２０１７正 ５ ａｎ（Ｉ ２Ｏｌ７ Ｎｏ．３ 第３期 封堵三通卡球原因分析及封堵设备改进设计 刘建军‘，杨 涛‘，蔡海生 ，刘国建 ，赵海宁 （１．山东省天然气管道有限责任公司．山东济南２５００００； ‘ ４５７００１） ２．中国石油化工股份有限公司中原油田分公司天然气产销厂．河南濮阳摘要：文中简述了某天然气管道Ａ站一Ｂ站段内检测通球过程中封堵三通处出现的卡堵问题．结合 通球、封堵等工程实践，对卡球原因进行了分析，发现了塞堵的设计缺陷，通过理论计算提出了塞堵的 优化设计，解决了塞堵无旋转限位的问题，并对优化设计后期实践应用可能存在的问题提出了解决办 法，对天然气管道带压封堵、通球，提高输气效率等具有参考意义． ．关键词：内检测；卡堵；塞堵；鞍形板；带压封堵；输气效率 中图分类号：ＴＥ９７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—９６１４（２０１７）０３—００２５—０３ Ｓｅａｌｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ－－ｗａｙ Ｂａｌｌ Ｃａｕｓｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｓｅａｌｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ＬＩＵ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ ，ＹＡＮＧ Ｆａｏ ，ＣＡＩ Ｈａｌ—ｓｈｅｎｇ。，ｌＪＵ Ｇｕｏ－ｊｉａｎ 。ＺＨＡＯ Ｈａｉ—ｎｉｎｇ （１．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ ２５００００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｉｎｏｐｅｃ Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓａｌｅｓ Ｐｌａｎｔ，Ｐｕｙａｎｇ ４５７００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｌ’ｂｒｉｅｆｌｙ ｄｅｓｃｒｉｔｍｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｗａｙ ｔ）ｌｏｅｋ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｉｎｔｅｍａｌ ｉｎｓｐｅ（．ｔｉｏｎ ｓｐｈｅｒｅ ｐｉｇ— ｇｉｎｇ ｆｒｏｍ ｓｔａｔｉｏｎ Ａ ｔｏ ｓｔａｔｉｏｎ Ｂ ｏｆ ｔｈｅ ｎａｔｕｒｅ ｇａｓ ｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｒｏｍｂｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｓｐｈｅｒｅ ｐｉｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｓｅａｌｉｎｇ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｈｅｒｅ ｐｉｇｇｉｎｇ ｓｅａｌｉｎｇ ｒｅａｓｎｎｓ ｗＰｌ１Ｐ ａｎａｌ＞ｚｅｄ．ｔｈｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｄｅｆｅ（，ｔ ｗａｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａ— ｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｐｕｔ １１弋、ｆｄＩ．ｄ．ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｈｌＰｎｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ．ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｐｒａｔ‘ｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉ（ ａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｔｅｒ ｓｔａｇｅ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｓ ｗｅｌ１．Ｉｔ ｈａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｃｅ ｆｏ，， ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｓｆｉｈｅｒ￣￣ｐｉｇｇｉｎｇ ａｌｌ（Ｉ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｒｎａｌ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；ｂｌｏｃｋ；ｓｅａｌｉｎｇ；ｓａｄｄｌｅ ｐｌａｔｅ；ｓｅａｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｇａｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ ０引言 在某天然气管道Ａ站一Ｂ站段内检测通球过程 中，从Ａ站发送的测径验证清管器在距离Ａ站约ｌ４ ｋｍ处卡堵，通过开挖验证．发现清管器卡在改线带压 封堵三通处，后通过停气换管方式对该段管道进行了 更换，消除了清管器卡堵。 ｌ卡球原因分析 该段管道于２００７年实施过改线，新旧管道连头采 用不停输带压封堵（两封两堵）施Ｔ，受不停输带 封 堵施工工艺，施工完毕后，旧管道上保留２个＝ｉ通 图１清管器卡堵开挖验证图 后的管段照片见图２。由图２可以看出，鞍形板旋转 造成了清管器卡堵。 鞍形板旋转可能原因有２个：（１）在封堵连头完 成，下塞堵过程中，安装角度偏差较大．多次通球造成 鞍形板变形越来越大，管道的通过能力越来越弱．造 成了卡球；（２）下塞堵过程中，安装角度偏差较小．清 管器旋转和多次撞击造成偏差角度越来越大，管道的 （分别为封堵三通和旁通三通 ）。本次清管器卡堵位 置为封堵三通＿２ ］。开挖后清管器卡堵点见图ｌ 出现清管器卡堵后，紧急启动了应急预案，通过 停气换管的方式对卡堵点进行了应急处置 、切除 收稿日期：２０１６—１１—０３ 通过能力越来越弱，最终造成卡球。 ２６ Ｍａｙ２０１７ ．在一定角度。因塞堵无旋转限位，后期鞍形板受外力 推动进一步偏斜，带动塞堵旋转，旋转角度超过ｌ｝缶界 值后造成了清管器的卡堵。 图２卡堵管段切除后内部图片 原闽一属于施Ｔ问题，需在下塞堵过程中，严格 控制鞍形板安装角度；原因二分析如下：鞍形板旋转 的根源是塞堵设计不合理，仅有上下限位，无旋转限 化，如 ３所示、 图５下塞堵过程示意图 鞍形板偏斜后受到的外力主要有以下两方面：（１） 天然气流动对鞍形板的冲击力长期作用造成鞍形板偏 斜角度缓慢变大，但天然气流动冲击力很小．造成鞍形 板偏斜角度变大的可能性不大；（２）清管器的旋转产生 图３塞堵结构示意图 的扭力和撞击产生的冲击力造成，陔段管道前期已通球 ５次（发送的清管器分别为：１次泡沫清管器、２次四碟 塞堵安装到位后，由４个螺栓将限位卡环推人上 Ｆ限位槽中，了塞堵上下移动。但并未完全 壤堵和鞍肜板的旋转，如图４所示。 测径清管器、１次四碟两直清管器、１次两碟钢刷清管 器），均未在该位置发生卡堵，但每次通球，清管旋转产 生的扭力，以及清管器的皮碗、直板、测径板、钢刷等冲 击对鞍形板造成的冲击力．造成鞍形板偏斜角度越来越 大．管径越来越小，通过能力越来越差，导致第６次发送 测径清管器时，清管器在该处卡堵 ２塞堵优化设计 通过以Ｊ二分析可以看ｆ｛Ｊ’塞堵设计的不合理（无 旋转限位）是导致清管器卡堵的最根本原因。基于塞 堵无旋转限位，优化塞堵设计如下：将塞堵上下限位 的环状沟槽内增设４个９Ｏ。等分的限位孔，同时在卡 环上设计４个９０。等分的凸俞，如图６所示。 图４封堵三通与塞堵装配图 新Ｉ Ｌ１管道连头完成后，通过连接杆将塞堵和鞍形 板焊接成一体，连接杆长度控制鞍形板的深度，通过 ；￣－ｆＬ￣１／＇ＩｉＩ：动塞堵、鞍形板旋转调整鞍形板的角度，保 －・－－－竺兰竺兰】 图６优化设计后塞堵及卡环示意图 ｉｌＥ鞍形板与管道切ＩＺｌ吻合，见图５ ９Ｉ。在施＿Ｔ过程中， Ｉｑ下塞堵是 开孔器的箱体中进行，肉眼无法看到， 只能肓操，鞍形板与管道切口是否能够吻合完全依赖 ２．１设计优势 在塞堵下到位后．通过卡环上４个凸台与塞堵限 位孔的配合．卡环可以塞堵上下移动，凸台可以 塞堵的旋转。从而保证与塞堵连接的鞍形板不 会产生偏斜，避免管道通球过程中卡堵；鞍形板不偏 斜也不会对天然气输送形成节流，从而提高了管道的 没备的精准度和操作人员的技术水平。该处封堵 通 下塞堵过程中，可能受盲操等因素的影响，未控 制好微彤板角度。造成鞍形板与管道切口未吻合，存 第３期 刘建军等：封堵三通卡球原因分析及封堵设备改进设计 ２７ 输气效率。 ２．２设计存在问题及解决办法 清管器在封堵三通处卡堵，提高管道的输气效率。 ３结束语 因在原来限位沟槽内增加４个限位孔，卡环凸台 与限位孔装配比卡环与限位沟槽的难度要大，从而会 加大塞堵“锁死”的施工难度。 本文结合管道通球、管道换管应急处置、不停输 带压封堵施工等工程实际。对清管器在封堵三通处卡 堵的原因进行了分析．提出了带压封堵塞堵的优化设 计方法，并对设计中可能存在的施工问题提出了相应 的解决方案，有助于不停输带压封堵施工设备的优 化。避免因鞍形板旋转造成的清管器卡堵和管道输气 针对该问题，提出２个解决方案：（１）严格控制施 工过程．准确控制限位孔、卡环凸台以及鞍形板安装角 度，保证卡环凸台与限位孔、鞍形板与管道切口同时紧 密配合；（２）结合漏磁检测器允许管道变形量适当放宽 效率的降低。 限位孔宽度，使卡环凸台和限位孔间隙配合，这样有利 限位孔具体尺寸需经过大量实验后确定一个最 于塞堵“锁死”施工，又不会对管道内检测造成影响。 合理的数值，另外，卡环凸台宽度ｃ和设计数量还需 内检测过程中通过能力最弱的是最后发送的漏 要结合塞堵与三通间的摩擦力、清管器旋转扭矩、清 磁检测器，以ＤＮ５０８ ｍｍ的管道为例，漏磁检测器可 管器撞击作用力以及卡环材质等因素进一步优化 通过管道直管段最小内径为４３６ ｍｍ，按四级地区管道 设计。 壁厚１０．３ ｍｍ计算。通漏磁检测器时允许管道变形量 参考文献： 为５１．４ ｍｍ（约１０％ＤＮ）。 ｆ １１ 国家能源局．钢制管道封堵技术规程：第１部分塞式、筒 ｃ。ｓ ＝ Ｒ－Ｏ．５Ｂ （１） 式封堵：ＳＹ／Ｔ ６１５０．１—２０１１『Ｓ１．北京：石油工业出版 社．２０１１． 式中：尺为管道半径，Ｒ＝２５４ ｍｍ；Ｂ为漏磁清管器允许 ［２］ 郑斯文，张鹏飞，信纪庆，等．关于天然气管道不停输带压 管道最大变形量，Ｂ：５１．４ ｍｍ。 封堵施工技术分析［Ｊ］．中小企业管理与科技（中旬刊）， 由式（１）得出鞍形板安装允许最大偏斜角 ２０１５（９）：９０． ［３］蔡彪，李敬恩．带压封堵技术在冀东油气管道上的应用 度０—２６。。 ［Ｊ］．机械研究与应用，２０１２（４）：１２５－１２７；１３０． 盯ｒ （２） ［４］尹国耀，屈文理，武建民．管道带压封堵技术［Ｊ］．管道技 术与设备，１９９９（３）：１７；２３． 式中： 为限位孔允许最大宽度。ｍｍ：ｒ为塞堵限位槽 ［５］ 葛汉林，姜芳，吴明．油气管道带压不停输折叠式封堵技术及 半径，ｍｍ。 设备的研究设计［Ｊ］．机械设计与制造，２０１４（４）：２０９—２１１． 由式（２）得出管径５０８ ｍｍ、壁厚１０．３ ｍｍ的管道 ［６］李静，李苗．天然气长输管道应急封堵技术研究［Ｊ］．管道 限位孔允许最大宽度０．４５ｒ。 ’技术与设备，２０１２（５）：３８—４０． 限位孑Ｌ的宽度 范围为：卡环凸台宽度Ｃ＜Ｌ ＜ ［７］孙海峰．燃气管道不停输带压开孔封堵技术［Ｊ］．管道技 ０．４５ｒ。 术与设备，２０１６（５）：３０—３３． ２．３设计改进后效果 ［８］薛福连．流体管道不停输带压开孔封堵新技术［Ｊ］．焊管， 塞堵优化设计后，解决了封堵三通塞堵无旋转限 ２００６（５）：７２－７３． 位的问题，避免了在天然气输送、通球等作业过程中 ［９］高压管道带压开孔技术［０Ｌ］．［２０１６－１１－０２］．ｈｔｔｐ：／／ｖ． ｙｏｕｋｕ．ｅｏｍ／ｖ—ｓｈｏｗ／ｉｄ—ＸＭｚＥ２ＮＴｃ０ＭＤｃ２．ｈｔｍｌ？ｑｑ—ｐｆ—ｔｏ 可能出现的鞍形板受力带动塞堵旋转，从而能够避免 ｐｅｑｑ．ｃ２ｅ． （上接第６页） 施研究［Ｄ］．大连：大连理工大学，２０１０． ［９］施若苇．海底管道热屈曲及管土相互作用研究［Ｄ］．杭州： ［１３］ 电力工业部东北电力设计院．火力发电厂汽水管道设计 浙江大学．２０１４． 技术规定：ＤＬ／Ｔ ５０５４－－１９９６［Ｓ］．北京：中国电力出版 ［１０］ 赵天奉．高温海底管道温度应力计算与屈曲模拟研究 社．１９９６． ［Ｄ］．大连：大连理工大学，２００８． 作者简介：谭越（１９７８一），博士，高级工程师，主要从事边际油 ［１１］梁光强．高温高压下海底管道的屈曲研究［Ｄ］．天津： 田开发、船舶及海洋工程结构设计研发工作。 天津大学。２０１０． Ｅ．ｍａｉｌ：ｔａｎｙｕｅ２＠ｃｎｏｏｃ．ｃｏｎ１．ａｎ ［１２］ 刘羽宵．高温高压海底管道横向热屈曲机理及控制措
