不停输带压开孔封堵.docx

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不停输带压开孔封堵

不停输带压开孔封堵

一、不停输带压开孔

管道带压开孔是指在密闭状态下，以机械切削方式在运行管道上加工出圆形孔的一种作业技术。

当在役管线堵塞、损坏或需要加装支管时，可采用管道带压开孔技术完成，既不影响管线的正常输送，又能保证安全、高效、环保的完成新旧管线的连接工作。

适用范围

适用介质：

除氧气以外的任何工矿介质（含易燃、易爆、有毒等介质）

适用材料：

碳钢、铸铁、球墨铸铁、混凝土、内涂层钢、聚乙烯和石棉水泥板等等

特殊工艺：

合金材质、不锈钢材质开孔封堵工艺

适用管径、介质压力和温度：

开旁通孔Φ20～Φ1500  ≤6.4MPa   -30℃～330℃

开封堵孔Φ20～Φ1000  ≤4.0MPa   -30℃～280℃

技术特点

安全性：

由于切削过程是在完全封闭的空腔内进行的，所以刀具与空气完全隔绝，没有着火、爆炸的可能。

环保性：

由于封闭开孔,因此有毒有害介质不会排放到大气中。

高效率：

一般管径开孔只需要10～50分钟，大口径也仅需6～8小时，施工工期短。

高效益：

不停产直接操作，可为厂家节约可观的停产维修费用，特别对燃气管道、化工

管道、石油管道带来的效益更是不可估量。

                                      开孔机

 1 基本原理和结构

不停输带压开孔是利用短管（或剖分三通）、法兰、阀门连接在需要开孔的设备方位上，用由密封装置、切削刀具和进给装置等组装成开孔工具。

可在设备上进行手动或电动的带压开孔工作，以满足工艺的需要和实施设备的在线维修工作。

在制作钻孔工具之前，首先要了解需进行开孔的容器或管道的工艺介质的类别、操作压力和温度等情况，以及该开孔处的材质，直径、厚度和根据工艺要求所需开孔的直径大小，选择合适的公称系列的短管（或剖分三通）、法兰和阀门．决定采用手动或电动开孔方式以及切削刀具的结构型式等。

钻孔工具是带压开孔能否成功的关键。

一个典型的钻孔工具的结构如图1所示，其中主要部件的情况说明如下：

                    图1带压开孔工具结构图

1.1短管或剖分三通

根据所需开孔的公称直径和工艺介质的操作温度、压力等情况，选定相应材质的短管或剖分三通（以短管为例）。

开孔前，将此短管按照设计的焊接要求，在划好线的部位焊接在设备或管道上。

1.2法兰

根据介质压力的大小，决定法兰的结构型式（平焊或对焊法兰），将法兰焊接在短管的一端，法兰与短管都应选择符合相应的管法兰标准。

1.3阀门

可选用闸阀或球阀，这两种阀门全开的通径较大，也要与短管、法兰的公称直径相符合。

阀门安装在短管法兰之前应经过试压检查，合格后才能加上专用垫片与短管法兰相连。

以上短管、法兰和阀门都是永久性的部件，应选用适当的材质以满足工艺条件的要求。

1.4填料函

这是临时性的装置，填料函下部是一个与阀门一端相连的特殊法兰，法兰中部是填料函，用填料压盖压紧填料以密封开孔后沿钻杆泄漏的工艺介质。

填料不宜多加，2～3圈即可，以缩短钻杆和整个钻孔工具的长度。

1.5钻头和钻杆

钻头是采用普通的麻花钻，选用75 °～90 °顶角。

若开孔较大，则应选用前端带有定位麻花钻的空心铣刀代替普通的麻花钻切割孔洞。

另外，排屑也应考虑采用相应的结构。

钻杆应有足够的强度和韧性，与钻头用氩弧焊V型坡口焊接．焊口应打磨，保持一定的光洁度，以保证钻杆穿过填料函时的密封性能。

1.6棘轮扳手

手动钻孔时，用手扳动棘轮扳手以旋转钻杆达到钻孔切削的目的。

电动钻孔时，此处为蜗杆蜗轮减速器，和电动机相连，驱动钻杆工作。

1.7压紧螺杆

它和钻杆顶部相连，两者间有一钢珠，以使两杆保持良好的对中和减少传动的摩擦力。

压紧螺杆的作用是作为钻头切削的进给机构。

另外，当钻孔时，管道中的介质有一定的压力，会产生推力而把钻杆朝外顶出，用压紧螺杆传递钻孔进给力给钻杆，可保证钻孔的顺利进行。

1.8专用垫片

此垫片连接在短接管法兰与阀门之间，当钻杆较长时，可考虑采用此垫片．以使钻杆除填料函处有一支点外，在此处也可获得一支点，保证钻杆进给时的对中及稳定性因法兰采用的是标准系列尺寸，所以一般此垫片只要内径稍小一点，比钻头的外径稍大一点即可，可根据装配的具本情况决定。

2 施工程序

在生产现场施工钻孔，可按以下步骤进行。

2.1焊接短管法兰

在选定的方位上且未开孔的情况下，把短管焊接到管道上，然后．在短管的另一端焊接法兰，其焊接、无损检查以及短管和法兰对管道的垂直度均应符合设计要求，见图2。

                                  图2焊接短臀法兰

2.2安装阀门

在焊好的短管上安装阀门（闸阀或球阀）。

使用专门为开孔及封堵作业设计的阀门，与标准阀门相比，它具有很短的结构长度和较大的通径。

很短的结构长度可以减少开孔机和封堵器的行程，而较大的通径又能满足开孔和封堵的要求。

此时阀门可处于关闭或开放的状态，见图3。

                                图3安装阀门

2.3安装钻孔工具

将开孔机前端事先安装好开孔刀、导向钻及连箱后，整体安装在阀门上。

在填料函法兰和阀门一侧法兰之间加上垫片，用拉杆螺栓连接阀门法兰即可，见图4。

2.4钻孔

确认所有的安装工作无误、密封可靠后，把阀门开到最大，以使钻杆能自由通过直到顶在管壁上，就可以开始钻孔了。

由于有填料函和法兰垫片的密封作用，管道内的介质不会因压力而冲出。

钻孔时先用螺杆顶住钻杆，然后慢慢扳动棘轮扳手，调节进给量，进给量不宜过大，以免造成钻杆受力过大弯曲或折断。

使用电动钻孔时，更应缓慢进给。

当孔快钻穿时，应注意防止钻头突然顶穿管壁而卡死，见图4。

                             图4安装钻孔工具和钻孔

2.5拆除钻孔工具

管孔钻通后，缓慢退回螺杆，提升钻杆和钻头，如有毛刺卡涩现象，可转动棘轮扳手几圈，使钻头顺利退出至阀门的上密封面，然后再关闭阀门，拆除钻孔工具．整个钻孔工作即告完成，见图5。

                       图5拆除钻孔工具和配管

2.6工艺配管

钻孔工具拆除后，短管、法兰、阀门作为永久性的部件留在管道上，根据工艺或检修的需要进行工艺配管及设备的改造和维修工作。

见图5。

3  注意事项

这种带压开孔维修技术，只要正确地掌握使用方法，一般都能在生产现场取得成功。

实际应用时，还应注意以下几个问题：

3.1对于钻屑的处理问题。

在设计钻孔切削刀具时，应考虑到管道内的介质和整个生产装置的工艺流程中是否允许切屑进入系统。

若只允许少量切屑进入，则可采用切割圆周的办法钻孔，同时考虑采用特殊的刀具结构，以提起切割下来的马鞍形管壁。

3.2钻头的切削部分不宜过长，钻孔工具的拉杆螺栓和压紧螺杆的长度应保证钻孔完成后，使钻头能退至阀门密封面以上并关闭阀门，同时应尽量避免切屑进入阀门密封面，影响阀门关闭时的密封性能，引起工艺介质在此处泄漏，给下一步的配管工作造成困难。

3.3将短管与管道焊接时，其下端的相贯接口焊缝应焊透。

施焊中，考虑到管道内有流动的工艺介质，应控制电流的大小以防击穿管壁。

在特殊介质和操作条件较为恶劣的管道上施焊，应事先对该部位进行测厚，做到心中有数。

3.4钻孔工具组装完毕后，应在一个比施工管道的温度、压力、耐蚀性等技术条件略高一级的模拟装置上进行试钻，并对试钻中出现的问题及时调整处理，只有经过试钻合格后，才能在现场正式施工钻孔。

3.5短管、钻孔工具设计时应尽可能地减小其轴向尺寸和重量。

在垂直方向开孔时，应检查管段能否承受钻孔工具、阀门等的重量，在水平方向开孔时，可另用支架支撑整个钻孔工具，以避免短管焊缝因横向受力过大而断裂。

一般情况下，可考虑采用双面焊缝，这样既能保证可靠的密封性又有足够的强度。

二、不停输带压开孔封堵

1 施工程序

不停输带压开孔封堵施工可分三个步骤：

首先是准备工作，主要指施工现场的选择和预制管道附件；其次是开孔封堵作业，包括焊接短观火剖分三通（以剖分三通为例）、平衡接头、试压、开孔、封堵、维修、更换、增加支管等；最后是竣工防腐，投人运行。

1.1准备工作

1.1.1调查管道现状，了解管道的走向、埋深、材质，以及管道输送介质的压力、温度、流量等，以便正确编制施工作业计划。

1.1.2选择作业点，作业点应有足够的施工空间，作业管段尽量选在水平区域。

1.1.3预制剖分三通，以便对扣焊在开孔处。

1.1.4开挖作业坑，对地下水作必要处理。

1.1.5安装开孔封堵设备。

1.2  开孔封堵作业

开孔封堵工艺装置如图6所示。

          1一开孔机2一伞形齿轮3一夹板阀4一开孔筒刀5一封堵四向三通6一旁通管路7一平衡管8一平衡阀9一平衡接头

                 10一维修改造管段11一封堵筒 12一旁通管路三通13一封堵接合器14一封堵缸15一作业管道                        

                                                  图6管道不停输带压开孔封堵工艺装置示意图

1.2.1预制旁通管路，焊接封堵四向三通、旁路三通和平衡接头，并试压合格。

1.2.2安装平衡阀及夹板阀；

1.2.3按顺序使用开孔机开平衡孔、旁通道孔、封堵孔，开孔完毕随即关闭平衡阀或夹板阀，并拆

除开孔机。

1.2.4连接旁通管路，打开旁通夹板阀，开通旁通管路，保持生产运行。

1.2.5使用封堵机下封堵头，对被封堵的管段进行抢修、改造或更换，并试压合格。

1.2.6使用封堵机提出封堵头，开通主管路，关闭夹板阀，拆除封堵机。

1.2.7关闭旁通夹板阀，拆除旁通管道。

1.2.8使用下塞堵设备，分别在平衡孔接头内、旁通路接口内及封堵三通内下入塞堵，堵严后拆去平衡阀或夹板阀，装上盲板法兰。

1.3 竣工防腐

1.3.1对所有施工管段防腐，加保护层。

1.3.2恢复地貌，并做标记。

1.3.3编制竣工图，如图2所示。

                 1一旁通路法兰盖2一旁通路三通3一封堵法兰盖4一封堵四向三通5一平衡接头6一抢修或改造管段

                           7一平衡管法兰盖8一平衡管塞堵9一封堵塞堵10一作业管段11一旁通路塞堵

                                                          图7抢修管道示意图

2 技术要点

2.1三通管件的定位

由于管路开孔时有很多都是开同径孔，所以要求剖分三通管件定位准确，各项要求如下：

2.1.1三通法兰必须向上垂直于管道；

2.1.2三通法兰端面沿管道轴向最外端二侧的高度误差不得大于0.1mm；

2.1.3三通法兰端面沿管道切向的偏转角度误差不得大于±1°；

2.1.4 三通法兰沿管道轴向的中心线同管顶线应重叠，误差不得大于1mm。

2.2三通法兰的焊接

三通法兰的焊接在带压管道上进行，管内的介质常常是易燃易爆或有毒物质，一旦焊穿，后果不可想象。

由于这种技术还没有颁布正式的焊接规程，我们参考了美国机械工程师学会ASME标准、美国石油学会API标准、美国的一些企业标准，制定了一个切实可行的焊接规程，并对焊工进行严格的培训，以确保正式作业焊接一次成功。

通过实践，我们总结了焊接的几条经验：

2.2.1管子的熔深要适度，过深有焊穿的危险，过浅又不能满足强度的要求；

2.2.2 焊接速度要均匀；

2.2.3 要求对称焊接，以减小焊接后的应力变形；

2.2.4如果环境潮湿，可采用低氢焊条；

2.2.5焊接温度不能过低，如在液化石油气管道及类似的散热性很大的输送管道上焊接，必须进行焊接前后的热处理，以保持焊接前后温度，提高焊接质量。

2.3管道的开孔

开孔前要测量有关部位的尺寸，并根据有关数据计算各部位的进尺，需测量的数据有：

2.3.1中心钻顶尖至套料刀刃尖之间距离La；

2.3.2 套料刀刃尖至连箱底部之间距离Lb；

2.3.3夹板阀上端面至管顶之间的距离Lc，管子外径D0；

2.3.4 套料刀外径Dc，钻杆标尺读数S0，管子壁厚δ。

各部分进尺计算公式如下：

套料刀切削进尺Sd：

中心钻开始切削管顶时进尺S1：

套料刀开始切削管顶时进尺S2：

开孔完成时的进尺S3：

3 带压开孔封堵流程简图

流程简图 

操作说明 

备注

在管道上焊接上两个剖分三通管件对管接件孔径尺寸精度和中线垂直精度是有严格要求的，防止开孔机的开孔刀切割到管接件的管壁--“扫堂”

安装上临时旁通管线以及夹板阀并接上压力检测装置夹板阀的优点是厚度小以便减小开孔机的上下自由行程，如果自配闸板阀门一定要满足开孔刀的孔径要求以及开孔机能够允许的最大上下行程量

安装上开孔机后，打开夹板阀，下落开孔刀接触到管壁后稍稍上提，然后开始切割开孔切割开始先由导向钻头开中心孔完成定位，然后桶形开孔刀再接触管壁开孔

开孔切割完成后，上提开孔刀，靠中心导向钻上的“U形棒”钩住残片并提到阀门闸板上方。

然后，关闭夹板阀，撤掉开孔机，并换上封堵机注意：

带压作业的任何作业之前都必须进行压力平衡，如：

开孔之前，开闭夹板阀，或者拆卸开孔机/封堵机等，都必须进行压力平衡后再作业，否则将无法打开阀门或者造成设备事故

打开夹板阀后，下落封堵头到达管线的封堵位置后完成封堵，流体被导向旁通管路封堵头及密封圈的直径是直接配合管道内壁的，所以管道内壁是否圆整，是否有涂层，是否有锈蚀，是否有矿化附着等等都直接关系到封堵的效果

旁通管线开始工作后，截断并移开两个旁通管路三通中间的管段，进行所需的维修或更换作业 

当新的管段安装好后，收回封堵头，并关闭夹板阀，恢复管道正常流动 

从夹板阀上撤除封堵机后，装上有“圆锁环”完工封堵头的开孔机，然后下落完工封堵头，把旁通管路三通的法兰封住。

然后撤掉旁通管线 

撤掉夹板阀后，在旁通管路三通法兰上安装盲板法兰。

整个工作完成。

方案举例：

使用四个管接件的双封堵作业 

方案举例：

使用剖分三通管件，完成永久改线的双封堵作业