浅谈输油管道带压开孔技术及其应用.docx
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浅谈输油管道带压开孔技术及其应用
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
Takepressureconstantlyloseopeningdevicesisnotsuspendproductionsituationofopenholecontact,tappingmachineintheopeningprocessareinatotallyenclosedwithinthecavity,toolcuttingprocessandairisolation,withoutthepossibilityoffire,explosion.Duetotheclosedopenhole,noleakage,poisonousandharmfulmediumcan'temissionstotheatmosphereand,therefore,isfreefrompollutiontotheenvironment.OilterminalinRizhaoPortCo.,Ltd.requiredintheoriginaloilpipelinedockingnewpipelines,productiondowntimeduetocompany,thepipelineisunabletoreturnemptyspecialfourthinthepetrochemical,constructioncompany,inconjunctionwiththeexamplesfromtheoilcompaniesrequirements,designdisclosure,projectestablishment,projectdisclosure,siteweldingmonitoring,safetyisolation,openholeopenerinspection,riskcontrol,andtheimplementationofopenholeandaseriesofstepsfortheSuccessfulimplementationofthehotcrudeoilpipelinetotheimplementationofthenewpipelinehottappinganddockinggoodinterface.Thisarticlefocusesontheprinciples,methodsofoperation,steps,technicalpoints,aswellasriskpreventionandcontrolofcrudeoilpipelinehottappingtechnologyandpracticalapplicationinoiltransportenterprises.
Keywords:
Crudeoilpipeline,withpressureopening,technology,Application
结束语14
参考文献15
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
母管直径（mm）
§406
管线材质
20#
管线壁厚（mm）
9.5
介质流向
朝上
管线设计压力（Mpa）
0.7
开孔方向
朝左
管线运行压力（Mpa）
0.5
阀门压力等级（设计）（Mpa）
5.0
介质
原油
阀门总高度mm
270
设计温度
80
开孔短节高度mm
250
运行温度
60
阀门法兰螺栓孔中心距mm
168.5
开孔点空间位置
地面
阀门法兰螺孔数
8
现场吊装方式
/
阀门法兰螺孔直径mm
22
是否停输
否
阀门内径mm
70
开孔数量
6
焊接与安装阀门责任人
乙方（开孔单位）
甲方负责内容
落实现场隔离及作业票等级、作业票申报审批等、消防车、救护车到位现场
备注（未尽事项）
/
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，我们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。
通过我们多次实践经验，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）
（2）焊接时，设备、管道内介质流速应该小于5m/s.
（3）管件的焊接严禁使用气焊。
（4）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。
（5）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。
（6）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。
（7）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。
（8）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。
（9）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。
（10）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。
（3）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。
（4）把开孔机和阀门连接，垫片螺栓适用准确。
（5）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。
（6）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。
（7）带压开孔开始，用力要均匀。
（8）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。
（9）随着开孔刀开始切割管壁，可以听到刀具切割噪音。
（10）开孔时要注意钻机的转速，确保开孔机转速稳定。
（11）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。
（12）完成开孔。
（13）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。
（14）开孔完毕后退回刀具到连箱内。
（15）完全关闭阀门。
（16）开启放空阀，释放连箱内的压力。
（17）把开孔机从阀门上拆除。
（18）作业完成。
4.2人员配置
表4.1项目部人员配置
序号
岗位
人数
备注
1
项目经理
1
工程全面管理
2
安全员、质检员
2
安全监督、HSE管理、质量管理
3
工程技术员
1
技术质量管理
4
电工
1
持证上岗
5
封堵工
2
封堵及机械
6
管工
2
配管安装
7
焊工
1
短节焊接
合计
10人
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
序号
装载器材名称
规格型号
单位
数量
备注
开孔封堵设备
1
开孔机
SKKJ100
台
1
2
开孔结合器
DN80
件
1
3
开孔筒刀、中心钻
DN80
套
1
安全用具
1
安全帽
个
若干
2
劳保用品
套
若干
车辆配备
1
货车
5T
辆
1
动力设备
1
电缆线
米
若干
2
配电箱
台
2
3
电焊机
台
2
4.4施工耗材配备表
表4.3不停输改造施工耗材配备表
序号
装载器材名称
规格型号
单位
数量
备注
辅助消耗材料
1
石棉板
δ5
㎡
10
2
棉纱
Kg
10
3
生料带
盘
6
4
枕木
根
3
5
毛毡
张
4
6
压力表
2.5MPa
块
4
7
警示带
盘
4
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。
图5.1项目质量保证体系图
5.2.2充分做好施工技术准备工作
（1）组织专业技术人员进行施工图纸汇审；参加设计交底，了解设计意图；踏勘现场，熟悉现场条件。
（2）组织编制切实可行的施工技术措施和质量检验计划。
（3）组织向施工班组进行施工技术交底，使施工人员明白项目质量目标、施工方法、施工质量控制重点和要点。
（4）进行必要的焊接工艺评定，开展特殊工种的培训考试工作，做到焊接工艺评定覆盖率100%，特殊工种上岗持证率100%。
5.2.3设置关键部位控制点
设置关键部位质量控制点，并在施工工艺中得到充分体现，在施工过程中严格把关，从而达到控制质量的目的。
该项目质量控制点设置如下表5.1
表5.1质量控制点设置表
序号
质量控制点
控制主要内容
等级
备注
1
施工方案审查
施工工艺是否合理满足设计、规范的要求
施工机具是否合理
B
2
进场材料的确认
确认材料是否符合设计、规范的要求
A
3
表面处理检查
防腐层有无除锈干净，有无露出金属光泽
B
开孔作业点选取
（1）符合设计图纸要求的位置
（2）作业点必须避开焊缝
4
厚度检查
利用测厚仪实测管子壁厚，是否符合开孔壁厚要求
B
5
焊接前检查
（1）短管坡口是否符合要求
（2）焊材有无错用
（3）焊工持证情况是否符合要求
（4）焊接电流是否符合要求
（5）焊接方法是否采用氩弧焊
B
6
焊接后检查
（1）焊缝外观检查是否满足要求
（2）焊缝表面PT检查是否合格
B
7
开孔前条件确认
（1）开孔机完备情况检查
（2）短管、阀门、开孔机短节壳体整体试压气密是否合格
B
8
开孔后检查
（1）根据取出的被割铁块确认孔径是否符合要求
（2）检查阀门、焊缝有无泄漏点
B
5.2.4加强过程监控力度，发现问题及时整改
5.2.4.1施工过程监控
施工员、质检员深入现场，巡回检查操作人员执行工艺文件、技术标准情况，抽查并确认达到质量标准情况。
5.2.4.2工序检验与交接
贯彻执行工序检验停点申报会签单制度，严格工序检验与交接，明确施工过程各工序管理责任，使质量检验贯穿于整个过程。
5.2.4.3工程交接
专指工程中间交接。
由项目经理负责配合甲方及其代表开展“三查四定”活动，安排施工员、质检员做好施工漏项、质量隐患和施工存在问题的检查工作，并定整改时间、定整改内容、定整改措施、定整改责任人，以完成各项整改。
5.2.4.4特殊过程控制
本项目将工程焊接过程确定为特殊过程，主要控制项目如下：
（1）焊接工艺评定（PQR）；
（2）编制焊接工艺方案、工艺卡（WPS）；
（3）焊工培训；
（4）焊工考试、合格焊工档案；
（5）焊接工艺过程及焊接环境控制；
（6）焊接工作过程控制；
（7）焊缝外观检验；
（8）焊缝返修；
（9）焊接设备完好程度、运行记录等。
5.2.5坚持三检一评制度和工序交接检查制度
（1）强调施工人员认真做好自查、互检工作，并做好相应记录。
（2）质检人员严格按照质检计划开展专检工作，加强巡检，实行质量否决权制。
（3）严格执行工序交接检查制度，上道工序未经检查，不得进入下道工序。
6管道带压开孔应急管理
6.1应急预案
为积极应对施工期间可能发生的应急事件，预防和控制次生灾害的发生，最大限度降低和减少由此造成的财产损失、环境破坏。
对类似带压开孔这种危险性较大的作业需制定应急预案。
6.2应急组织
6.2.1为妥善、及时、有效处置突发应急事件，成立临时应急指挥部。
6.2.2临时应急指挥部职责
负责工程期间突发应急事件初期处置的组织。
组织指挥结构网络图见图7.1
6.2.3根据甲方应急工作管理规定，当启动甲方应急预案后，临时应急指挥部指挥权立即向甲方应急指挥部移交。
图7.1项目部应急指挥结构网络图
6.3应急联络
6.3.1发现第一人在第一时间立即向临时应急指挥部指挥报告；
6.3.2临时应急指挥部指挥立即向甲方工程项目部应急指挥部报告。
6.3.3若有人员伤亡立即拨打120电话，请求救援，若发生火灾爆炸立即拨打119电话，请求救援。
6.4针对本项目应急处置
6.4.1试压介质泄漏伤人事件应急处置
（1）立即停止作业；
（2）迅速隔离事件现场,抢救受伤人员，撤离现场无关人员，阻止无关人员进入现场；
（3）对受伤人员就地进行救护，当救护能力受限时，立即将受伤人员送往医院。
6.4.2触电事件应急处置
（1）立即停止作业，切断电源；
（2）迅速隔离事件现场,抢救受伤人员，撤离现场无关人员，阻止无关人员进入现场；
（3）对受伤人员就地进行救护，当救护能力受限时，立即将受伤人员送往医院。
6.5施工流程事件预想及处置措施
6.5.1开孔过程中开孔机、阀门设备机械连接出现介质泄漏。
6.5.1.1预防措施：
（1）开孔机、阀门组装时，螺栓均匀紧固，保证紧固可靠。
（2）进行整体严密性压力试验，试验压力等于管线运行压力，确认整体严密性合格后，方可进行开孔作业；
6.5.1.2应急措施:
（1）通过紧固连接，处理泄漏。
6.5.2开孔过程中，开孔机密封产生泄漏。
6.5.2.1预防措施：
（1）开孔前检查开孔机密封件；
（2）开孔前进行严密性压力检测；
（3）严格按照操作规程进行操作。
6.5.2.2应急措施：
如出现泄漏，立即停止操作，对开孔机等部件进行检查；如出现泄漏不严重，重新紧固连接螺栓，若泄漏严重，将筒刀收回，关闭阀门，将设备拆除，更换密封垫，重新进行开孔作业。
结束语
带压开孔技术作为近年来发展起来的新工艺已经得到了广泛的应用和认可，而且与传统改造相比，由于整个施工过程在密封情况下完成，避免了停车、卸料这一过程，减少了由于开停车造成物料浪费及下游装置正常开车受影响。
为石化企业节约了大量资金。
随着国内掌握带压开孔技术的企业增多，也使这一技术日益完善、成熟、成本不断降低。
相信不久的将来带压开孔技术将会得到更好的发展和应用。
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