近收发球筒封堵技术及管道维修工艺设计

杜宇龙，曾 鸣，张仕民，王文明

（中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京102249）

近收发球筒封堵技术及管道维修工艺设计

杜宇龙，曾 鸣，张仕民，王文明

（中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京102249）

近收发球筒封堵是对靠近收发球筒的一段管段或者阀类控件进行维修时使用的一种管道封堵技术。介绍了近收发球筒封堵器可进行的3种封堵作业：收发球筒阀门更换与维护作业，废弃分支管线作业和管线阀门维修与更换作业，并设计了相应的管道维修工艺。相对于传统的封堵技术，近收发球筒封堵技术具有操作方便、易于实施、设备简单等优点。

管道封堵；近收发球筒；维修；工艺

油、气管道是陆、海油气田开发、生产与油气外输的主要生产设施［1］。随着全世界油气工业的发展，油、气管道总使用长度在不断增加。近年来一批区域性大型天然气干线管道的建成投产，使中国管道工业的发展速度和技术水平跨入了世界先进行列［2］。目前，美国拥有长约200万k m的油气管道网络；截至2010年底，我国已建油气管道总长度［3］约8.5万k m，其中天然气管道4.5万k m，原油管道2.2万k m，成品油管道1.8万k m。

管道一旦发生泄漏，将造成严重的经济、安全、环保和生态影响［4］。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。目前，我国油气管道中，管道失效以及阀门等故障会逐渐增多，需要对新型智能管道维抢修装备加大研发，从而保障管道的安全运行。石油天然气管道投入运行时，经常需要在不停输的条件下进行管道加装支线、改线等作业［5］，在管道进行维护的过程中常采用管道封堵技术来封隔管道内部的输送介质。

1 近收发球筒封堵技术简介

1.1 技术发展概况

我国在管道维抢修方面广泛使用的是带压开孔封堵技术和管内智能封堵技术。带压开孔技术在维修管道并进行封堵作业时，工艺复杂，不适用带有电伴热等附加设施的双层管道封堵，装备的开发与施工影响管道正常输送的时间较长；管内封堵技术在应用于近收发球筒管道维修和阀类控制元件维修时，管内智能封堵复杂的操作过程和设备都降低了经济性和操作效率，迫切需要研制可靠的近收发球筒封堵器完成封堵作业。

近收发球筒封堵技术以及配套工具的开发属于管端系缆封堵技术的一种，利用靠近收发球筒的位置优势，在处理近收发球筒管线维抢修的带压作业方面具有操作简单、易于实施、设备简单等优点。

将管内智能封堵器的封堵头应用于系缆封堵形式即为近收发球筒管道封堵技术的具体封堵方式，图1所示为中国石油大学（北京）油气管道智能装备实验室研制系缆封堵的具体形式。再结合动态密封技术和可进行手动操作的液压系统即为近收发球筒管道封堵技术的关键部分。

图1 中国石油大学（北京）油气管道智能装备实验室的系缆封堵器

1.2 智能封堵技术

国外主要有美国的T.D.Williamson公司和英国的Stats Group公司专注于管道维修技术开发。美国T.D.Williamson公司在管道封堵器方面的相关产品注册名称为Smart Pl ug T M，是一种用于海底油气管道高压智能封堵的工具，如图2所示。作业时封堵器被压力液推入管道，到达指定位置后由遥控装置控制完成封堵作业。在近管端维抢修方面，可以完成更换阀门等作业。

图2 T.D.Williamson公司的管内智能封堵器及近管端更换阀门作业

英国Stats Gr oup公司在近管端封堵技术方面进行了先驱性探索与设计，针对系缆封堵技术的特点将其应用到近管端管道维修领域，并开发了一系列封堵及配套工具，确保技术的成果转化。图3所示为由该公司设计完成的系缆封堵头在管道维修工作中的应用，封堵头的结构原理与其他封堵头相同，后系缆线主要用于控制封堵头的坐封和密封动作以及提供液压动力。

图3 Stats Group公司的系缆封堵器应用实例

国内从2008年起，在中国石油大学（北京）张仕民教授的主持下，研究了管内智能封堵技术，包括其结构［6］、锚定性能仿真［7］及密封性能等方面的理论和试验研究，搭建了管内智能封堵器的坐封与解封的试验平台，以验证理论设计的可行性。

2 管道维修工艺

目前，对于近收发球筒管道或管线阀类元件的维护与更换、管线维护和支管废弃等作业，常用的封堵器包括挡板-囊式、囊式、塞式和盘式管道封堵器［8-9］。但上述封堵器作业时大多需要多次使用管线带压开口封堵装置对管线进行开孔、封堵作业，作业工艺复杂、费用高［10］。本文介绍的近收发球筒管道封堵器为封堵头与快速收发球筒、管线带压开孔封堵装置配合完成上述作业。在近管端作业时，简化操作步骤，工艺简单、安全性高，同时所需费用也低于传统作业形式。近收发球筒封堵器主要可以进行收发球筒阀门更换与维护作业；废弃分支管线作业；管线阀门维修与更换作业。

2.1 收发球筒阀门更换与维护作业

工艺流程如图4所示。

图4 收发球筒阀门更换与维护作业流程示意

1） 首先关闭阀门，通过收发球筒注入近收发球筒封堵器封堵头。

2） 打开正常阀门与损坏阀门，将封堵头通过损坏阀门，并进行封堵。

3） 退回液压控制缆，维修或更换损坏阀门。

4） 接回液压控制缆，并注入法兰密封测试单元，分别对新更换的阀门的远端和近端法兰进行密封测试，如果密封完好则撤出法兰密封测试单元，如果密封失败则需重新进行密封及检测。

5） 解封并退回封堵头，关闭阀门。

6） 退出封堵设备，作业完成。

如果收发球筒阀门为微泄漏阀门（图5），即阀门关闭时泄漏量微小，泄漏量在发球筒作业允许范围内，则在收发球筒近端无其他正常阀门的情况下，仍可使用近收发球筒封堵器进行阀门更换与维护作业。作业流程同上。

图5 收发球筒微泄漏阀门

2.2 废弃分支管线作业

工艺流程如图6所示。

1） 在弃管上安装带压封堵设备。

2） 使用筒刀切开管壁，并用封堵器对弃管进行带压封堵。

3） 使用切割器切断弃管，安装临时收发球筒。

4） 撤回带压封堵器，将封堵头推进至指定位置进行封堵。

5） 断开液压控制缆，移走弃管和带压封堵设备。

6） 在管端安装盲法兰，弃管作业完成。

图6 废弃分支管线作业流程示意

如果废弃支管部分无法兰接头，可直接在管线上进行上述作业，即在执行流程第（5）步骤时，使用切割器在封堵头与封隔器之间切断管线，在断口处焊接上法兰，从而完成无法兰接头的部分管线废弃作业。

2.3 管线阀门维修或更换作业

工艺流程如图7所示。

1） 在管线上安装带压封堵设备。

2） 使用筒刀切开管壁，并用封堵器对弃管进行带压封堵。

3） 使用切割器切断弃管，安装临时收发球筒。

4） 撤回带压封堵器，将封堵头通过损坏阀门后推进至指定位置进行封堵。

5） 更换阀门，并检验阀门法兰密封性能。

6） 撤出封堵头，关闭阀门，连接新的管线，作业完成。

3 结论

1） 本文对近收发球筒封堵器的现状进行了介绍。并提出了近收发球筒封堵器可进行的3种封堵作业，即①收发球筒阀门更换与维护作业；②废弃分支管线作业；③管线阀门维修与更换作业。并对以上作业的工艺进行了介绍。

2） 目前，由于近收发球筒封堵器具有经济性好、操作简单、易于实施等特点，国内外对于近收发球筒封堵器的关注度在不断升高。对于近收发球筒处或管线阀类元件的维护与更换、管线维护和支管废弃等作业，使用近收发球筒封堵器是十分便利的。

3） 近收发球筒封堵技术目前仍存在一定缺点，并且应用场合受限。对于以下几种情况，无法应用此设备进行作业：①收发球筒阀门更换与维护作业时，收发球筒为单阀控制，阀门泄漏量较大，无法操作盲板；②管线阀门维修与更换作业时，阀门与主干线之间距离小于封堵头的长度；③管线阀门维修与更换作业时，需更换的阀门连接于非直线管道上；④废弃分支管线作业时，作业处支线管道为非直线管道。

图7 管线阀门维修或更换作业流程示意

4） 尽管此技术存在针对性过强、应用场合受限等缺点，但其避开远程控制技术壁垒，直接使用管内封堵头作为主要封堵元件，无需重新开发，设备结构简单、互换性强，经济实用，在我国近收发球筒管道维抢修方面的应用前景广阔。

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［6］ 樊文斌，张仕民.管内高压智能封堵器设计［J］.石油机械，2008（9）：213-215.

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Technology of Plugging Isolation Near Launcher／Receiver and Pipeline Maintaining Process

DU Yu-l ong，ZENG Ming，ZHANG Shi-min，WANG Wen-ming
（College of Mechanical and Tr ansportation Engineering，China University of Petroleu m （Beijing），Beijing 102249，China）

Wit h the rapid develop ment of oil and gas pipelines，t he pl ugging technol ogy which is used to increase security of pipe repairing has been flourishing.As a kind of pipeline repair technology，plugging isolation near launcher or receiver is used to pl ug pipeline when maintaining the broken part of pipeline or change valves.This article introduces the status of the plug packer f or pl ugging isolation near launcher or receiver.And 3 kinds of block pr ocesses are raised，which pl ug packer can do，t hat are changing or maintaining t he valves near launcher or receiver；abandoning branch pipeline；changing or maintaining the valves installed in the pipeline.Plugging isolation near launcher or receiver which uses si mple equip ment to precede operations is easier to operate and i mplement co mpared with t he traditional pl ugging technology.

pipeline plug；near launcher or receiver；maintenance；technology

TE952

B

1001-3482（2014）06-0089-05

2014-01-02

杜宇龙（1988-），男，黑龙江大庆人，硕士研究生，主要从事管道维修技术研究，E-mail：copy mandyl＠hot mail.co m。