某输气管道工程动火方案分析

李东坡 成 磊

新疆石油勘察设计研究院(有限公司)，新疆 乌鲁木齐 830026



某输气管道工程动火方案分析

李东坡 成 磊

新疆石油勘察设计研究院(有限公司)，新疆 乌鲁木齐 830026

某输气管道因扩建需进行动火作业，采用TG-NET软件对停输后管存天然气持续供气时间以及恢复供气时间进行分析，确定停输技术可行。提出三个动火方案：停输常规动火、停输单侧带压封堵动火、不停输双侧带压封堵动火，并对三种动火方案进行技术经济对比，得到方案一即停输常规动火方案为最优。现场实施情况表明采用方案一顺利完成了本次动火作业，取得了预期效果。

天然气管道；动火作业；动火方案；TG-NET；带压封堵

0 前言

某输气管道是A城市的居民及工业用气的重要保障，同时也分输供给沿线用户。由于输气管道末站扩建，需要在进站干线管道上进行动火作业建立联络管道。为保证沿线用户的供气，必须提出合理的动火方案，在允许时间内完成作业。由于在役管道的动火属于一级动火作业，动火作业非常危险，要求动火方案的设计和操作步骤必须严格控制，并提前做好动火作业的危险源辨识及防护措施，以保证安全作业[1-5]。根据国内管道维抢修公司所具备的封堵及动火连头技术[6-7]，对本次动火提出三个方案：停输常规动火、停输单侧带压封堵动火、不停输双侧带压封堵动火。

1 动火方案

某输气管道规格Φ 1 016×16 mm，设计压力10 MPa，目前输量2 800×104m3/d，管道总长164 km，沿线设6座阀室、2座站场(首站和末站)，其中2座阀室设分输供给沿线用户，沿线分输管道末点最小压力2.0 MPa。由于输气管道末站扩建，需在进站干线管道上建立联络管道，输气管道工艺流程见图1。

1.1 方案一

方案一，停输常规动火。常规动火示意图见图2。

由图2可见，关闭该输气管道首站出站阀门并切换流程至复线工程，同时关闭6#阀室截断阀门，对6#阀室至末站管道以及末站站内管道进行天然气放空和氮气置换。放空过程中严格控制排放距离，以保证站场设备和工作人员的安全[8]。对于注氮置换，通过目前氮气置换技术对比，考虑到线路截断阀有可能内漏造成置换时混气，无法置换彻底，可采用中间注氮的方法[9-11]。最后关闭6#阀室阀门以及末站进站阀门以作双阀隔离，经检测置换合格后方可动火。

图1 输气管道工艺流程简图

图2 常规动火示意图

动火作业流程：施工准备→停输管道→管道放空→6#阀室至站场进行氮气置换→确认6#阀室阀门及进站阀门关闭→动火点处有毒气体、可燃气体检测合格→冷切割管→连头管段下料、坡口加工→检测动火点可燃气体浓度→对口焊接→焊道无损检测→动火结束。

1.2 方案二

方案二，停输单侧带压封堵动火。停输单侧带压封堵动火示意图见图3。

图3 停输单侧带压封堵动火示意图

由图3可见，关闭该输气管道首站出站阀门并切换流程至复线工程，同时关闭末站进站阀门，对末站站内管道进行天然气放空和氮气置换，在进站阀门与动火点之间进行单侧带压封堵(防止单阀隔离泄漏)，经检测置换合格后方可动火。

图4 单侧封堵工艺

单侧封堵工艺见图4。为防止进站阀门泄漏，在进站阀门与动火点之间进行单侧封堵，封堵主要采用带压开孔设备[12]进行带压开孔。开孔前应对焊接到管道上的管件和组装到管道上的阀门、开孔机等部件进行整体试压，试验压力应等于运行压力，最高不超过运行压力的1.1倍，并填写开孔作业检查表[13]。然后在封堵口下封堵头，同时在囊孔下封堵囊，封堵完成后动火点即实施动火作业，待新管道与主管道连头完成后，解除封堵，在封堵口和囊孔加法兰盖[14]。

动火作业流程：前期准备工作→停输管道→管道放空→站场进行氮气置换→确认进站阀门关闭→动火点处有毒气体、可燃气体检测合格→焊接三通、短节→安装阀门→组装开孔机，开孔→管道封堵→下隔离囊→机械(无明火)断口→冷切割管→连头管段下料、坡口加工→检测动火点可燃气体浓度→对口焊接→焊道无损检测→解除封堵→安装加盖盲板→动火结束。

1.3 方案三

方案三，不停输双侧带压封堵动火。不停输双侧带压封堵开孔动火示意图见图5。

由图5可见，管线不停输，在动火点前后进行带压开孔并采用临时管线替代输送，同时对动火点前后进行封堵实施动火作业[15-16]。

采用不停输封堵工艺对主管道进行切割改造。先将动火点两端分别用旁通管道接通，采用旁通管道输送介质，然后封堵主管道，主管道上被封堵段即可进行动火施工作业，待新管道与主管道连头完成后，解除封堵，切换至新管道正常输送，最后将旁通撤除[17]，不停输双侧封堵工艺见图6。

图5 不停输双侧带压封堵开孔动火示意图

图6 不停输双侧封堵工艺

动火作业流程：前期准备工作→焊接三通、短节→安装阀门→组装开孔机，开孔→旁通线预制、打压、安装→管道封堵→动火段管道排空、置换→下隔离囊→机械(无明火)断口→管道连头→焊缝检测→动火完成后管道通气→解除封堵→旁通线置换、拆除→安装塞柄，加盖盲板→管道、短节防腐→动火结束。

2 方案分析

方案一和方案二将对管道进行停输，目前管道有两处分输管道供给沿线用户，需分析停输后管存天然气对沿线用户的供气持续时间以及恢复供气时间。而方案三不停输，因此，三种方案在时间和经济上有差异，需对提出的三种方案进行经济性分析。

2.1 管存天然气状态分析

停输后管存天然气的持续供气及恢复供气的过程处于非稳态运行工况，利用TG-NET对运行参数变化情况进行模拟计算[18-19]，得到可靠的优化方案。

2.1.1 方案一

根据方案一内容，在TG-NET中建立分析模型，见图7。

图7 TG-NET分析模型

根据TG-NET管网模型，在脚本文件中设定管道停输时首站供气输量为0，同时6#阀室阀门关闭；以用户1、用户2的最低要求压力2 MPa为紧急报警值，对管道停输后110 h内管道各参数进行动态模拟，在动态输出报告中查看出现报警的时间，即可确定停输后管存天然气持续供气时间。通过分析，用户1、用户2在管线停输后的压力变化趋势见图8。

由图8可知，最先达到报警值的为用户1，时间97 h。

图8 停输后各用户压力变化趋势

但是，由于在动火过程中尽量保证对用户1、用户2持续供气，而且恢复供气升压也需要时间，因此除要分析管道停输后产生紧急低压报警的时间，还应分析动火结束后最迟什么时间开始供气，才不会产生紧急低压报警。为此，在TG-NET里通过脚本文件中重复修改恢复供气时间，进行动态模拟，得出在停输后95 h恢复供气不会产生低压报警，压力趋势模拟结果见图9。

图9 方案一停输及恢复供气压力变化

由图9可知，在95 h时恢复供气最低压力不会低于2 MPa，因此为保证管道停输不影响沿线用户的正常生产，方案一从停输至恢复供气时间为95 h。

2.1.2 方案二

方案二TG-NET分析管网模型与方案一分析模型一致，见图7。在脚本文件中设定管道停输时首站供气输量为0，同时设定末站进站阀门关闭；以用户1、用户2的最低要求压力2 MPa为紧急报警值；此外在脚本文件中同时设定恢复供气，并对管道停输以及供气的120 h内管道各参数进行动态模拟，得出在停输后110 h恢复供气不会产生低压报警，压力变化趋势模拟结果见图10。

图10 方案二停输及恢复供气压力变化

由图10可知，为保证管道停输不影响沿线用户的正常生产，方案二从停输至恢复供气时间为110 h。

2.2 工程量分析

方案一、二、三实施的主要工程量对比见表1，本次动火作业是某输气管道扩建的一部分并非单独项目，因此不对其前期准备及常规施工作业的工程量进行单独计算，表1中只列出需要在正常作业条件以外需增购物资(如液氮)或委托有相关资质的单位进行施工作业(如带压封堵)作为影响因素进行分析。

2.3 综合分析

通过管存天然气气量对沿线用户供气时间以及三种方案的综合对比分析，得到各项对比资料见表2。

表1 各方案主要工程量对比表

项目方案一方案二方案三备注液氮/m39550-天然气损耗/m366.566.50天然气价格按气田成本价计算单侧带压封堵否是否包括施工机具、氮气置换、带压开孔、带压封堵双侧带压封堵否否是包括施工机具、氮气置换、带压开孔、带压封堵总费用/万元142.5220.5380带压单侧封堵、带压双侧封堵费用参考维抢修公司报价、液氮根据当地制氮公司报价作业时间/h72102-参考西气东输施工经验计算作业时间[20]:6#阀室—末站天然气放空及置换时间约24h,站内氮气置换时间约6h,单侧封堵施工时间约48h,切割+焊接+检测约48h

表2 各方案综合分析表

项目方案一方案二方案三作业时间/h72102-允许停输时间/h95110-总费用/万元142.5220.5380安全性安全安全安全优点费用低,停输时间可满足动火,安全性好,动火时间较方案二充裕停输时间可满足动火不停输管线缺点作业时间较紧凑作业时间紧凑;费用较高;管线为埋地,动火作业结束后会有3处法兰盖遗留在管线上,后期有泄漏隐患费用太高;管线为埋地,动火作业结束后会有6处法兰盖遗留在管线上,后期有泄漏隐患

通过表2的综合分析及管道运行情况，建议选择方案一。对于方案一存在作业时间比较紧凑的问题，可以通过前期充分的准备工作以及详细的工序计划作业，保证在允许停输时间内完成作业。

3 结论

对某输气管道末站动火作业提出三种动火方案：停输常规动火、停输单侧带压封堵动火、不停输双侧带压封堵动火。通过采用TG-NET对停输后管存天然气持续供气时间进行分析可知，方案一和方案二作业时间都满足管道停输时间而不影响沿线用户供气。综合对比，方案一具有费用小、停输时间可满足动火作业、安全性好的特点；而方案二和方案三会留下泄漏隐患，从长期运营的角度考虑选用方案一。根据现场实际施工情况选用方案一顺利完成了动火作业。

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2015-08-22

李东坡(1989-)，男，四川南部人，助理工程师，学士，主要从事油气储运研究与设计工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.01.008