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油气管道维抢修技术进展

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油气 管道 抢修 技术 进展
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石 油 机 械 ∀# ∃% & ∋# ( ) 月专题综述卜油气管道维抢修技术进展张仕民 谭桂斌 朱霄霄 串俊刚 陈迎春械与储运工程学院保障油气管道安全, 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 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。 截至底, 我国已建成长输油气管道逾 其中原油、 天然气和成品油管道分别为 。 在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 “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川 。 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 , 在建成了中石油集团公司的管道维抢修应急体系〔’」。 为建立健全管道维抢修应急机制和体系〔 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。 先利用管外或管内检测技术得到管道缺陷信息和剩余寿命圈 ,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〔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智能封堵技术等「’〕外, 低压天然气管道〔 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课题 “水下干式管道维修系统” 〕, 截至已多次投人实际应用, 标志着我国已掌握了浅水海底管线的维修技术。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。 江龙强堵工艺主要包括挡板一球囊封堵法、 堵塞型封堵器法和膨胀筒型封堵器法等, 封堵器包括挡板一囊式、 囊式、 塞式和盘式管道封堵器。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 左右, 在管径 油气管网上实施开孔和封堵案例的单位仅, 每个单位仅有高压封堵设备。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「”〕。 各公司一般参考国外的工艺和规范, 处于进口与仿制国外开孔和封 第 张仕民等气管道维抢修技术进展堵设备阶段, 但对关键装备如开孔机、 筒刀 、 封堵头和封堵器等研究较少 带压开孔作业的理论研究也较少山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」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 , 喻重山和张宏等一 ’兵杰和赵宏林等〔’赵兵杰等图 为提高开孔机效率及筒刀寿命 丁庆新和刘小猛等验照片如图示。 张瑞琳等〔”〕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。图孔筒刀齿形优化后的试验口径管道带压开孔技术为避免长输管道维抢修作业时因管道停输或降压导致的巨额经济损失 , 需进行带压开孔作业和不停输封堵 然而带压进行三通焊接〔”压管段的焊接和结构强度研究大口径高压管道带压开孔作业时 , 包括带压焊接和带压开孔 关键技术〔’ 首先在带压管道上焊接开孔三通 , 因管壁材料特性、 管内温度场和焊接应力等, 存在较大的作业风险后进行开孔作业, 存在卡钻和落板等风险。为提高带压焊接和开孔作业的安全性, 研究者进行了相关的理论研究。 叶海明、 顾福明和薛小龙等〔”〕综述了不停输时带压焊接技术的研究现状,薛小龙〔’行了在线焊接管段的温度场和开孔后管段的安全性研究, 薛岩行了开孔处的管道强度的有限元分析, 林波〕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 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。压开孔封堵技术在大口径管道的应用之前国内开孔封堵作业的封堵压力一般不高。 东北大学李朝阳等研究了挡板一密封囊组合式封堵器, 该封堵器仅有封堵能力。 左右研制成功的挡板一密封囊式封堵器适用于东北原油管网的抢修作业 , 刘是等改进了管径封堵器, 其单级封堵压力仅 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〔”〕。为满足西气东输管道维修需要 , 中石油管道局研制了国内首台大口径高压封堵设备中石油管道局维抢修中心在西气东输定远站进行了国内首次 道带压开孔作业 解决了西气东输等油气长输干线的不停输开孔封堵作业工艺 , 但使用的关键装备均为进口压开孔封堵技术的封堵头研究大口径管道开孔封堵作业时因开孔切屑较多、封堵头自重大, 导致封堵能力下降外, 进行介质不停输的带压作业时, 夹板阀和封堵头的密封性能难以满足, 同时开孔切屑和筒刀寿命等将影响封堵性能和效率。为提高大口径长输管道的开孔封堵作业效率,赵宏林等进行了开孔封堵用悬挂式封堵头有限元仿真分析 双级悬挂式封堵头 设计与室内试验, 提高了开孔封堵作业的封堵性能。图挂式封堵头应力云图输管道上开孔封堵技术的不足关设备庞大, 运输困难 可能降低一 石 油 机 械 第管线维抢修的灵活性和效率级悬挂式封堵头总体结构通焊接与开孔作业均存在较大风险,管壁上进行三通焊接可能缩短管道寿命, 开孔时可能导致鞍形板掉落孔封堵器的封堵性能较低, 开孔机和封堵机所需作业空间较大网」。内智能封堵技术进展管内智能封堵技术由挪威 司 出并于 进行了全球首次管内智能封堵作业川 该公司的管内智能封堵器以自锁锚定机构节约电源, , 再次启动后被可靠解封并安全取回内智能封堵技术的优点管内智能封堵技术的应用范围较广, 尤其是在海洋油气开采方面。 该技术具有如下优点于海底管道维修时, 可缩短作业时间,减小管内油气介质放空损失应用于海底与海面阀门更换与修理、 立管或海底管段维修、 铺管和海底管道试压等场合「铺管和维修作业时以管内智能封堵技术防止海水进入管段 , 可大大提高管道安全性于陆地管道时, 也将缩短作业时间,减小介质放空损失, 可应用于中间管段试压、 阀门修理与更换、 管段更换与修补、 管段废弃等。内智能封堵技术不需要夹板阀和开孔机等 , 节约了作业时间及机具, 提高了封堵压力和效率〔 也不存在开孔切屑和带压焊接的风险。外的管内智能封堵技术进展管内智能封堵技术和装备分别由美国的司和英国公司掌握, 它们与全球各石油公司均有合作, 有海底管道的维修服务等成熟技术。内的管内智能封堵技术进展管内智能封堵器主要包括封堵单元、 清管单元、 管内外双向通讯单元及微型液压动力单元等。张仕民等在国内率先研究了管内智能封堵技术, 包括其结构 锚定性能仿真〔 方面的理论和试验研究〕, 搭建了管内智能封堵与解堵的试验平台, 以验证理论设计与研究的可行性。赵宏林等〔’“〕进行了管内智能封堵系统的双向通讯系统研究, 赵弘提出了一种管内的气动智能封堵器。内智能封堵器用于阀门更换的工艺介绍在西气东输、 陕京管道和海上采油平台等原油或天然气干线上 , 在收发球阀维护更换等场合, 停输后开孔和封堵作业安全可靠, 但是会导致巨大的经济损失而 , 带压时开孔作业和焊接的风险较大。 利用管内智能封堵器可实现阀门更换等高效化智能化作业, 避免了带压焊接的风险, 缩短了作业时间, 降低了作业成本。阀门更换工艺中, 首先将管内智能封堵器由发球工艺送至指定位置, 然后由液压系统驱动封堵单元进行初步锚定和封堵密封, 最后排空发 筒内介质, 介质压差将使智能封堵器自锁后可靠封堵。 该技术大大提高了阀门更换的效率和安全性。底管道维修技术水管段维修技术在浅海底管段维修技术方面, 我国已掌握并应用于实际作业。 海底管道干式维修工艺有步骤 , 包括海管泄漏点检测与定位、 作业面开挖、 海管开孔和封堵作业、 干式维修舱下放、 干式维修环境的形成、 破损管段切割管道对口 、 干式高压舱内管道焊接、 焊缝检测、 海管整体试压 、 干式舱回收和作业海区回填等。 我国已成功研制了高压干式舱、 金刚石绳锯机、 管道对口器、 冷切割坡口机、 水下开孔封堵器、 管端清理机具以及高压焊机等新型技术装备,实现了海底管线自动开孔、 封堵、 焊接和配套技术等技术创新。水管段维修技术深水海底管道维修系统 于解决深水海底管线建设和运营时的维修问题, 该系统包括深水海底管道维修技术、 工具和设备、 方案及系统管理等。 目前, 仅由国外的 跨国油气公司 第 第 张仕民等气管道维抢修技术进展 , , 梁富浩等介绍了术的维修方式的主要流程〔”〕并综述了国内外 术的进展〔川 , 暂未检索到其他的类似文献。我国于 在惠州油田群 道第 真正进行了深水海底管道维修, 但使用的深水海管切割、 双层管声学检漏技术、 封堵卡具和智能连接器等核心技术装备均被国外工程公司垄断。, 论与展望左右我国的油气管道里程将达到巧 万 新建管道的特点是长距离、 大口径、 高压力和高流量, 管道维抢修技术和装备的研究应实现智能化、 数字化、 轻便快捷化等发南海的深水油气资源后 , 进行海管敷设与维修时利用管内智能封堵技术可大大提高作业效率, 降低海上作业成本与风险国科研人员应该吸取 墨西哥湾漏油事故的教训 , 提高海洋油气开采时立管和海底管道等应急抢修技术装备水平时, 尽快实现大口径长输管道不停输维抢修技术的装备国产化, 包括开孔封堵和管内智能封堵的技术装备。 文 献 , 马建国 我国油气管道新进展 【 年我国油气管道新进展 【J] 2 0 1 0 ( 3 ):1 4 一 N〕2 0 6 一01 一 12 (0 1 ) , 郝建斌, 郭正虹, J〕 2 0 10 , 29 (1 2 ) :8 8 1一 8 8 4 苏 毅, 吕宏庆, J〕2 ( X) 6(4 ) : 4 1 一 4 5 , 5 张 鹏 , 陈利琼, J〕 的7, 24 ( l ) : 5 0 一5 李彦民 , 马永明, J]2 (X) 9,2 8 ( 6 ):5 9一 6 1 , 兰洪强, 邓 雄, J] 2 01 1 , 30( 9 ): l 一3 .[2 1][2 2 ]梁 政, 兰洪强, 李莲明, J] 2 01 0,30( 9 ):6 9 一7 J」2 0 7,2 9 ( 7 ):6 5 1 一65 J」2 01 1 (2 ):1 0 一 出站阀门更换中不停输高压封堵技术【D〕国石油大学 (华东), 2 0 ]2 《 2 5 ( 7 ):6 3 一6 J〕 2 0 0 1 (2 ):16~D〕京工业大学, 2 g D in gQ Z h o i, t e e -h no l o 盯of C」 S h an gh (X) 9:1 3 6 2 一 张 宏, 赵宏林, J〕 2 0 1 0 , 2 1 ( 3 ) : 2 6 5 张 宏, 赵宏林, J」. 机床与液压,2 (X) 7 ( 9 ):1 2 7一 1 2 8 赵宏林, 张 宏, J〕 2 0 9,38( 7 ):3 4 张建护, 王克宽, C」/ 209 年度海洋工程学术会议论文集 (下册) (X) 9 ( 增刊l):683一6 87 .D U u X i ao m e n g.T 1 e u t n g p eI’ty J」h, 2 0 1 1,2 0 1一 2 0 3 : 1 3 3 5 一 1 3 4 1 气管道开孔筒刀切削性能研究与刀齿结构优化 〔D〕中国石油大学 (北京),2 0 1 赵来国, 吴克勤, J〕0 1 0 ( 12 ) : 1 2 8 一 1 2 J〕2 0 9 ( 2 ): 王 义 , J〕2 0 9 (8 ):, 兰 J〕 1 9 97,17( 6 ):7 6 一 顾福明, 薛小龙 , .5 ] [ 2 3 ]Ž1l 、”,” 6 ][ 2 6 」, .”2 7 〕石 油 机 械 2011年 第39卷 第10期发展现状和研究重点 〔J〕2 0 9,47( 2 ):5 7一 6 D〕京工业大学 , 2 0 D〕东大学, 2 (X) D〕. 天津:天津大学,2 《D〕北大学, 2 0 J〕 2 0 08 ( 5 ):60一61 院振刚, J」2 07,37 ( 2):62一6·N]2 0 6一08一30 (0 1 )第一孔” —创大口径大壁厚大开孔的国内新纪录 〔[20 5 一 10 e n p e · e o m · c 可(刃8/10/31/0 1206 管道维抢修公司创大直径管道带压大开孔国内新纪录 仁J] 2 0 8,12:80.C he nS h i n g ,Z h o n,Z ha n gS h e t t t u r al de si ds in g a ys i s of t o v u s -p e n d e d P l u C」/ty 0 10),Se p t e 一 2 7 ,2 0 1 0,Be i ·j in g ,C h in a ,2 0 1 0:6 0()一60 , 郝建斌, 孙 胜, J」2 0 1 0 , 2 9 ( 1 0 ):7 5 9 一76 探测打捞装置的研制 「J」 石油工业技术监督, 2 0() 9( 11):4 7一 5 3 ,8 ] 2 0() 9 ( l ):6 9 一70,7 a rs e t s l u g : a re m o t e l ye o p C] / )fs S t n g e r ,2 (X) l: 19 2一 19 9 ·川, TV e i t E . M i dl i n e T i e 一 R 11 & G as g y oP ig en t le M 〕e is t at io S A,S ta v a n g e r , 2 《卫〕t R , Tv ei t ho r e u s e of h i r e s s u r e p i P e l i n e i s o l a t i o n p l u g s fo r o p n g p i p e l i n ee o n s t i o n , m ai n t e e[ J ].P i in d Ga s[ 科][45〕,3 0 〕,、„内,„4傀5] [50〕[51〕乙U7,尸.Ž5 2 ][ 3 8 〕[39] 〔53〕[54〕445 〕 2 (X) 5,2 3 2 ( l ):3 0 龚顺风, 金伟良, 等 海底管道铺设技术研究进展 [J」2 0 1 0 , 2 5 ( 5 ):5一 10 .Z h a n g C e,Z h an g S h i 而n,, e t of p lu g p a ek n th e f m on e y J」h,2 0 1 1,2 0 1 一 203 : 32 6 一33 J〕2 (X) 8,3 6 ( 9 ):2 1 3 一2 , 张仕民, 王德国, J] 2 0 1 1 , 3 0 ( 4 ):2 7 9一 2 8 2 , 29 D〕国石油大学 (北京), 2 0 1 0 D〕国石油大学 (北京), Z o n .Y an g Z ha g ,Z ha n 砂 ha n n g , e e s LF C」/11W 010 ),Se p t e 一 27,2 0 1 0,in g ,C h in a ,2 0 1 0:7 5 2一 7 5 9 气管道受阻瞬变流时空演化规律及气动智能封堵方法研究, 项目编号50905186/0202 [ [2011一0 6 一 13 ], Ze n gM in g ,Z h an g S h i m si l u 既」/ le e e ri n d Co m p u t e r( M E 1 1 ),( Re e ,2 0 1 李爱华, 苗春生, J」 0() 9,2 5 ( 1 0 ): 43 李爱华 , 张永祥, J] 2 (X) 9,2 1 ( 5 ):3 5 2一 3 5 7 海超百米水深海底油管道泄漏修复实例 [海洋石油, 2 0 1 0 , 3 0 ( 3 ) : 9 3 一 9 6 .[ 4 2〕[43]第一作者简介: 张仕民, 教授, 生于1967 年, 2 ( x ) 4 年毕业于清华大学精密仪器专业, 现从事管道维修技术及装备方面的教学与研究工作。 地址:(北京市昌平区。电话:(010)89733835。 E 一m 8 197 6 @ 16 收稿日期:2011一 0 6 一 13(本文编辑 刘 峰)
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