某天然气门站管道带气开孔技术
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【摘要】本文对某天然气门站管道带气改造开孔技术方案进行了分析，确定了直接在Φ610*11.9的主管道上开口，并焊接一个规格为Φ297*22，材质为16Mn的Ⅲ级支管锻件的改造方案。同时，对该改造方案的技术要点进行了详细说明，对技术实施过程进行了严格控制，保证了改造施工的安全及工程质量。
【关键词】管道 带气改造 开孔 天然气门站
某天然气门站接收上游天然气，为主城区及周边地区用气起到调压、计量及净化作用。原设计天然气出站规模为10×104Nm3/ h，随着城市的高速发展，该站的输气规模已经无法满足要求。为此，决定在站内再安装一套高压计量撬，将站内高压出口的气流引入新建的高压计量撬，使改建后门站的进出站规模达到20×104Nm3/h。由于该门站的重要性，一旦长时间停止供气，将产生巨大的经济损失。因此，该改建项目需要在原有管道带压、带气情况下，引出一条管线与新建的高压计量撬相连接，将经济损失降到最低。
改造管道主要参数如下：主管设计压力P=4.0MPa，外径Do=610mm，内直径Di=586.2mm，实际厚度δn=11.9mm，材质为L360。
1 施工方案确定
通过查阅文献结果显示，国内目前用于管线、门站等储运设施在不停输油气储存介质的条件下，进行支路或配管的连接施工作业方法，较多采用管道不停输开孔封堵技术。该技术是在管道不停止输送介质、不降低压力，保证管线正常运行情况下对管线进行维修、抢修加接旁路、更换或加设阀门、更换管段和管线局部改道等的施工作业和处理管线内部故障的方法。
不停输开孔封堵技术需要根据管线尺寸来配备相应规格的开孔设备，且只有闸阀和球阀这种在阀门打开状态下阀腔为空腔的阀门才能适用。同时该技术，需要在施工管段上开六个孔：两个旁通孔、两个封堵孔以及两个泄压及平衡孔，开孔量大。对于此改造工程，不具备开六个孔的空间，且由于改造时间紧，之前也无采用不停输开孔封堵技术进行改造的经验，缺少相应设备。故此工程结合实际情况，制定如下施工方案。
1.1 方案一
将原主管割断后，焊接DN600*250-CLASS300三通，然后通过DN250球阀与支路管线连接。根据现场实际测量准备焊接的三通长度为88cm，原主管上焊缝与球阀法兰处的焊缝间距109cm。割掉从原有主管上焊缝开始长88cm管段后，直接焊接三通，使焊缝之间的间距为最大20cm。
根据分析，如按方案一进行施工，实际操作过程中，可能会产生以下不利影响：
（1）由于地质沉降，两侧球阀存在一定的位差，导致三通无法对口；
（2）主管切割后由于高温受力影响，主管切口形状改变，致使三通无法对口；
（3）假设采用强制对口将三通与主管焊接，该段管子在高达4Mpa的内压与强制对口残余应力共同作用下，易在焊口产生裂纹等缺陷。
1.2 方案二
直接在Φ610*11.9的主管道上开口，开口直径Φ297，在开孔处焊接一个规格为Φ297*22，材质为16Mn的Ⅲ级支管锻件，然后通过DN250-CLASS300RF球阀与支路管线连接。
根据GB50028-2006《城镇燃气设计规范》6.4.17第2条规定，当支管道公称直径≥1/2主管道公称直径时，应采用三通。而如方案二，在主管上开孔方式进行改造，其开孔公称直径50mm时，应进行补强，故此处采用了增加支管壁厚的整体补强形式[5]。经设计分析，采用等面积补强法计算，规格为Φ297*22，材质为16Mn的Ⅲ级支管锻件，其规格材质能满足整体补强要求。
综上所述，从施工过程及施工后降低可能产生的危害角度考虑，方案二较方案一具有更好的可行性。同时，方案二需要焊接1道焊口，与方案一的2道焊口相比，其工作量及难度都大大降低，有利于施工。故本工程，采用方案二的形式进行改造施工。
2 技术要点
方案二的主要施工流程示意。从示意中可以看出，改建项目在施工过程中应重点考虑以下几方面：
（1）保证施工过程中改造管段内部天然气置换完全，天然气残余浓度应低于其爆炸极限值LEL（Lower Explosive Limit）5%～15%，从而避免由于开孔过程中的火星、热量等因素可能导致的安全隐患；
（2）主管上开口位置定位及打孔准确，保证与支管锻件组对的对口间隙，坡口角度、钝边、管线对口错边量等其它尺寸符合设计文件规定；
（3）主管与锻件组对完成后，应严格按照焊接工艺指导书要求，保证焊缝根焊熔透，成型良好，无超标缺陷。
3 技术实施
3.1 封堵
在该门站改造施工前准备过程中发现，改造管段左侧球阀存在内漏情况。为保证改造管段在关闭两端阀门后，阀门两侧的天然气无法渗入，故向出现内漏情况的左侧阀门内部注射密封脂，达到进一步封堵阀门密封面，保证密封性能的要求。3.2 气体置换
天然气的主要成分是甲烷，当空气中天然气的爆炸极限LEL（Lower Explosive Limit）为5%～15%的时候，遇到明火，天然气就会发生爆炸。天然气爆炸在瞬间产生高压、高温，其破坏力和危险性巨大。为保证改造过程中的安全性，应将改造管段内部气体置换完全，严格控制改造管道内部天然气含量低于其爆炸极限。
施工改造管段采用氮气置换。可将管段上配有的压力表及传感器接管，直接作为泄压、泄气及平衡孔使用，其中一个接管作为氮气接入口，一个接口作为泄压泄气口。置换过程中，先通过泄压泄气口，将改造管道泄压，降至常压后，再开启氮气入口，置换管段内天然气。置换过程中，用天然气浓度检测仪阶段性的测量泄气口天然气浓度，当LEL低于5%时，实测LEL为0%，完成气体置换。
3.3 开孔
管道开孔切割采用等离子进行切割。等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化（和蒸发），并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。该切割形式可有效避免由于氧气乙炔切割导致的割渣掉进管道内。在进行等离子切割前，先进行定位打孔，再按照定位打孔的边线进行切割，避免切割误差导致管道开口过大或过小。
3.4 组焊
3.4.1？管口组对
割口完成后应进行坡口的打磨，打磨后准备进行对口。Φ273短管与Φ610开口进行组对时，应满足以下条件：
保证管道内清洁，并将坡口表面及坡口边缘内外不小于20mm内的油漆、污垢、铁锈、毛刺清除干净，不得有裂痕、夹层等缺陷；
管道及管件的对口间隙，坡口角度、钝边、管线对口错边量等其它尺寸必须符合设计文件规定；