油气管道维抢修技术进展

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1、油气管道维抢修技术进展张仕民谭桂斌朱霄霄串俊刚陈迎春(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院)摘要为保障油气管道安全，需提高管线事故的维抢修装备技术水平。综述了开孔机、大口径管道带压开孔封堵和管内智能封堵技术进展，讨论了大口径长输管道开孔封堵技术的不足和管内智能封堵的优点，介绍了浅水和深水海底管道维修作业的主要流程。最后对未来的管道维抢修技术装备发展方向进行了展望。关键词油气管道维抢修技术开孔封堵管内智能封堵海底管道修作业可利用局部冷冻封堵技术［9］。海洋油气开采技术的进步促使海底管缆的维抢修技术装备水平不断提高，其中海底管道维

2、修技术包括干式和湿式维修。由海洋石油工程股份有限公司牵头完成的国家863子课题“水下干式管道维修系统”［10］，截至2007年已多次投入实际应用，标志着我国已掌握了浅水海底管线的维修技术。0引言随着我国经济发展及能源需求的增加，需对油气管道输送技术、安全保障及维护技术装备进一步研究。截至2010年底，我国已建成长输油气管道逾8.5万km，其中原油、天然气和成品油管道分别为2.2万km、4.5万km和1.8万km［1］。在2010年墨西哥湾漏油事故发生后，海洋油气开发和输送等应急技术装备方面引起了更多重视。我国长输油气管道技术于“

3、十一五”期间在模拟仿真、卫星遥感、内涂层、高强钢管制造、全自动焊、漏磁检测和安全预警等方面有一定提升［2］。目前我国处于长输管道建设高峰期，但长输管道的维护和抢修体系的技术装备方面投入与成果相对不足，在2006年建成了中石油集团公司的管道维抢修应急体系［3］。为建立健全管道维抢修应急机制和体系［4］，需进行管道维抢修技术装备、标准规范等系统性的研究，因此发改委批准组建了油气管道输送国家安全工程实验室。陆地和海底管道在建设和运行时经检测和安全评价后，需要相应的维抢修技术装备对变形较大、漏点、腐蚀和损坏阀门等进行维抢修。先利用管外或

4、管内检测技术得到管道缺陷信息和剩余寿命［5］，再依据综合评价方法和维抢修作业标准规范决定采取何种措施［6］。管道封堵技术用于封隔管道内部的输送介质，大口径高压长输管道上主要应用了开孔封堵和管内1油气管道开孔封堵技术进展在待维修管段上焊封堵三通后，依次安装夹板阀、开孔机和封堵头等，利用开孔机和封堵头可在管壁上开孔后隔离管内介质，完成封堵作业。开孔封堵技术包括带压作业和不带压开孔作业。江龙强［11］综述了国内外的开孔封堵抢修技术现状。封堵工艺主要包括挡板-球囊封堵法、堵塞型封堵器法和膨胀筒型封堵器法等，封堵器包括挡板-囊式、囊式、塞

5、式和盘式管道封堵器［12］。1.1开孔机研究进展开孔机的主要技术难点包括带压作业的安全可靠性、开孔机扭矩和效率、开孔筒刀的寿命、刀齿磨损率和鞍形板掉落等。国内的长输油气管网处于建设期，尚未配套各种大口径开孔和封堵技术装备。例如国内在2006年左右，在管径720mm的油气管网上实施开孔和封堵案例的单位仅2家，每个单位仅有高压封堵设备2套。国内的管道和服务公司方面，主要进行了现场开孔封堵工艺的研究和应用［13］。各公司一般参考薛小龙［28］进行了在线焊接管段的温度场和开孔后管段的安全性研究，薛岩［29］进行了开孔处的管道强度的有限元

6、分析，林波［30］进行了封堵用三通的法兰结构强度有限元分析。理论研究及现场实践表明，因三通(四通)结构和制造工艺、焊接作业、焊缝裂纹等问题，被维修管段在开孔作业后存在一定安全隐患。堵设备阶段，但对关键装备如开孔机、筒刀、封堵头和封堵器等研究较少［14］，带压开孔作业的理论研究也较少［15］。国内的高校等科研院所也积极进行了一些理论研究。张仕民等［16］综述了国内开孔技术研究现状。为满足海底管道维修的要求，喻重山和张宏等［17－18］研究了水下开孔机结构与液压控制系统。赵兵杰和赵宏林等［19］研究了海底自动开孔机的结构，赵兵杰等［

7、20］综述了海底管道开孔机的研究现状，图1所示为海底自动开孔机的实物图。为提高开孔机效率及筒刀寿命［21］，丁庆新和刘小猛等［22］进行了筒刀结构和齿形参数优化及开孔性能研究，试验照片如图2所示。张瑞琳等［23］将双金属带状锯条刀具应用于开孔筒刀上，以减少传统开孔机的切屑。1.2.2带压开孔封堵技术在大口径管道的应用2006年之前国内开孔封堵作业的封堵压力一般不高。东北大学李朝阳等［31］研究了挡板-密封囊组合式封堵器，该封堵器仅有0.78MPa的封堵能力。1992年左右研制成功的挡板-密封囊式封堵器适用于东北原油管网的抢修作业

8、，刘罡等［32］改进了管径400mm的DNF封堵器，其单级封堵压力仅2.0MPa，如果在西气东输等高压天然气管道干线抢修时，将导致作业周期长、风险大［33］。为满足西气东输管道维修需要，2006年中石油管道局研制了国内首台大口径高压封堵设备［34］;2008年中