浅谈输油管道带压开孔技术及其应用

摘 要

带压不停输开孔装置设备是在不停产情况下进行开孔接点,开孔机在开孔过程中是在完全封闭的空腔内进行的,刀具切削过程与空气隔绝,无着火、爆炸的可能性。由于封闭开孔、无泄漏,有毒有害介质不能排放到大气中,因此对环境无污染。如日照港油品码头有限公司需在原有输油管道上进行对接新管线，由于公司生产不停工，输油管线无法回空，特请中石化第四建设公司，结合该实例从油品公司要求、图纸会审、设计交底、方案编制、方案交底、现场焊接监控、安全隔离、开孔器检查、风险控制、实施开孔等一系列步骤的成功实施为原油管线不停输实施了带压开孔并对接好新管线接口。本文重点介绍原油管道带压开孔技术的原理、操作方法、步骤、技术要点以及风险防范和控制和在油品输运企业中的实际应用。

关键词：原油管道，带压开孔，技术，应用

Abstract

Take pressure constantly lose opening devices is not suspend production situation of open hole contact, tapping machine in the opening process are in a totally enclosed within the cavity, tool cutting process and air isolation, without the possibility of fire, explosion. Due to the closed open hole, no leakage, poisonous and harmful medium can't emissions to the atmosphere and, therefore, is free from pollution to the environment. Oil terminal in Rizhao Port Co., Ltd. required in the original oil pipeline docking new pipelines, production downtime due to company, the pipeline is unable to return empty special fourth in the petrochemical, construction company, in conjunction with the examples from the oil companies requirements, design disclosure, project establishment, project disclosure, site welding monitoring, safety isolation, open hole opener inspection, risk control, and the implementation of open hole and a series of steps for the Successful implementation of the hot crude oil pipeline to the implementation of the new pipeline hot tapping and docking good interface. This article focuses on the principles, methods of operation, steps, technical points, as well as risk prevention and control of crude oil pipeline hot tapping technology and practical application in oil transport enterprises.

Key words:  Crude oil pipeline, with pressure opening, technology, Application

1 绪论

近年来，随着我国经济的飞速发展，油品输运行业也快速发展，随着油品输运企业的建设和发展，在项目建设和公司规模扩建过程中，遇到了好多需要管道开孔、新老管线对接及管线意外泄露的情况，管道带压开孔及封堵技术也应运而生。这是一种安全、经济、快速高效的技术。它能在不间断管道介质输送的情况下完成对管道的更换、移位、换阀及增加支线的作业，也可以在管道发生泄漏时对事故管道进行快速、安全地抢修，恢复管道的运行。

1.1 研究目的和意义

前几年石化装置大量的建设和开工，随之带来的问题是装置过运行周期后需检修、改造或消缺等措施来维持装置后一个周期的运行，一牵涉到检修、改造等往往装置需要停车，一停车就会损失很大的效益。带压开孔技术是采用机械切削方式在承压管道上加工出圆形孔的一种作业技术。本技术在不需要停车的情况下利用开孔机对带压设备、管道进行开孔，既不影响装置的正常运行，又能保证安全、高效、环保的完成管线碰头或预留接口的目的。带压开孔技术是一种先进的管道、设备改造、抢修技术,它解决了装置连续生产的难题,能带来巨大的经济效益和社会效益。

1.2 研究的方法和思路

对管道带压开孔的一系列步骤进行剖析，并结合实际操作过程，对风险的控制方法进行分析。总结出实际操作的准备过程、实施过程与风险控制之间的协调关系，找到彻底解决风险问题的方法和思路。并在此基础上提出一种基于信息、资源交互共享的、系统化的、动态的、覆盖全程的带压开空风险管理模型，并对该模型进行详细的描述。在案例实践中通过建立相应的风险管理机制，来实现项目风险管理模型的应用。

2带压开孔相关概述

2.1带压开孔定义

带压开孔就是在密闭状态下，以机械切削方式在运行管道上加工出圆形孔的一种技术。既不影响管线的正常投运，又能保证安全、高效、环保的完成新旧管子的碰头工作。

2.2  适用范围

石油化工装置中易燃易爆、有毒有害等流动液体介质（操作压力≤3.0MPa   操作温度  5℃～250℃   旁路直径  ≤DN750  被开孔设备、管道壁厚≥5mm）的设备、管道带压开孔。从下面参数表中分析可得出符合带压开孔的总体适用范围。

表2.1 该原油取样器项目带压开孔技术参数表

2.3  带压开孔特点

工艺先进   可带压作业及装置不停输作业   机械密闭切割  无污染   创效高   

3 带压开孔原理及工艺流程    

3.1原理

利用开孔机对设备、管道进行带压开孔首先在设备、管道带压焊接一个带法兰阀门的短管，再把开孔机与法兰阀门连接，并打开阀门，然后把开孔机刀具通过阀门接触到需要开孔设备和管道，然后在该短管、阀门、钻机连箱刀具放置空间里面按被开孔管道的设计压力做好试压及气密工作，试压合格后转动刀具在设备、管道上开孔，开孔成功后退出刀具和开孔留下的铁块，退出到阀门以外的钻机连箱的空间中，然后关闭阀门，钻机连箱泄压并拆去开孔机，带压开孔成功。从开孔过程中可以看出，带压开孔主要利用短管、阀门、钻机连箱刀具放置空间来实现在线开孔的，其中的关键点为焊接短管时的焊接过程，属于带压在线焊接，根据焊接原理，焊接过程是一个融化冶金过程，焊接中会形成一个局部的熔池，熔池温度很高，且会使周围金属温度升高，降低金属的抗拉强度。因此根据在焊接以前先要测量后被开孔管道的壁厚，如壁厚小于5mm，则焊接短管时会发生焊穿现象，带压开孔无法实施。如壁厚达到了焊接短管的要求则为防止意外，在带压开孔焊接过程中，南瓜视频app下载选择容易控制手工钨极氩弧焊，且焊接过程中采用小电流、快速焊、手把倾斜等方法降低线能量，从而降低温度和熔池深度。另外选择待开孔管道介质需要流动且为液体，因为这样可以更好的把焊接产生的温度和介质进行热传导，从而降低热量集中的危险。通过南瓜视频app下载多次实践经验，在氩弧焊焊接过程中，熔池深度（深入需开孔管道、设备侧）在2mm左右，内壁温度一般不超过100℃，由于开孔过程在操作条件下，离设计条件有一定距离。故焊接过程是安全可靠的。

图3.1 带压开孔原理图

3.2 工艺流程

图3.2 开孔工艺流程示意图

4  带压开孔技术应用

4.1 带压开孔实施具体步骤

4.1.1施工作业准备：

首先联系甲方对作业人员做好入场三级教育，其次方案编制者做好作业人员的安全、技术交底工作并签字确认。根据甲方对带压开孔作业定为特级动火，需特级火票，则按特级火票要求则联系甲方做好消防车到位，消防通道检查。根据现场情况做好JHA分析工作，观察周围作业环境，确定施工作业位置。作业现场设逃生通道。

4.1.2  开孔作业点选择：

剥离被开孔管道保温层，核对图纸，开孔点选择必须符合图纸要求，不能随意确定位置。开孔点不能选择在焊缝上，如实际位置在焊缝上则与设计和甲方商量更换位置。利用测厚仪对被开孔管道的开孔点进行壁厚测量并记录数据。通过测厚仪检测施焊处的实际壁厚，满足施焊要求。

4.1.3  短管焊接前准备工作：

（1）  管件焊接前首先确认焊接短管和阀门规格尺寸是否符合设计要求，应该检查表面质量和质量证明文件。

（2）  检查开孔机状态，确保符合使用条件。

（3）  检查阀门试压记录，确保阀门的密封性和强度性符合设计要求。

（4）  检查阀门尺寸，确保有足够的内径让开孔刀顺利通过。

（5）  检查管件总长度,确保开孔行程不超过开孔机的最大行程，这个根据开孔机而定。

（6）  根据现场情况,对接管位置进行放样，短管需要垂直与管道或设备，如果是球面形状，接管中性线需要与球面球心重合。

4.1.4  开孔短管焊接：

（1）  管道压力要求：管道允许带压施焊的压力如下公式：

 式中：

P---设备、管道允许带压施焊的压力，单位Mpa；

---设备、管道母材的最小屈服极限，单位为Mpa；

t---焊接处管道、设备实际厚度，单位为MM;

c---因焊接引起的壁厚修正量，单位为MM（通常为2.5mm）;

D---设备、管道外径;

F---安全系数（水、氮气等非可燃、有毒介质取0.6；有毒可燃介质取0.5）

（1）  焊接时，设备、管道内介质流速应该小于5m/s.

（2）  管件的焊接严禁使用气焊。

（3）  组对前，应该对开孔点及短管的坡口表面进行打磨清理，去除油污、铁锈 、水质等任何杂物，见金属光泽。

（4）  管件焊接前控制与短管与需要开孔管道、设备间的缝隙，短管不能直接与母管焊接。若缝隙过大，则矫正后再进行焊接。

（5）  以上条件具备后，可以开始焊接短管，首先进行短管与母管的焊接，焊接方法如下图：打底氩弧焊时，采用单面焊双面成型工艺，应保证根部焊透，其余层采用手工电弧焊工艺。焊接过程中要尽量采用小电流，防止烧穿母管。

（6）  短管焊接完成后，对此焊道用PT或MT检查，合格后组对加强板，焊接方法如下图：同样采用打底氩弧焊，其余层采用手工电弧焊工艺。焊接过程中要尽量采用小电流，防止烧穿母管。

（7）  焊接完成后应该对加强板焊道进行检查，采用   PT或MT进行检测。

（8）  检测合格后，装上阀门，然后对阀门和短管进行强度试验，试压压力为母管设计压力的1.5倍，试验介质一般情况下用水，对于对管道清洁度、干燥度要求较高的管道可采用气试，升压、保压、降压过程与一般管道试压相同。

（9）  此项环节为施工重点环节，必须按以上措施施工。

4.1.5  管线开孔

（1） 组装开孔机。

（2） 组装过程中应该检查开孔刀和钻机连箱同心度符合要求。

测量开孔刀头的初始位置，并在开孔机轴标尺处做好记录，方便确认刀具进入状况。

（1） 把开孔机和阀门连接，垫片螺栓适用准确。

（2） 开孔机安装完毕后要进行整体气密，整体气密很重要，可检查整个系统是否完好。开孔过程中开孔机或法兰面泄漏会造成很严重后果。气密过程也是置换过程，把连箱和短管内空气置换成惰性气体。

（3） 气密合格后，打开连箱放空阀。为放净连箱和短管内气体准备。

（4） 带压开孔开始，用力要均匀。

（5） 中心钻头钻透管壁时，介质会充满连箱和短管，等里面气体全部放出后，关闭放空阀。

（6）  随着开孔刀开始切割管壁，可以听到刀具切割噪音。

（7） 开孔时要注意钻机的转速，确保开孔机转速稳定。

（8） 开孔完毕后，切割噪声会降低或停止，动力液压也会降低，且开孔机和动力装置将更稳定，同时检查轴标尺，是否已经达到深度。

（9） 完成开孔。

（10） 为确认是否完成开孔，只需将刀具在用手动进入5-6圈，如能顺利进入，表明开孔已经完成，如不能进入，说明还需继续开孔。

（11） 开孔完毕后退回刀具到连箱内。

（12） 完全关闭阀门。

（13） 开启放空阀，释放连箱内的压力。

（14） 把开孔机从阀门上拆除。

（15） 作业完成。

 人员配置

表4.1   项目部人员配置

备注: 以上部分人员可以合理兼职。

4.3  施工机具配置表

表4.2施工机具配备表

 施工耗材配备表

表4.3 不停输改造施工耗材配备表

5 管道带压开孔质量目标及质量保障措施

5.1 质量目标

总体质量目标：单位工程合格率100%，优良率90%以上；

工程设备、材料质量合格率100%；

管线现场焊接一次合格率100%以上；

管道开孔一次合格；

设备、阀门安装一次合格、对号率100%。

5.2 质量保障措施

5.2.1 建立健全质量保证体系

  项目经理     

建立以项目经理为第一责任人的质量管理组织机构，确立项目质量目标，制定各级人员质量责任制，落实责任。从而保证质量目标的贯彻实施。质量保证体系各级责任人员到位到岗，深入施工现场，履行相应职责，确保质保体系正常运作。本项目拟组建在公司质保体系的领导下项目质量保证体系如图2-2所示。