隧道内在役天然气管道动火连头方法

曹隽，陈建锋(西安西北石油管道有限公司，陕西 西安 710018)

0 引言

长输天然气管道在设计施工过程当中，遇到高山、河流时往往由于高落差、敷设应力大、敷设距离远等原因，采取隧道穿越的方式进行天然气管道的敷设。在投入运行后，常常因为管道内腐蚀或地质灾害导致管道本体存在缺陷而影响管道正常运行。特别是隧道内油气管道由于腐蚀、焊缝缺陷等隐患，传统的套筒补强方式无法彻底消除管线安全隐患，就需要彻底更换缺陷管道，进行换管的动火连头作业。由于隧道内空间狭小，空气流动差，通讯设备信号差，需要使用便于操作、体积较小的工具，以及使用强制通风设备保证隧道内的可燃气体浓度、氧气的浓度达到动火连头的要求，并且使用简单高效的通讯方式，使得信息沟通畅快。文章介绍一种在隧道内使用自制工具进行动火作业的方法，该作业法提高了对在役天然气管道进行维护或更换的工作效率。

1 工艺特点

在役天然气管道完整性管理过程中，需对管道进行内检测，在发现管道有变形、内腐蚀、焊口缺陷等问题时，经过与运行参数、管道材质、管道敷设地区风险等级等综合评估，对风险不可接受的缺陷经常采用换管的方式排除风险。在役天然气管道换管作业属于动火作业，在中石油内部管理中被列为特级动火[1]，为动火作业级别中最高等级。而在隧道内进行换管动火作业收到空间影响，往往面临空间受限、吊装运输受限、通风不畅、动火指令传达不畅等各种叠加风险因素。

换管动火作业前需对缺陷点上下游阀室间油气进行放空，放空后使用氮气对管段置换，使可燃气体浓度低于爆炸下限的10%[2]，确保动火作业的安全进行；使用轴流风机对隧道内空气进行置换，确保隧道内空气氧含量高于19.6%[3]，排出隧道内管线打开后溢出的氮气、可燃气体，动火连头作业时焊接产生的烟尘，一方面降低了在相对密闭环境下人员窒息的安全隐患，另一方面降低了作业空间内发生火灾爆炸的安全风险，确保了作业人员的身体健康和施工安全；使用供气风帽从隧道外由空气压缩机引入新鲜空气供给作业人员，保证在相对密闭、缺氧且有毒环境下作业人员能够正常呼吸，提高作业人员安全。

2 基本原理

动火作业前，关闭隧道前后坐阀室的干线阶段阀，以及所有的旁通线路，根据阀室实际情况，选用冷放或者热放方式，放空阀间管内天然气，通过观察放空管段内的压力，验证阀门的严密性，验证后用氮气对区间管道进行置换；置换合格后在隧道内进行换管作业，隧道内空气流动受阻且空间狭小，为保证作业顺利进行，通过轴流风机对隧道内进行强制通风，尽量避免使用明火，使用中频加热器对管道进行防腐层剥离作业，使用钻洗机或是坡口机进行冷切割断管作业，作业时工作人员佩戴风帽从隧道外供应新鲜空气进行呼吸，防止管道打开瞬间氮气浓度骤然升高发生窒息事件，待断管作业完成后，使用自制运管小车将待更换管段运输至换管位置，使用龙门吊进行新管段的吊装及组对作业，组对完成后进行管道焊接施工[4]。

3 工艺流程

通过前期现场踏勘，对更换管段进行定位，核实隧道内管线布置位置、埋深及管线参数，测量隧道长度，隧道内空间体积，作业点距隧道两端距离等。编制相应的作业计划及施工方案要求，调遣相应的作业人员抵达现场，并进行施工培训、安全教育及应急演练。

作业前，在隧道口两侧放置2台轴流风机，1台送风1台排气对隧道内空气进行置换，进入隧道前，测量隧道内空气氧含量高于19.6%时方可进入隧道内进行作业。

在隧道口放置2台88 kW发电机，1台供应照明及通风，1台为焊接及断管设备提供动力。根据施工所使用设备功率及长距离供电的电力损耗(损失功率P=3I2R,式中：I为负荷电流，导线电阻R=RL，式中：L为导线长度)和用电安全，现场所使用动力电缆采用25 mm2(YZ3×25+2×10)型电缆专供动力设备，轴流风机采用16 mm2电缆提供动力，照明采用6 mm2电缆提供动力，且6 mm2电缆和16 mm2电缆采用双回路设置防止单个设施切断时线路断电[4]。具体作业步骤如图1所示。

图1 天然气管道隧道内换管动火作业流程图

4 辅助设备

(1)在受限空间内，使用正压是空气呼吸器为作业人员供氧，作业人员在换管作业期间，全程佩戴供气风帽，使用空压机连接供气软管对风帽进行供气，防止管线打开后氮气瞬间大量溢出，造成人员窒息伤害。一个正常成年人的呼吸量约为1 m³/h，可根据作业人数来选取合适的空压机，根据空气的输送距离和高差来调节空压机的运行压力，作业人员可根据自身的呼吸状况在风帽接口阀门处调节送风流量。供气风帽及汇管示意图如图2所示。

图2 供气风帽及汇管示意图

(2)利用运输小车对新管件及设备进行运输，由于隧道内空间受限，施工设备及待更换管道无法使用常规运输设备搬运，本工法所采用的自制运输车，在符合安全施工的基础上满足狭小作业空间搬运需求，能大幅提升施工作业效率。运管小车示意图如图3所示。

图3 运管小车示意图

(3)有限空间内，利用自制龙门吊进行吊装作业由于隧道内空间狭小，无法使用大型机械进行吊装作业，根据隧道内空间特点及吊装物的质量，选定可承载的工字钢及吊装装置，自行设计并组装了一种新型龙门吊。自制龙门吊顶部安装横向移动装置，齿轮可在龙门吊顶部的轨道内滑动，从而实现横向吊装，而通过吊装滑轮下安装的倒链可进行纵向吊装。吊装龙门架示意图如图4所示。

图4 吊装龙门架示意图

5 结语

在隧道内对在役天然气管道进行管道更换的动火作业，属于特级动火中安全、质量要求最高的作业。所以在作业中要严格按照动火作业现场负责人指令有序作业。每一项作业前都需对作业现场的氧气浓度、可燃气体浓度、通风设备、通讯设备等各项安全保证要素进行确认。进场前需对所有设备、工器具进行完好率确认，现场的安全、技术交底做到位，使得每一位作业人员明确岗位职责，各项工作无缝衔接。