴油熱風(fēng)機(jī)油箱，1 h左右后啟動(dòng)大功率柴油熱風(fēng)機(jī)吹掃其他設(shè)備，提升全套動(dòng)力機(jī)具和人員作業(yè)環(huán)境溫度。

3  試驗(yàn)過程

3.1  水平帶壓開孔

驗(yàn)證低溫環(huán)境下的帶壓開孔作業(yè)能力，試驗(yàn)指標(biāo)見表 1，試驗(yàn)現(xiàn)場見圖 4。

圖 4 水平帶壓開孔試驗(yàn)現(xiàn)場

該套裝備2020年8月已在河北廊坊完成了常溫試驗(yàn)[7]。現(xiàn)場專門選擇當(dāng)天氣溫最低（﹣33℃）的凌晨4點(diǎn)進(jìn)行測試，依托開孔結(jié)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(shí)7.5 h。經(jīng)專家評(píng)估認(rèn)定，開孔設(shè)備具備最低﹣40℃的作業(yè)能力。

3.2  垂直帶壓封堵

通過試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證低溫環(huán)境下的垂直帶壓封堵能力，試驗(yàn)指標(biāo)見表 2，試驗(yàn)現(xiàn)場見圖 5。

圖 5 垂直帶壓封堵試驗(yàn)

考慮實(shí)際管道封堵一般需要持續(xù)12 h以上，以便于為封堵截?cái)嗟墓艿肋M(jìn)行改造維修創(chuàng)造合理時(shí)間，試驗(yàn)中以10 MPa進(jìn)行24 h的嚴(yán)密性監(jiān)測、無壓降，驗(yàn)證了設(shè)備的可靠性與適用性。經(jīng)專家評(píng)估認(rèn)定，封堵設(shè)備具備最低﹣40℃的作業(yè)能力。

4  結(jié)論

驗(yàn)證了大口徑管道開孔封堵設(shè)備在低溫環(huán)境下的技術(shù)性能和指標(biāo)，是國內(nèi)首個(gè)完成Φ1422 mm/X80/12 MPa規(guī)格管道開孔封堵式維搶修技術(shù)的示范性測試，標(biāo)志著具備了對(duì)中俄東線安全運(yùn)營的深度維搶修保駕能力，全套技術(shù)達(dá)到行業(yè)大口徑油氣管道維搶修領(lǐng)先水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹崇珍，劉格非，賈志方等．鋼質(zhì)管道帶壓封堵技術(shù)規(guī)范：GB/T28055-2011[S]．中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2012：5-9．

[2]王久平. 管道帶壓不停輸開孔封堵技術(shù)研究[J]. 科技與企業(yè), 2015, 19(19):155-155．

[3]李海. 以本安型設(shè)備和本安型管理打造本安型礦井[J]. 中國煤炭工業(yè), 2006, 000(006):31-31.．

[4]鄧東華, 汪月瓊, 鐘杰平,等. 天然橡膠低溫誘導(dǎo)結(jié)晶的影響因素研究[J]. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 36(010):59-64．

[5]李鋒偉, 王彥章. 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)的低溫保護(hù)裝置[J]. 工程機(jī)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(shè)備冬季保溫措施綜述[J]. 科研:00016-00016．

[7]姜修才,夏國發(fā).國內(nèi)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(hù),2020-08-21(01).

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“油氣長輸管道及儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施檢驗(yàn)評(píng)價(jià)與安全保障技術(shù)”，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(jīng)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(fā)等工作。聯(lián)系方式：13932698346，qx_songjin@cnpc.com.cn。

通訊作者：姜修才，1983年生，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事油氣管道維搶修技術(shù)裝備的研發(fā)工作。聯(lián)系方式：13933940065，jxc1983@cnpc.com.cn。