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天然气管道施工技术 工程技术部李树伟2014年12月 天然气管道施工的任务长输管道线路施工技术管道投产技术管道穿越技术管道检维修技术 一 天然气管道施工的任务 天然气管道施工的任务就是根据油气储运系统各设施或各单体设备的设计要求 在施工 验收规范的指导下 高效 低能 优质 快速地完成设施或单体建设 以达到投产的要求 一般来说 天然气管道工程的建设要经过设计和施工两个阶段 今天重点介绍天然气管道施工中常见的技术 二 长输管道线路施工技术 1 长输管道线路施工程序长输管道线路工程施工主要分为 施工准备 材料 管道附件验收 交接桩及测量放线 施工便道修筑及施工作业带清理 材料 防腐管的运输及保管 管沟开挖 布管及现场坡口加工 管口组对 焊接及验收 管道防腐和保温工程 管道下沟及回填 管道穿 跨 越工程及同沟敷设 管道清管 测径及试压 输气管道干燥 管道连头 管道附属工程 健康 安全与环境和工程交工验收 二 长输管道线路施工技术 2 线路交桩和测量放线线路交桩由业主或监理组织 设计单位和施工单位共同参加 在现场进行交 接桩工作 接桩人员由施工单位项目部技术部门会同施工现场技术人员组成 接桩人员接收设计单位设置的线路控制桩和沿线路设立的临时性 永久性的水准基标 测量放线人员一般由参加接桩的测量工程师和辅助人员组成 依据线路平面 断面图 设计控制桩 水准标桩 采用GPS定位 全站仪进行测量放线 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 3 施工便道修筑 扫线 选择适当的位置 尽量利用现有的乡 山 间小路修筑施工便道 一般采用单斗挖掘机 铲运车 推土机进行作业 个别基岩地段采用松动爆破配合开拓 个别地段无乡 山 间小路可依托的 采用削方的办法开拓便道 二 长输管道线路施工技术 4 运管 保管及布管通常情况下 平原段运管包括一次运管 二次倒管及布管 山区段运管包括一次运管 二次倒管 三次倒管及布管 其方式如下 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 5 保管堆管场地经平整 压实 去除地表附作物及石块等 防腐管不允许与地面接触 管底与地面的净距 0 2m 管垛采用沙袋或填充软质物的编织袋 管垛与管子的接触面宽度 0 4m 不同壁厚 防腐等级的管子 以及弯头 弯管等 分开堆放 并标识清楚 管子堆放过程中 加强对外防腐层的保护 堆管场四周设置围栏 管堆间留出足够的通道 管子两端临时封堵 防止异物进入管内 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 6 布管根据管道沿线不同的地质情况 采用不同的布管方法 施工作业带便道承载力较强处 采用宽履带吊管机直接布管 吊管机吊臂套旧轮胎保护 避免吊运过程中碰伤钢管的防腐层 施工作业带土质较软 承载力较差的地段 用宽履带推土机 宽履带吊管机等设备拖带宽脚爬犁进行运管 布管 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 7 管道组对焊接根据不同地形 管线组对分为内对口器组对 外对口器组对两种方式 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 从国内20世纪50年代第一条长输管道建设开始 至今已有半个世纪 国内管道现场焊接施工大致经历了焊条电弧焊上向焊 焊条电弧焊下向焊 半自动焊 自动焊及全自动焊接方式等五个发展过程 半自动焊是电焊工手持半自动焊枪施焊 由送丝机构连续送丝的一种焊接方式 由于在焊接中送丝连续 节省了更换焊条等辅助工作时间 熔敷速度高 同时减少了焊接接头 减少了焊接收弧 引弧产生的焊接缺陷 提高了焊接合格率 是目前长输管道主要的焊接方式 全自动焊是借助于机械和电气 自控的方法使整个焊接过程实现自动化 人工主要从事监控作业 国内从西气东输工程开始 进行了自动焊的大面积应用 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 8 无损检测管道焊口经外观检查合格后 需对焊缝进行无损检测 用于检测气孔 夹渣 裂缝 咬边 焊瘤 弧坑 烧穿 未焊透等焊缝缺陷 常用的无损检测方法有射线探伤 RT 超声波探伤 UT 和磁粉探伤 射线探伤 又分为X射线和 射线探伤 射线探伤是利用射线通过焊缝时 焊缝内的缺陷对射线的吸收和衰减不同来检查焊缝的 超声波探伤 利用超声波能透入金属材料深部 并由一截面进入另一截面时在界面边缘发生反射的特点来检查焊缝的 磁粉探伤 首先将焊缝处充磁 对于断面尺寸相同 内部材料均匀的管道 磁力线的分布是均匀的 如果焊缝有裂纹等缺陷 磁力线发生弯曲 可根据磁粉的形状 多少 厚薄来判断缺陷的大小及位置 二 长输管道线路施工技术 磁粉渗透适用于焊缝表面裂纹的检验 对于气孔 夹渣及隐藏在深处的缺陷则难于发现 二 长输管道线路施工技术 9 管线防腐防腐层的外表面应平整 无漏涂 褶皱 流淌 气泡和针孔等缺陷 防腐层应能有效地附着在金属表面 聚乙烯热收缩套 带 聚乙烯冷缠粘胶带 以及双组分环氧粉末补伤液 补伤热熔棒等补口 补伤材料应按其生产厂家使用说明的要求施工 管道锚固墩 穿越段管道 阴极保护测试线焊接处的防腐 应在检查合格后方可进行下一道工序 阴极保护测试线焊接处的防腐材料应与管道防腐层相匹配并与测试线外皮粘接良好 管道出 入土的防腐层应高出地面300mm以上 应在地面交界处的管外采取包覆热收缩套或其他防护性措施 热收缩套搭接处应平缓 无破损和漏点 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 10 管沟开挖在管沟开挖前应进行移桩 转角桩按转角的角平分线移动 其余轴线桩应平移至堆土或组焊一侧距施工作业带边界线200mm处 对移桩困难地段 可采用增加引导桩 参照物标记等方法来确定原位置 管沟开挖时 应将挖出的土石方堆放在与施工便道相反一侧 距沟边不小于1m 在耕作区开挖管沟时 表层耕作土应靠边界线堆放 下层土应靠近管沟堆放 石方及卵石段超挖深度应符合设计要求 挖方原则为一般地段采用机械开挖 穿河地段采用挖掘机开挖 岩石地段采用爆破后人工或机械清理 沟槽开挖应根据地质情况以设计图纸为准 特殊情况 按审定的标高和尺寸施工 在人口密集区500米内进行管沟开挖时 应采取必要的安全防护措施 并有专人24小时监护 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 11 管道下沟管道下沟前 应使用电火花检漏仪检查管道防腐层 如有破损或针孔应及时修补 检测电压应符合设计或现行有关标准的规定 管道下沟时 应注意避免与沟壁挂碰 必要时应在沟壁突出位置垫上木板或草袋 以防止擦伤防腐层 管道应放置到管沟中心位置 距沟中心线的偏差应小于250mm 管子应与沟底紧密结合 局部悬空应用细土填塞 管道下沟时 应由专人统一指挥作业 下沟作业段的沟内不得有人 应采取切实有效的措施防止管道滚沟 管道下沟后应对管顶标高进行复测 在竖向曲线段应对曲线的始点 中点和终点进行测量 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 12 管沟回填一般地段管道下沟后应在l0天内回填 回填前 如沟内积水无法完全排除 在完成回填时 应使管子不致浮离沟底 山区易冲刷地段 高水位地段 人口稠密区及雨期施工等应立即回填 耕作土地段的管沟应分层回填 应将表面耕作土置于最上层 管沟回填前宜将阴极保护测试引线焊好并引出地面 或预留出位置暂不回填 管道下沟后 石方段管沟细土应回填至管顶上方300mm 细土的最大粒径不应超过1Omm 然后回填原土石方 但石头的最大粒径不得超过250mm 回填土应平整密实 管沟管道的端部 应留出30m管段暂不回填 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 13 清管 测径管道清管的目的是清扫管腔内的杂物 使管道保持洁净 采用压缩空气清管时 清管器运行速度宜控制在4 5m h为宜 清管器前后压差宜控制在0 1 0 4MPa 最大压力不宜超过2MPa 清管器密封皮碗过盈量一般为3 5 直板清管器的过盈量一般为2 5 用压缩空气清管时 开口端不再排出杂物为合格 清管时应分别在被清管管道两端焊接收发球筒 为保证清管效果 清管次数一般不少于2次 收球筒应安装在地势较高且50米范围内没有建筑物和人口的区域内 并应设置警示标识 二 长输管道线路施工技术 二 长输管道线路施工技术 14 管道试压管道试压分两种方式 水压试验和气压试验 水压试验使用的压力表精度等级不低于1 5级 其标定刻度为试验压力的1 3倍 气压试验时 压力表精度等级不低于1级 表盘直径不低于150mm 最小刻度不大于0 02MPa 管道分段试验长度以管道干线截断阀间距为宜 试压管段的自然高差不应过大 试压水应为无腐蚀 无泥沙的清洁水 试压前 不能参与试压的系统 设备 仪表和其他管道附件应拆除或用盲板隔离 二 长输管道线路施工技术 水压试验压力值 稳压时间及允许压降值 二 长输管道线路施工技术 气压试验压力值 稳压时间及允许压降值 二 长输管道线路施工技术 15 管道干燥输气管道试压 清管结束之后应进行管道干燥 管道干燥可采用干燥空气吹扫 真空蒸发 甲醇 甘醇类吸湿剂清洗等方法 采用干燥空气吹扫时 以干燥后排出气体水露点值已连续4h比管道输送条件下最低环境唯独至少低5 变化幅度不大于3 为合格 采用真空法时 干燥后管道内气体水露点宜连续4h低于 15 为合格 当采用吸湿剂时 干燥后管道末端排出的混合液 甲醇 甘醇类吸湿剂含量的质量百分比大于80 为合格 管道干燥结束后 如果没有立即投运 宜充入干燥氮气 保持关内微正压密封 防止外界湿气重新进入管道 二 长输管道线路施工技术 三 管道投产技术 由于天然气与空气混合达到5 15 浓度时遇明火会产生爆炸 所以应采取措施把天然气与空气隔开 SY T6233 2002 天然气管道试运投产规范 规定 天然气管线投产时要采用惰性气体对输气站及管线进行置换 所谓置换就是用惰性气体 一般用氮气 将前面的空气和后面的天然气隔离开 就是天然气与空气不直接混合 达到安全的目的 惰性气体中氧气含量低于2 为合格 管线中气体置换时宜设置隔离球 器 置换用惰性气体一般采用氮气 三 管道投产技术 氮气置换投产一般在站间清管 干燥后进行 其程序为 1 隔离球置换方式隔离器的作用是使氮气与空气 天然气与氮气混气量尽可能减少 然而 实际使用过程中 隔离球置换方式存在以下问题 使用的四皮碗清管器在管道中运行一段距离后皮碗磨损很大 有时可能会磨透 起不到隔离作用 清管器遇弯头或变径处时皮碗有可能被卡住 皮碗与管壁间有可能产生缝隙 也会产生串气 由于清管器皮碗直径的过盈 产生很大的摩擦阻力 清管器前后的压差很大 更增大了清管器前后的串气量 因此采用加隔离器形成置换列车的置换投产方法会产生很大的混气量 对高程变化较大的山地段更为严重 三 管道投产技术 2 气推气 方案先向管道中注入一定量的氮气 氮气前不加清管器 然后直接注入天然气 三种气体间不用任何隔离措施 而是气体与气体直接接触 为保证随时掌握气体的流动速度和混气量 在沿线各阀室 分输站用含氧分析仪和可燃气体报警仪检测气头 尾到达的时间和气体浓度 为了降低氮气天然气段在管道中前进的阻力 减少混气量 在置换期间沿线阀室及站场内采取放空措施 当检测到氮气到达后 立即关闭放空阀以确保氮气不损失 三 管道投产技术 四 管道穿越技术 1 定向钻穿越施工技术水平定向钻穿越技术是管道穿越河流 铁路 公路等障碍物时采用的一种施工工艺 由于其具有对地表条件要求低 对地面环境影响小 施工速度快等优势 近年来得到广泛应用 定向钻主要用于穿越河流 湖泊 公路和山体或 构 筑物等障碍物 敷设大口径 长距离的石油天然气管道 定向钻施工时 按设计的钻孔轨迹 采用定向钻进技术先开一个导向孔 随后在钻杆端部换接大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待敷设管线进行扩孔和管道回拖 在扩孔的同时 将待敷设的管线拉入导向孔 完成敷设作业 定向钻系统的组成钻机系统是整个定向钻系统的核心 主要由底座 钻机架 活动卡盘和控制室组成 四 管道穿越技术 控向与造斜系统定向钻的控向方式分为有线控向和无线控向两种 造斜是实现管道曲线穿越的关键所在 钻具常用的钻具有钻头 泥浆马达和钻杆 钻头泥浆马达钻杆 四 管道穿越技术 泥浆系统在穿越施工中 泥浆主要用于护壁 携沙 润滑 保证施工的正常 顺利进行 扩孔与回拖系统回拖是管道穿越施工中最后一道工序 必须充分考虑泥浆 扩孔直径 扩孔井壁条件 并科学设定回拖力 动力辅助系统动力源一般由柴油机 液压泵和发电机组成 四 管道穿越技术 简单工作原理 当穿越管径大于DN90时需要预扩孔 四 管道穿越技术 定向钻施工程序 四 管道穿越技术 2 顶管施工技术顶管施工技术被广泛应用于穿越公路 铁路 河流 闹市区等不允许或不能开挖条件下进行各种管道的铺设 更换和修复 具有综合成本低 施工周期短 环境影响小 不影响交通 施工安全性好等优点 四 管道穿越技术 顶管施工是从地面开挖两个基坑井 然后管节从工作井安放 通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械的顶进 推动管节从工作井预留口穿出 穿越土层到达接收井的预留口边 然后通过接收井的预留口穿出 形成管道的施工 四 管道穿越技术 泥水平衡式顶管施工是机械密封式顶管施工最常用的一种 泥水平衡式顶管施工适用于大于内径DN600管道顶进施工 顶管施工时 在主顶千斤顶推动管道向前进 推进过程中通过顶管机的刀盘切削土体 切削下来的土体挤压在泥土仓内 通过刀盘的转动搅拌均匀进入泥水仓与与进浆管送入的泥浆搅拌成浓的泥浆 再通过排浆管道将浓泥浆排出机头 泥水平衡式顶管适应的土质范围很广 如高地下水软弱地层 淤泥质土 粘土层 粉土层 中粗砂层 以及软岩地层等 同时平衡式顶管掘进机有简易的破碎功能 有部分块石或卵石的土体也可以施工 四 管道穿越技术 泥水平衡顶管施工示意图 五 管道抢维修技术 1 不停输带压封堵技术为保证管道正常生产 不间断供气 及时处理泄漏事故 管线维修及改造施工时可采用不停输带压封堵施工工艺 不