宋锦 姜修才 夏国发 陈社鹏

中国石油管道局工程有限公司维抢修分公司

 

摘要：为了验证低温环境下Φ1422 mm大口径管道带压开孔封堵维抢修技术和装备的可行性，选择在黑河市冬季极低温环境进行试验，通过设备自身低温适用性改造、搭建保温棚改善外部环境等措施，实现了低温环境下大口径管道带压开孔封堵技术的可行性验证。开发设计的Φ1422 mm大口径管道带压开孔封堵技术领先同行业水平，为中俄东线大口径管道的维抢修和安全运营提供了技术支持和储备。

关键词：中俄东线；Φ1422 mm大口径管道；低温环境；维抢修；开孔；封堵

 

油气管道带压开孔封堵技术在应对管道不停输损坏更换、移线改线、外引支线中较为常用[1]。国内已有带压开孔封堵技术，最大用于Φ1219 mm管道。中俄东线Φ1422 mm管道建成后，公司开发了Φ1422 mm大口径管道带压开孔封堵式维抢修技术和装备。2020年12月，课题组选择东北﹣33℃至﹣23℃的气候条件对该技术进行低温环境验证试验，取得了成功。

1  试验方案

在中俄东线最北端黑河设计了开孔封堵专用试验台，验证开孔和封堵两种施工技术，试验方案分别为水平结合器内开孔验证（图 1），试验台上垂直封堵测试验证（图 2）。

图 1 水平开孔试验示意图

图 2 试验台上垂直封堵测试示意图

Φ1422 mm规格开孔封堵设备打压腔体容积约为16 m3，最高测试压力需达到12 MPa，用气体介质试压存在危险。通过比选，选用﹣40℃冰点玻璃水作为试压介质。

2  设备低温适用性改造

一般开孔封堵设备适用温度为﹣20℃～80℃[2]，中俄东线途经地区极端低温可达﹣40 ℃，为此需提高设备本身的低温适应性和采取外部防护保温措施。

2.1  装备“本温”设计

类比工业生产装备设计制造本质安全（“本安”）要求[3]，装备要达到本身具备低温环境适用特性，即在装备研发中考虑“本温”设计。

（1）开孔封堵作业中所用的专用对开三通管件将永久留存于管道上，故要选择耐低温的锻件、板材等。封堵头的橡胶皮碗、开孔机/封堵器的橡胶密封件对温度比较敏感[4]，必须具备耐低温特性。

（2）液压站是主要动力源，液压油受温度影响黏稠度变化较大，温度过低将影响液压动力的正常传输。液压站低温改造除了更换低温液压油外，还从燃油加热系统、柴油发动机低温预热、液压油低温预热、电器部分低温预热和整车热循环系统五部分进行了改造[5]。

2.2  外部防护保温措施

主要采取设备直接包覆保温[6]和作业空间外部围挡等措施。

（1）开孔机/封堵器外缠绕电伴热线和包裹保温棉进行防护。

试验场地采用脚手架外罩塑料大棚方式，水平开孔试验围挡带上盖，刀具安装位置留出空档便于吊装；垂直封堵试验吊装频率高，只围挡四周即可（图 3）。在此基础上，再增加热风输送，使现场实际作业温度升至﹣10℃左右，达到了常规开孔封堵设备适用的温度范围，改善了作业工况。

图 3 开孔封堵设备外部增加围挡

（2）现场配置小型汽油发电机（一般汽油机﹣30℃左右仍可正常启动），发电机启动后带动小型电动热风机来吹拂大功率柴油热风机油箱，1 h左右后启动大功率柴油热风机吹扫其他设备，提升全套动力机具和人员作业环境温度。

3  试验过程

3.1  水平带压开孔

验证低温环境下的带压开孔作业能力，试验指标见表 1，试验现场见图 4。

图 4 水平带压开孔试验现场

该套装备2020年8月已在河北廊坊完成了常温试验[7]。现场专门选择当天气温最低（﹣33℃）的凌晨4点进行测试，依托开孔结合器和外径Φ1422 mm×30 mm厚的中剖弧形板，开比Φ1422 mm略小的Φ1180 mm非等径孔，总耗时7.5 h。经专家评估认定，开孔设备具备最低﹣40℃的作业能力。

3.2  垂直带压封堵

通过试验台验证低温环境下的垂直带压封堵能力，试验指标见表 2，试验现场见图 5。

图 5 垂直带压封堵试验

考虑实际管道封堵一般需要持续12 h以上，以便于为封堵截断的管道进行改造维修创造合理时间，试验中以10 MPa进行24 h的严密性监测、无压降，验证了设备的可靠性与适用性。经专家评估认定，封堵设备具备最低﹣40℃的作业能力。

4  结论

验证了大口径管道开孔封堵设备在低温环境下的技术性能和指标，是国内首个完成Φ1422 mm/X80/12 MPa规格管道开孔封堵式维抢修技术的示范性测试，标志着具备了对中俄东线安全运营的深度维抢修保驾能力，全套技术达到行业大口径油气管道维抢修领先水平。

 

参考文献：

[1]曹崇珍，刘格非，贾志方等．钢质管道带压封堵技术规范：GB/T28055-2011[S]．中国国家标准化管理委员会，2012：5-9．

[2]王久平. 管道带压不停输开孔封堵技术研究[J]. 科技与企业, 2015, 19(19):155-155．

[3]李海. 以本安型设备和本安型管理打造本安型矿井[J]. 中国煤炭工业, 2006, 000(006):31-31.．

[4]邓东华, 汪月琼, 钟杰平,等. 天然橡胶低温诱导结晶的影响因素研究[J]. 热带农业科学, 2016, 36(010):59-64．

[5]李锋伟, 王彦章. 挖掘机液压系统的低温保护装置[J]. 工程机械与维修, 2015(05):101-102．

[6]赵雨航, 李岩, 李令臻,等. 煤层气输气管线与设备冬季保温措施综述[J]. 科研:00016-00016．

[7]姜修才,夏国发.国内最大口径、最高压力长输油气管道开孔封堵维抢修装备初步完成性能测试[N].管道保护,2020-08-21(01).

 

基金项目：国家重点研发计划项目“油气长输管道及储运设施检验评价与安全保障技术”，2016YFC0802106。

 

作者简介：宋锦，1976年生，工程师，廊坊中国石油管道局工程有限公司维抢修分公司副经理，主要从事油气管道事故的维抢修、专用管道维抢修装备的研发等工作。联系方式：13932698346，qx_songjin@cnpc.com.cn。

通讯作者：姜修才，1983年生，高级工程师，现从事油气管道维抢修技术装备的研发工作。联系方式：13933940065，jxc1983@cnpc.com.cn。