开孔封堵技术在中缅管道上的应用

周顺荣，汪嘉伟，杨利岗，唐磊，李剑

（国家管网西南管道公司昆明维抢修分公司，云南 昆明 650000）

1 中缅管道简介

中缅管道是我国能源进口的又一国际大通道，管道总体实行油、气双线并行，包括了原油管道和天然气管道，管道从我国西南边陲云南瑞丽进入中国。中缅原油管道起点位于缅甸皎漂港马德岛，经过瑞丽、保山、大理、楚雄运输至云南安宁进行炼化；天然气管道起点位于缅甸西海岸皎漂港，途经云南、贵州、广西。原油管道和天然气管道分别于2017年6月和2013年7月正式投运。中缅原油管道的投产，降低了我国进口原油经马六甲海峡运输中的安全风险，在保障能源安全方面有重大意义；同时，中缅油气管道填补了云南成品油生产和天然气的空白，对加快经济社会发展和促进边疆少数民族地区经济社会进步具有重要的现实意义和深远的历史意义。

2 中缅原油管道开孔封堵施工实例

2.1 中缅原油管道缅甸段伊洛瓦底江备用管线切换工程

1）工程背景。伊洛瓦底江岔河穿越被称为中缅油气管道 “第一穿”。在管道穿越设计之初，为综合考虑环境因素和管道运行安全等方面问题，最终采用 “一用一备”设计方案。

中缅原油管道在建成投产后，由于穿越处上游河流不断改变，造成伊洛瓦底江主河和岔河不断西移。其主河东岸不断淤积形成约500m宽沙滩，西岸不断侵蚀约130m，造成岔河河面已由设计时的170m拓宽到410m。同时，主、岔河河床每年存在不同程度的下切，造成主河道原油管道较大长度悬空于江水中，管顶至河床最大高度约3.1m，若管道运行中因水流冲击造成管道断裂，管内原油将迅速被湍急水流带走，油品回收难度大；同时，泄漏的原油将对水质、水生态环境及河流沿岸造成极大影响，对管道安全运行构成严重威胁。为及时消除管道运行安全风险，决定通过封堵、断管、连头施工，将管道切换至备用管线运行。

施工时间：2018年3月。管线规格：Φ813×16.9mm；管线材质X80；管线运行压力：13.8MPa；输送介质：原油。

2）施工方案。本次备用管线切换工程采用降压开孔，停输封堵、断管连头方式进行。在封堵作业前期连接备用管线并将管道预制至在役管线，然后通过对在役管道两侧实施 “双侧双封”作业阻断油品。在管道两侧隔离出一段管段后，抽排封堵段原油并经氮气置换后采用机械切割方式切除一段管段，将备用管线连接至在役管线。在连接焊口检测合格后，利用清管球将封堵管段内油品推入备用管线，平衡备用管段与在役管线压力后解除管道两侧封堵导通备用管线，工程结束。

2.2 中缅原油管道云南楚雄封堵换管工程

1）工程背景。中缅原油管道楚雄段某处在管道运行中由于地质变化致使管道底部接触硬质岩层，进而导致管道底部出现约9.37%的凹陷。由于管道高压运行、管内介质高速流动，凹陷点在管道内部形成的凸起部分将承受更加严重的冲刷而加剧腐蚀；同时，管道变形也在一定程度上影响管道性能。若管道运行中凹陷点泄漏或引起管道破裂，管道内大量原油将渗漏至地下，对泄漏点周围土质、地下水和环境将造成极大影响且油品回收困难。为及时消除安全隐患，保证管道安全平稳运行，决定通过封堵换管作业对变形管段进行更换。

施工时间：2019年6月；管线规格：Φ813×11.7mm；管线材质X70；管线设计压力：10MPa；输送介质：原油。

2）施工方案。本次封堵换管作业采用降压开孔、停输封堵换管方式进行。根据管道实际高程，在待更换管段高点位置利用盘式封堵阻断油品，低点位置设置囊孔抽排待更换管段内的油品至油罐车。待油品液面降至囊孔位置以下后对封堵段进行氮气置换，油气浓度检测合格后置入隔离囊阻断油气。然后对待更换管段进行机械切割和新管段组对焊接。焊口检测合格后平衡封堵两侧压力，撤出封堵导通管线，换管作业结束。

3 开孔封堵原理和工艺流程

3.1 开孔封堵原理

管道开孔封堵作业可分为不停输开孔封堵作业和停输开孔封堵作业，主要区别在于管道是否停止运行。不停输开孔封堵工艺主要用于不允许停输的管道施工，施工中可通过旁通管线保证管道的临时正常运行；对于允许停输的管道，若能在规定停输时间内完成维修、改造工作，则采用停输开孔封堵工艺。管道开孔封堵工艺的主要原理是在管道无介质外泄的状态下，通过专用开孔设备以机械切削方式在管道上加工出圆形孔，然后使用专用封堵设备从开孔处将封堵装置送入管道，从而阻断管道内介质的流动并密封管道。开孔封堵作业中的专用设备包括：开孔机、封堵缸、联箱、夹板阀、封堵头等；配套使用的耗材包括：筒刀、中心钻、封堵皮碗、隔离囊、三通等。

3.2 开孔封堵工艺流程

开孔封堵工艺流程包括：作业坑开挖、三通短节焊接、阀门安装、开孔设备组装及试压、管道开孔、封堵设备组装及置入封堵、封堵段介质抽排及氮气置换、隔离囊安装、待更换管段切割、新管段组对与焊接、解除隔离囊并安装囊孔塞柄和盲板、封堵段压力平衡及撤出封堵、封堵孔及平衡孔安装塞柄和丝堵、拆除阀门、安装盲板、三通短节防腐等工序。

4 开孔封堵施工技术要点

4.1 施工现场要求

开孔封堵施工作业场地须满足设备规划放置、组装及吊装等方面要求，进场道路满足设备运输要求。

4.2 作业坑相关尺寸的确定

1）作业坑底部宽度。通常为：管道直径 +2600～3200mm，以便作业过程中有足够的操作空间。管道底部到作业坑地面的高度应不小于700mm，以保证三通焊接、设备支撑及防腐等工作的正常开展。2）作业坑长度。由多个尺寸构成，其总长一般不小于12倍管道直径。若管道开孔位置与管道环焊缝重合，则应根据实际情况，适当加长作业坑，确保三通环焊缝距离管道环焊缝1500mm以上。3）作业坑坡度。应根据土壤类别、力学性能和开挖深度确定。如开挖深度小于5m，其土壤类别为中密沙土，则在坡顶无载荷时，最陡边坡坡比为1∶1；坡顶有静载荷时，最陡边坡坡比为1∶1.25；坡顶有动载荷时，最陡边坡坡比为1∶1.5。若作业坑深度超过5m，应采用阶梯式开挖方式或采取有效支撑，防止作业坑塌方。作业坑开挖完成后，应在1m处设置警戒隔离带，警戒带内不可堆放土方、摆放设备或停放车辆。

4.3 作业点的选取

为确保开孔封堵作业顺利进行，作业点应选取在直管段上，尽量避免开孔刀具切割焊道及焊接热影响区域，避免封堵头导向轮经过焊道。开孔封堵部位的管道椭圆度不应超过管外径的1%且不大于3mm，以防止开孔时卡刀和影响封堵严密性。三通焊接位置应避开管道严重腐蚀区域，最小壁厚应不小于4.8mm。

4.4 三通的组对与焊接

三通组对时法兰与管道的平行度应不大于1mm，中轴线与管道轴线间距不大于1.5mm。在DN700及以上管道不停输开孔、封堵作业或DN900及以上的停输开孔、封堵作业应对三通进行固定支撑。三通焊接时，管道运行压力应满足施焊要求，管道内液体流速不大于5m／s、气体流速不大于10m／s。焊接过程应严格按照焊接工艺规程施焊，对于大口径三通的焊接宜采用自动焊接技术。

4.5 夹板阀的安装

夹板阀在吊装时应处于关闭状态，安装时测量夹板阀内孔与三通内孔的同轴度，公差应控制在1mm以内。安装完成后打开夹板阀，关闭内旁通。

4.6 开孔作业

1）刀具的选择与安装。开孔用筒刀的直径应小于管道内径和三通内径，安装前应仔细检查刀齿是否完好；中心钻安装前应更换防松尼龙棒，并仔细检查U形卡环转动是否灵活、钻尖是否完好；中心钻长度应保证筒刀切割出的鞍形板至少能被第二道U形卡环固定，以防止 “掉板”。刀具安装时，应确保主轴、刀具结合器与刀具之间的连接紧固，安装完成后测量筒刀与开孔联箱内孔的同轴度，公差应控制在1mm以内。2）压力试验。开孔前应以管道运行压力为试验压力对开孔过程中使用的全套设备进行压力试验并稳压30min，试验压力最高不超过管道运行压力的1.1倍。若压力试验过程中发现泄漏或降压，应泄压后排查泄漏原因并重新试压。3）开孔操作。开孔前测量、计算空行程和切削尺寸，确保各段行程尺寸计算正确。当水平、倾斜开孔直径在DN500及以上、大行程垂直开孔直径在DN700及以上、垂直开孔直径在DN900及以上时，应设置与中心钻相匹配的定位块，以防止孔“开偏”。开孔过程中若出现卡刀应立即停机，开孔机摘挡后手动提起主轴至适当距离后，重新挂挡开机。到达计算的开孔完成尺寸时，停机手动检验开孔完成情况，开孔完成后手动收回主轴至零位。

4.7 封堵作业

1）组装封堵头。对于盘式封堵，在安装封堵皮碗时，应仔细检查皮碗密封面是否完好，测量皮碗尺寸与封堵位置的管道参数是否匹配。安装过程中，均匀紧固压板螺栓，确保皮碗被均匀压缩。安装完成后测量记录封堵头导向轮接触管底和封堵头到位尺寸。2）封堵操作。封堵设备安装时，应确保封堵头朝向封堵侧并与管道轴线重合。封堵作业期间主管道不能进行清管和运行参数调整等操作。对于不停输封堵作业，液体管道带压封堵时介质流速不应大于2.5m／s，气体管道带压封堵时介质流速不应大于5m／s。上下游封堵作业完成后，应对封堵段进行密封效果验证，确认无泄漏或者泄漏量满足断管、连头作业条件后方可抽排封堵段介质。3）解除封堵。封堵段管道维修、改造结束后，平衡封堵段内压力；压力平衡后，先解除上游封堵，后解除下游封堵。封堵解除后，关闭夹板阀、排空阀门上部介质后拆除封堵器。

4.8 安装三通塞柄和盲板

1）塞柄的组装。塞柄组装前，检查塞柄内旁通密封性能和塞柄O型圈；塞柄安装后测量内旁通开启量，一般控制在3～9mm。开孔时切割出的鞍形板应焊接至塞柄接管上，随塞柄装回管道，以防止清管时 “卡球”。鞍形板焊接前应清边，保证鞍形板外径应比开孔孔径小20mm左右；对于开孔直径大于DN500及以上的鞍形板，可能存在应力释放导致鞍形板变形，可对其适当切除两侧尖角。鞍形板焊接时应保证与塞柄同心。2）安装塞柄。安装三通塞柄时，应确保鞍形板的方向与管道方向一致。塞柄到位后对角锁紧三通卡环，将塞柄置于最上位后分离主轴与塞柄结合器，验证塞柄密封效果。确认塞柄无泄漏后将开孔机主轴收回零位，排出塞柄上部介质后拆除开孔机。

4.9 安装盲板

盲板安装前，更换密封垫片、检查法兰和盲板密封面，确保无缺陷后安装。在紧固盲板螺栓过程中，应对螺栓进行编号标记，并遵循十字对称紧固的方法均匀紧固螺栓。

4.10 防腐

封堵作业完成后，应将更换的管道和管件按照原管道防腐等级进行防腐。三通等异形件的防腐难度较大，防腐过程中应严格执行相关规定。

5 结语

随着管道开孔封堵技术的日趋成熟，该项技术已在世界各地的油气管道维修改造和抢险工作中得到广泛应用。中缅管道作为中国第四大能源进口通道，保障管道的安全平稳运行至关重要。其国内段多处于横断山脉，山高谷深、地质灾害频发、国际性河流众多、管道维护难度大，安全运行面临风险较高。

开孔封堵技术作为管道维抢修中的一项重要技术手段，实际应用中应结合西南地区地形地貌和管道实际运行情况，编制切合实际的封堵施工方案和应急预案，确保安全、高效完成管道维抢修作业和应急抢险作业，保障中缅管道安全平稳运行。