杭州-宁波天然气输气管道动火连头技术

摘要：杭州-宁波天然气输管道工程与宁波市城市轻轨建设规划有冲突需要动火连头，此次动火连头采用了开孔排 液、爬管机切割、气囊封堵等技术。

关键词：动火 管道切割 气囊封堵

中图分类号：K826文献标识码： A

0 前言

杭州-宁波天然气输管道主要杭州至宁波天然气输气管道管线长237.7公里，管径为813毫米。它起于东海天然气登陆点三山，经宁波、绍兴至杭州，抵达西气东输的终点杭州崇贤，并在宁波与今后建设的LNG天然气（压缩天然气）设施贯通。此项目可以沟通三种气源：来自西部的天然气已于今年1月进入浙江，近期建设将以东海春晓气田群的输入为主，远期还将接入LNG天然气。

由于宁波市城市轻轨建设与此管线冲突需要改线，此次动火为杭州-宁波天然气输管道工程投产以来最大的一次动火。任务重、责任大、工期紧。本次动火连头共4处动火点，150道焊口。

1工程概述

石油、天然气管道在检修、改造和扩建的过程中，经常需要经行动火作业。本次动火工程主要包括：

（1）在通途路立交段Φ813x14主管线上动火，连头两处；

（2）在宁穿路轨道段Φ813x14主管线上动火，连头两处；

本次动火工程巨大，肩负着 杭州-宁波天然气输管道顺利供气的重要使命为了保证动火作业安全, 现场工程技术人员和施工人员根据作业流程和设备设施防护的不同需要, 探索了防护接地、带压开孔排液、管道机械切割和管道气囊封堵等防护方法。经过不断改进和现场应用实践证明, 这些方法有效地保证了动火作业安全。

2动火连头方案

2.1动火连头风险分析

本次动火连头主要集中在马路边, 在含油、天然气等易燃易爆管线上动火施工, 根据《 石油工业动火作业安全规程》(SY/T5858- 2004)关于工业动火等级划分的规定, 本次动火为一级动火; 施工期间可能出现管内可燃气体浓度超标, 管内有残液等风险而引起的火灾、爆炸、窒息、坑道塌方等较大的隐患和风险。为削减动火连头带来的风险, 确保动火连头的成功, 本方案采用两阀室管线接地网和动火点临时独立接地相结合, 将焊机杂散电流引入大地可以防止被动火设备和管道因杂散电流引起的火灾; 采用在管道低点开孔排液, 解决管道因积存液体带来的安全隐患; 采用爬管机机械切割管道, 避免因火焰切割而带来的明火和保证对口间隙; 采用气囊封堵,阻断管道内可能存在的凝液挥发造成的安全隐患。

2.2 动火连头基本流程

根据动火前的动火作业危害分析和风险评估,本次动火连头的基本流程为: 两阀室之间的管线接地和动火点临时独立接地放空卸压氮气置换与检测带压(在放空卸压至 1 MPa 时即开始)开孔排液管道切割、气囊封堵管道组对焊接焊缝无损检测投产前氮气置换。动火的关键点是开孔排液、管道切割封堵、管道组对焊接三个工序。

3动火点临时独立接地

3.1 防护接地的概念

动火中的防护接地是指为防止被动火设备和管道因焊机杂散电流引起火灾而设置的专用接地线, 把杂散电流引入大地, 是保障动火作业安全的一种常用措施。

3.2 接地线的安装与接地电阻

焊前测试站内全厂接地网并安装单独动火专用接地体, 接地体安装在焊接操作坑内, 用 L50×5×2 500 角钢直接打入地下, 角钢顶部用扁钢引出, 接到焊接引线上, 当接地电阻大于 1 Ω 时, 再增加一根角钢, 或对埋设接地线的土壤浇盐水增湿和添加降阻剂直到实测接地电阻值小于 1 Ω 为接地合格。

4 氮气置换

4.1 氮气置换要求

动火前进行氮气置换, 不留死角, 并采用三台以上校验合格的检测仪在多个检测位置进行检测,天然气爆炸极限为 5%～15%, 按照爆炸极限下限的25%计算, 本次动火确定动火前天然气浓度小于1.25%后方可切割, 因为工期原因, 不考虑管道内凝液挥发而引起的天然气浓度超标。

4.2 氮气置换方法

氮气置换前制定了详细的氮气置换流程, 并经过专业技术人员的详细论证, 确保每一条管道都能得到置换, 选好氮气置换的检测点, 选择多个点进行检测, 当所有检测点可燃气体(指天然气)浓度均达到 1.25%以下时, 可认为氮气置换合格。

5 开孔排液

5.1 开孔排液的目的

在输气过程中管道内可能会出现凝液, 管道低点可能有少量积液, 积液会不断挥发, 即使采用氮气置换也不太可能将可燃气体全部排尽。为防止管内有残液挥发产生的着火危险, 需在原管线下方(加三通部位)开排液孔, 把管线内残液排出后用容器外运。

5.2 开孔排液方法

最早在天然气压力降至 1 MPa 以下时, 即可进行, 用焊机将一预先预制好的一端连有阀门的短节焊接在要开孔的位置, 用手动带压开孔器从预制短节管中开 DN50 孔, 但不钻透, 待氮气置换合格后,保持管内氮气压力为 0.2～0.3 MPa, 钻透开孔并拔出开孔器, 迅速关闭短节阀门, 将取液容器放在正下方, 待开孔作业人员和其他无关人员撤出后, 由系有安全绳的专业人员打开阀门进行排液, 如图。

开孔排液示意

6 管道切割

管内残液排尽后, 由于管道内仍然可能存在可燃气体, 不能采用火焊切割, 而采用爬管机进行机械割口。

6.1 爬管机的结构和固定方式

FEIN爬管机适于切割 DN250-DN3000的管道, 电动机驱动方式和气动驱动方式, 采用一端通过履带固定在切割口旁, 另一端固定在专用导轨上,通过导轨固定可以确保管道切割后端面保持在一个平面上。

爬管机

6.2 爬管机切割方法

通常在原管道上为方便连头, 需要切割两道口,在管道上画出管道要切割的中心线位置, 根据管道中心线位置切割第一道口, 为方便连头, 再切割第二道口。爬管机采用液压驱动系统, 其关键部位为切割用的刀片和坡口刀片, 管道端面圆度靠导轨和履带, 切割后, 可得到比较理想的坡口。

7 管道气囊封堵

为防止可燃气体挥发造成安全隐患, 使用了封堵气源的方法, 对于直径较大的管道, 采用气囊封堵切割后的管道, 对于小口径和根据流通介质决定, 采用黄油墙封堵切割后的管道, 以阻断可燃源;黄油墙封堵: 对动火口的管内污油用铜制工具进行彻底清除(严禁使用铁器), 然后堆砌黄油墙, 要求由有经验的人员进行施工, 要密实、捣紧、不得有空隙, 封堵好的管段不得锤击, 以避免形成间隙, 保证黄油泥墙具有足够的强度, 最后必须由动火组负责人确认合格, 以确保动火的安全。在此重点介绍较大管线的气囊封堵。

7.1 气囊结构形式

封堵气囊采用专业厂家制作的专门产品, 如图所示。考虑到焊接时温度较高, 气囊材料必须具有一定的抗温特性, 防止受热时“ 放炮”。

安全气囊

7.2 封堵和取出方法

管道切割后, 在动火管道连头焊口两侧各 1 m处快速加装封堵气囊, 气囊充气胶管外包裹几层锡箔纸并缠胶带固定, 和气囊拆除绳索一道包裹, 离焊道前后 1 m 处支架架高 10 cm, 以防焊接时飞溅烫伤胶管, 气囊加装到位后立即用氮气瓶往封堵气囊内充入氮气至 0.2～0.3 MPa, 通过目测和肥皂水检查气囊有无泄露, 如无泄漏, 再检测管内可燃气体浓度,当两侧可燃气体浓度小于 1.25%时, 进行管道组对、焊接, 否则, 用瓶装氮气对该管段进行置换, 直到合格为止。三通连头焊缝全部完成之后, 射线检测合格后, 拉出气囊。要考虑三通变径对气囊抽出时的影响, 管道隔离球封堵和抽出如图所示。

管道隔离球封堵和抽出示意图

8 管道组对焊接

由于管道长时间埋于地下, 管道切割后可能会出现左右错口和椭圆度增大, 因而组对是动火焊接中的关键环节, 工程技术人员根据管道的直径预制了管道外对口器。若切割后管道因应力上下移位, 则在组对时用吊车往上提升; 如左右移位, 则用螺旋千斤顶作左右调整。

9 结论

动火作业在含油、天然气等易燃易爆设备的正常生产过程是不可避免的, 同时动火作业也是一项比较危险的作业,杭州-宁波天然气输管道工程动火连头作业采用了开孔排液防止管内有残液挥发产生的着火危险,采用爬管机切割避免因火焊切割而带来的明火和保证对口间隙, 采用气囊封堵防止可燃气体的挥发造成安全隐患, 制定了详细的应急预案, 确保了动火连头一次成功。