天然气管道动火连头施工难点及对策

李国民，卢双臣，颜腊红，李斌

中国石油冀东油田公司，河北唐山063209

天然气管道动火连头施工难点及对策

李国民，卢双臣，颜腊红，李斌

中国石油冀东油田公司，河北唐山063209

由于天然气具有易燃易爆等特点，因此对新老天然气管道系统进行动火连头作业就比较危险。结合某湿气管道改造工程，介绍了首次采用具有易于操作、安全可靠、施工成本低等特点的蒸汽吹扫、加装隔离法兰、黄油墙封堵等技术措施，切实做到了在动火连头作业中消除轻烃，隔绝可燃气体，保证了施工作业安全；较详细论述了工程难点，动火连头方案的确定，以及停产降压、氮气置换、蒸汽吹扫、气体检测、黄油墙封堵、法兰焊接、石棉板隔离、管道焊接、无损检测等的施工步骤。工程实践表明，采用上述方案进行施工效果良好；同时也指出了对于短距离湿气管道，采用蒸汽进行吹扫的效果较好，对于长距离天然气管道，宜采用清管扫线方式清除轻烃。

天然气管道；动火连头；蒸汽吹扫；法兰隔离；黄油墙封堵

天然气主要成分是甲烷，属于甲类可燃气体，爆炸极限为5%～15%[1]。虽然天然气比空气轻而且容易发散，但是在厂房、储罐、作业坑等封闭环境里还是容易发生聚集，当它与空气混合达到一定的比例时，就有可能触发威力巨大的爆炸，造成人员伤亡和巨大经济损失。所以保证天然气管道动火连头作业安全，对于业主和施工单位都是一项非常重要的工作。

1 工程概况

对先导试验站后南堡NP2-3LP外输气管道和庙-南湿气管道交汇阀池处的原管道流程进行改造，拟在NP2-3LP外输气管道末端和庙-南湿气管道起始端增设旋进漩涡流量计，天然气在此完成计量后再进入原有汇管外输。改造前流程示意见图1。

图1 改造前管道流程示意

此改造工程的难点有：

（1）动火连头管道为湿气管道，建设时没有安装收发球装置，建成后未进行过通球扫线，管道内肯定存有易挥发、易燃的轻烃，单靠氮气置换无法彻底置换干净。

（2）动火地点位于地下阀池处，空间狭小，容易发生可燃气体或有毒有害气体聚集，见图2。

图2 动火连头点现场情况

（3）施工时间非常紧，由于采用停输改造方式，业主要求12 h内恢复管道运行。

如果本工程安全技术措施不到位，很有可能发生安全生产事故。

2 确定动火连头方案

按照施工图纸要求，改造完成后的流程见图3。共有三条管道涉及动火连头，其中两条管道动火处有阀门控制，通过加隔离盲板和打接地线可以排除着火爆炸风险。图3中的红色连头管道为湿气管道（汇管），它最危险，为本工程的最大难点。根据现场实际情况，总结以往的施工经验，确定采用如图4所示的总体施工方案。

图3 改造后的流程示意

图4 总体施工方案

3 动火连头施工步骤

（1）在汇管末端阀7立管处，带压开1处DN50的孔，供蒸汽吹扫和氮气置换出口使用。

（2）当预制完新建的计量阀室内流程后，将图1中的阀1、阀3、阀4、阀5和阀7关闭。

（3）在属地管理单位现场负责人的指挥下，对原南堡NP2-3LP外输气管道和庙-南湿气管道汇管进行放空泄压。

（4）利用氮气车对管道进行氮气置换，氮气的纯度要达到99.95%以上，最大推进速度为5 m/s[2]。由于轻烃的挥发性，一次氮气置换很难达到合格要求，本次置换只要求将可燃气体体积分数降到10%左右即可。

（5）利用锅炉车对管道进行蒸汽吹扫，将管道内的轻烃吹扫干净。要求如下：

其一，应以大流量的蒸汽进行吹扫，流速不应小于30 m/s[3]。

其二，蒸汽吹扫应按加热、冷却、再加热的顺序循环进行[3]。

（6）再次对管道进行氮气置换，将可燃气体（天然气）体积分数降到0.5%以下为合格[4]。

（7）经各方确认NP2-3LP外输气管道和庙-南湿气管道汇管置换合格后，用铰接式切管机（或爬管机）按图1所示位置切断管道，在切割过程中在割口处浇冷水进行降温。

（8）为了彻底保证动火作业安全，在湿气管道汇管动火切割点A内用黄油进行有效封堵，并对管口处的可燃气体进行检测，在确认封堵有效无泄漏，可燃气体浓度为零后，即可在动火切割点A处按要求焊接法兰一副（与管道同规格、同压力等级）。

众所周知，黄油墙的封堵强度不高，容易出现坍塌，造成封堵失效，针对此情况制作了黄油墙封堵隔离工具，见图5。

图5 黄油墙封堵工具示意

黄油墙封堵隔离工具具体制作与使用方法如下。

第一，制作黄油墙挡板。黄油墙及压板制作时内径比所封堵管的内径小0.5～1 mm，内挡板采用胶木板或硬塑料板制作，拉杆用φ 20 mm圆木制作，用螺丝牢固连接拉杆与内挡板；外压板中间打孔，并加套管以便用于封堵时压紧。

第二，黄油泥要软硬适中，黄油与滑石粉一般按1∶3的质量比进行混合[5]。先将内挡板按计算深度放入管道，而后分层把黄油泥填入管内，不断用压板挤压，使黄油泥填满管道内的空间，黄油墙的厚度应大于3倍的管径，且不小于50 cm[5]；外压板与管口应留大于2倍管径的距离，且不小于50 cm，并在管外包裹湿毛毡。禁止敲击管道，以防止在动火作业时黄油墙熔化或坍塌，造成油气泄漏。

第三，黄油泥封堵完后，检测管口处的可燃气体浓度，要求可燃气体浓度为零，方可进行动火作业。在动火作业时随时监测气体浓度，发现浓度升高，应立即停止作业，重新确认黄油墙的封堵情况。

（9）连接法兰焊接完毕后，待管口温度降低和现场无动火作业时，方可进行封堵物的拆除，取出内挡板后检查管口内清理情况，将残留物完全清理干净后方可进行下一道工序。

（10）法兰焊接合格后，在法兰处采用5 mm厚石棉板进行隔离，然后进行最后一道死口的焊接。

（11）待最后一道死口焊接完，并经无损检测合格后，即可拆除石棉板，并换上金属缠绕垫，而后紧固螺栓，至此整个切割流程施工完毕。再用氮气置换空气，当测定的放空气体氧含量小于2%时，即可认为置换合格[6]，可以恢复天然气的输送。

4 结束语

在本次改造工程的湿气管道动火连头施工中，首次采用了具有易于操作、安全可靠、施工成本低等特点的蒸汽吹扫、加装隔离法兰、黄油墙封堵隔离工具等技术措施，切实达到了消除轻烃、隔绝可燃气体的目的，保证了施工作业的安全，且施工完成时间比计划提前了1 h。从实际效果来看，对于短距离湿气管道用蒸汽吹扫的效果较好，对于长距离管道，宜采用清管扫线方式清除轻烃。

[1]GB 50493-2009，石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警器设计规范[S].

[2]谭力文，敬加强，戴志向，等.天然气管道氮气置换工艺参数的确定[J].石油规划设计，2007，18（5）：43-45.

[3]GB 50235-2010，工业金属管道工程施工规范[S].

[4]Q/SY1241-2009，动火作业安全管理规范[S].

[5]刘明辉，肖金星，陈军.小口径燃气管道不置换连头技术[J].石油化工设备，2011，40（5）：106-107.

[6]SY/T5922-2012，天然气管道运行规范[S].

Difficulties ofWelding Construction in NaturalGas Pipeline Connection and Countermeasures

LIGuomin，LU Shuangchen，YAN Lahong，LIbin
PetroChina Jidong Oilfild Company，Tangshan 063209，China

Because natural gas is flammable and explosive，the risk related to welding operation for connecting old and new gas pipelines is relatively high.Combined with the reformation project of a wet gas pipeline，this paper summarizes some easily operational，safe，reliable and cost-saving technical measures，such as steam purging，installing isolated flange and blocking with butter wall，to eliminate light hydrocarbon and isolate flammable gas.It illustrates the project difficulties，welding scheme determination，and the construction process including production stop and pressure decreasing，nitrogen replacement，steam surging，gas detection，blocking with butter wall，flange welding，insolating with asbestos plate，pipeline welding and NDT.The construction practice shows these measures get good effects，the steam purging can gain better effect for short distance wet gas pipeline and the pigging mode to clean light hydrocarbon is suitable for long distance pipeline.

naturalgas pipeline；welding operation；steam purging；isolation with flange；blocking with butter

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.06.015

李国民（1982-），男，辽宁北票人，工程师，2005年毕业于长江大学材料成型及控制工程专业，现从事油田地面工程建设施工管理工作。

2015-05-10