带压开孔技术在生产平台改造项目中的可行性应用

赵 晨

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

陆地上的石油化工装置往往随着社会需求发展而不断改造、扩建，其中最直接的变化就是新增工艺流程，也就是增加管道。但在这个变化过程中，就存在新增管道与原工艺流程管道连接或切割等施工作业。这些施工作业中有些装置或管道可以完全停止运转后再进行作业，但有些无法完全停止。这就要求我们对这类无法完全停止的管道使用带压开孔技术进行施工。带压开孔就是流体管内的介质（气态、液态）在没有外泄的情况下，以冷切割（机械切削）的方式在管道母材上机加工出椭圆形或圆形孔的一种施工方式。带压开孔优点：属于施工作业中先进工艺，无需动火切割作业，可省去相关工机具准备工作，安全无污染。该施工作业方法即不影响装置或设施的生产工艺工作，又能保证管道的维修，更换及增加等特殊作业。经济性、安全性高，减少污染排放。

1 项目工况简述及技术参数

某涉外项目火炬塔在原有28 寸的火炬管线上新接出一根16 寸支管，以连接新增系统。由于工艺需要，新增管线要与原管线成45 度角，且原28 寸火炬管线正在运行当中，管道内是可燃气体，因此防爆防火措施要求极高。需在动火区域周围用三防布搭设围栏（高度为2 m）。还需对新增管线内不断地输送惰性气体，如氮气，进行气体置换。

此类工况是带压开孔管线施工中具有代表性的案例之一，对施工的技术措施及安全保障提出了非常高的要求，因此对其进行分析论述，阐明带压开工技术的可行性。

表1 技术参数

2 防爆系数计算

当对三通中间的纵缝及两端的环缝进行焊接时受热中心点的温度约为1 800 ℃，假设热影响区域宽度为50 mm、长度200 mm、高度为700 mm，热影响区域体积为0.007 m3，热影响区域的平均温度为800 ℃，假设火炬线内的温度为20 ℃，根据公式V1/T1=V2/T2，气体受温度影响膨胀后的体积为0.28 m3，比原体积增加0.273 m3，而整条火炬线的总体积约2 000 m3，膨胀的0.273 m3气体体积对整条火炬线可以忽略不计，因此热膨胀对整条火炬线没有影响。

3 带压开孔施工方案

1）作业前必须检查所有的设备、工具和材料的完整性、完好性和工作性能。

2）焊接管件时，焊接导向钻定心装置；

3）选择适合的割刀和导向钻；

4）在安装开孔机之前，检查管件、阀门和管线温度并记录，发现异常及时报告；

5）在安装开孔机之前，确认得到所需的测量数据，如开孔定位测量等；

6）关闭阀门，安装开孔机，然后确认安装开孔机后，用氮气进行试压和置换，并同时测量含氧量，当达到规定数值时才可继续进行施工。作业区域根据作业需求铺设好防火毯和防风防火帆布；

7）用无倒钩的导向钻钻透管壁；

8）更换正常带倒钩导向钻进行开孔作业，钻孔作业时管子内一直充氮；

9）当测量杆达到标记时，停止液压站；

10）确认管壁完全被切透；

11）收回切刀，关闭阀门；

12）使用适配器上的放空阀对适配器和开孔机进行放空；

13）取下开孔机，拿出切块交给客户。

4 带压开孔现场工作流程图

带压开孔现场工作流程图见图1。

图1 带压开孔现场工作流程图

5 带压开孔注意事项

1）火炬管线高处动火作业并在运行的火炬线上焊接，易导致火炬管内气体由于温度过高而发生气体膨胀，造成火炬管内压力增高，发生爆炸危险。

2）钻孔作业前对斜三通DN400 管内部进行充氮置换，钻孔作业过程中三通内部一直充氮（控制含氧量低于4.5%），通过氮气的流动带走一部分焊接热量，氮气压力不易太高，防止将火炬熄灭。

3）三通安装前应在正上方开一个小孔用于塞焊，将三通倒扣在28 寸火炬主管线上，中间两条纵缝和管件的两端焊缝进行焊接，两条纵缝的焊缝应饱满，焊缝高度应符合要求，两端的角焊缝的焊脚高度为管件的厚度，焊接时应分段、分层进行，管件两端与火炬管焊接时，焊接电流不易过大并分段焊接，防止热量过高将火炬管焊穿，焊接用φ3.2焊条，焊接第一层电流为100 A，焊接第二、三层电流为110 A，必须严格执行，防止焊接热量过于集中。焊接完成后进行探伤。最后将塞焊孔进行塞焊并进行负压试验。在作业区域周围用三防布进行隔离，防止焊接时火花飞溅，动火点配备两个以上的灭火器。

4）三通上焊接法兰(DN400 RF PN2.0MPa)，法兰口进行100%RT 探伤。法兰与管线的中轴线一致，保证螺栓能自由穿入，安装方向一致。螺栓紧固应均匀对称，扭矩值正确，紧固后的螺栓与螺母宜平手套。齐。垫片周边应整齐，尺寸与法兰密封面相符。

5）法兰焊接完成后，将阀门（DN400 Class150）进行安装，具体要求如下：

a.阀门安装前要进行试压，试压合格后对阀门进行标记。阀门手轮方向施工图未注明的，以方便操作即可，但手轮不宜朝下。水平管道上的阀门，其阀杆一般应安装在上半周范围内。

b.阀门在关闭状态下安装。

c.对于安装阀门的位置，需在其下方做一个支撑，以支撑阀门的重量。

6 安全管理与应急措施

安全管理主要三个方面：人员行为、机物状态、环境条件。

人员资质：施工人员需要经过专业培训，且必须有对应安全人员进行监护。作业前必须检查所有的设备、工具和材料的完整性、完好性和工作性能。

作业前应检查周围的环境，并配备充足的灭火器。还必须将作业区域根据作业需求铺设好防火毯和防风防火帆布。

现场作业许可的控制:

1）作业许可必须报项目安全负责人进行审批方可作业。

2）安全负责人必须对现场进行检查，不得随意签署作业许可。

3）明确所有作业人员的职责，严格履行各自的工作职责。

4）使用项目管理规定中的作业许可申请单。无申请单或不是项目最新体系的申请单或代签作假等不符合规章制度的将视为无效，并对责任人进行相应的处罚。

劳保穿戴及身体防护

1）在切割进行时，应佩戴干燥合适的焊接防护

2）当施工人员在高处的工作平台、脚手架或提升设备上作业时，必须配备防坠落设备。

3）应做好防止或限制金属块掉落风险的措施，以防发生掉落砸伤人或物的情况。

4）当切割作业噪声超过85dB 时，应佩戴达到防护要求的耳塞或耳罩。

5）切割作业时应佩戴合乎要求的呼吸防护用品，以防止切割时产生的金属屑进入施工人员体内。

7 结束语

伴随着大量的海洋平台建设和开工，经过长时间运行后需对其进行维保、改造、检修等措施以保证其安全的运行，一旦开始上述施工往往平台需要停产，甚至对整个平台管线进行清理后才能开展相关工作。这将给平台的安全运行带来极大的隐患，经济上也损失很大的效益。

而带压开孔作业不影响整个平台的正常运行，大大缩短维修改造作业时间，减少停产待机时间，减少环境污染，又避免了维修过程中用火焰切割相关部位带来的安全隐患。该技术既不影响系统的正常运转，又可安全、经济的达到平台改造的目的。