CN116000344A - 一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置及开孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道带压开孔技术领域，且公开了一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置，包括主管道，所述主管道上焊接有开孔管件，所述开孔管件和主管道焊接处焊接有焊缝，所述开孔管件的上方通过法兰连通有夹板阀，所述夹板阀的上方通过法兰连接有开孔筒，所述开孔筒的内部设置有开孔机，打开夹板阀，所述开孔管件与开孔筒的内部相连通，所述开孔筒的右侧连通有压力平衡管，所述压力平衡管的末端与主管道的内部相连通。该石油管道带压开孔封堵压力平衡装置及开孔方法，通过设置压力平衡装置，通过压力平衡管连通开孔筒与主管道内部，通过压力平衡阀进行压力平衡，避免了石油管道内的高压对打孔机所产生的强烈冲击，保护了生产安全和操作者的安全。
Description
技术领域
本发明涉及管道带压开孔技术领域，具体为一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置及开孔方法。
背景技术
带压不停输开孔装置设备是在不停产情况下进行开孔接点,开孔机在开孔过程中是在完全封闭的空腔内进行的,刀具切削过程与空气隔绝,无着火、爆炸的可能性。由于封闭开孔、无泄漏,有毒有害介质不能排放到大气中,因此对环境无污染。管道带压开孔是一种安全、环保、经济、高效的在役管线改造、抢修技术，适用于水、原油、成品油、化工介质、天然气等多种介质管线的正常维修改造和突发事故的抢修。
前几年石化装置大量的建设和开工，随之带来的问题是装置过运行周期后需检修、改造或消缺等措施来维持装置后一个周期的运行，一牵涉到检修、改造等往往装置需要停车，一停车就会损失很大的效益。带压开孔技术是采用机械切削方式在承压管道上加工出圆形孔的一种作业技术。本技术在不需要停车的情况下利用开孔机对带压设备、管道进行开孔，既不影响装置的正常运行，又能保证安全、高效、环保的完成管线碰头或预留接口的目的。
现有的带压开孔装置在管道带压的情况下，对管道进行打孔，由于管道为可燃石油管道，在打孔机打开石油管道的瞬间，由于石油管道内的高压会对打孔机产生强烈的冲击，甚至于造成事故。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置及开孔方法。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置，包括主管道，其特征在于：所述主管道上焊接有开孔管件，所述开孔管件和主管道焊接处焊接有焊缝，所述开孔管件的上方通过法兰连通有夹板阀，所述夹板阀的上方通过法兰连接有开孔筒，所述开孔筒的内部设置有开孔机，打开夹板阀，所述开孔管件与开孔筒的内部相连通，所述开孔筒的右侧连通有压力平衡管，所述压力平衡管的末端与主管道的内部相连通，所述压力平衡管靠近主管道的一端设置有第二控制阀，所述压力平衡管靠近开孔筒的一端设置有第一控制阀，所述压力平衡管经主管道至开孔筒流向方向上依次设置有压力平衡阀和副压力表，所述开孔筒上端的右侧设置有排气阀。
优选的，所述压力平衡阀采用ZYC型自力式压力平衡阀。
优选的，所述主管道上设置有主压力表，主压力表用于对主管道内部油压检测。
优选的，所述夹板阀的上端通过法兰连接有直角管,所述夹板阀与直角管连接接面处放置相应的“O”型圈，通过紧固螺栓进行固定安装，所述直角管的另一端固定连接有固定法兰盘，所述固定法兰盘固定连接有支线管道。
优选的，一种石油管道带压开孔封堵压力平衡开孔方法，包括以下步骤：
S1：焊接开孔管件；
S2：检测焊缝；
S3：安装夹板阀；
S4：安装开孔机；
S5：连通开孔筒与主管道内部；
S6：使开孔筒内部与主管道内部压力平衡；
S7：对主管道钻孔；
S8：拆卸开孔机；
S9：连接支线管道。
优选的，所述步骤S1中在对开孔管件进行焊接工作时，首先要对主管道内部允许带压施焊的压力进行检测计算，确保焊接工作安全性：
计算管道允许带压试焊的压力大小：公式如下：
式中：
P---设备、管道允许带压施焊的压力，单位Mpa；
σs---设备、管道母材的最小屈服极限，单位Mpa；
t---焊接处管道、设备实际厚度，单位mm；
c---因焊接引起的壁厚修正量，单位mm；
D---设备、管道外径，单位mm；
F---安全系数(水、氮气等非可燃、有毒介质取0.6；有毒可燃介质取0.5)。
根据上述公式计算出管道允许带压试焊的压力，然后根据主压力表检测主管道内部压力大小，当主管道内部压力大于管道允许带压试焊的压力则不满足施焊条件，无法进行施焊工作，需要人工进行调教主管道内部管道压力大小，使内部压力小于管道允许带压试焊的压力。
优选的，所述步骤S2中焊缝检漏方法为氦质谱检漏仪检漏：包括有盖板、抽气管、连接法兰和氦质谱检漏仪，所述盖板在开孔管件的上端口处通过螺栓固定连接，开孔管件与盖板接面处放置相应的“O”型圈，保证接面的密封性能，所述盖板的上侧设置有抽气口，抽气口通过工装连接有抽气管，所述抽气管的末端连接有连接法兰，所述连接法兰的下端与氦质谱检漏仪上的抽气口相连接。
优选的，所述氦质谱检漏仪为SFJ-261型氨质谱检漏仪。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置及开孔方法，具备以下有益效果：
1、该石油管道带压开孔封堵压力平衡装置及开孔方法，通过设置压力平衡装置，通过压力平衡管连通开孔筒与主管道内部，通过压力平衡阀进行压力平衡，避免了石油管道内的高压对打孔机所产生的强烈冲击，保护了生产安全和操作者的安全。
2、该石油管道带压开孔封堵压力平衡装置及开孔方法，通过对管道允许带压试焊的压力进行计算，可以使焊接在安全状态下进行工作，避免出现焊穿现象，保证操作的安全性能，避免出现安全事故。
3、该石油管道带压开孔封堵压力平衡装置及开孔方法，通过采用氦质谱检漏仪对开孔管件内部进行检漏处理，可以更加精准的检测开孔管件焊接的密封性，保证开孔管件处于绝对密封状态，避免在长期使用过程中，出现漏点渗液现象，提高了开孔管件的时使用寿命，解决了传统采用磁粉检测精度较低，开孔管件长时间使用出现漏点现象。
附图说明
图1为本发明一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置的结构示意图；
图2为本发明氦质谱检漏仪检测的结构示意图；
图3为本发明支线管道的结构示意图；
图4为本发明焊接管道焊接的结构示意图。
图中：1主管道、2焊缝、3开孔管件、4主压力表、5夹板阀、6开孔筒、7开孔机、8第一控制阀、9副压力表、10压力平衡阀、11压力平衡管、12第二控制阀、13盖板、14抽气管、15连接法兰、16氦质谱检漏仪、17直角管、18固定法兰盘、19支线管道、20排气阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，本发明提供一种新的技术方案：一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置及开孔方法，包括有主管道1，所述主管道1上焊接有开孔管件3，所述开孔管件3和主管道1焊接处焊接有焊缝2，所述开孔管件3的上方通过法兰连通有夹板阀5，所述夹板阀5的上方通过法兰连接有开孔筒6，所述开孔筒6的内部设置有开孔机7，打开夹板阀5，所述开孔管件3与开孔筒6的内部相连通，所述开孔筒6的右侧连通有压力平衡管11，所述压力平衡管11的末端与主管道1的内部相连通，所述压力平衡管11靠近主管道1的一端设置有第二控制阀12，所述压力平衡管11靠近开孔筒6的一端设置有第一控制阀8，所述压力平衡管11经主管道1至开孔筒6流向方向上依次设置有压力平衡阀10和副压力表9，所述开孔筒6上端的右侧设置有排气阀20。
在本实施例中，所述压力平衡阀10采用ZYC型自力式压力平衡阀；其工作原理：(当供水压力P1增大或减小时，信号由连接管传入膜片上腔，带动阀芯下移或上移，使阀座的流通面积减小或增大。P2-P3也增大或减小，直到P1-P2保持原值恒定。当回水压力P3增大或减小的瞬间同阀座流向出口的流速降低或升高，膜片下压力P2也在这个瞬间增高或降低，带动阀芯上移或下移，直到膜片的受力重新平衡，P2恢复原值，P1-P2保护原值恒定，从而保证了被控系统的供回水间压差基本不变)。所述P1指代压力平衡阀10进水管压力平衡管11内部油压，即主管道1内部油压大小，所述P2指代压力平衡阀10出水管处压力平衡管11内部油压大小，即开孔筒6内部油压大小，所述P3指代压力平衡阀10内部回水管道油压大小。
在本实施例中，所述主管道1上设置有主压力表4，主压力表4用于对主管道1内部油压检测。
在本实施例中，所述夹板阀5的上端通过法兰连接有直角管17,所述夹板阀5与直角管17连接接面处放置相应的“O”型圈，通过紧固螺栓进行固定安装，所述直角管17的另一端固定连接有固定法兰盘18，所述固定法兰盘18固定连接有支线管道19。
请参阅图1一种石油管道带压开孔封堵压力平衡开孔方法，它包括以下步骤：
S1：焊接开孔管件3；首先需要对主管道1上需要焊接开孔管件3的部位表面进行打磨清理，去除油污、铁锈、水质等任何杂物，见金属光泽；然后将开孔管件3固定在焊接位置，然后开始焊接开孔管件3，打底采用氩弧焊工艺，采用单面焊双面成型工艺，应保证根部焊透，其余层采用手工电弧焊工艺。焊接过程中要尽量采用小电流，防止烧穿母管，将开孔管件3焊接在主管道1的表面。
S2：检测焊缝2；开孔管件3焊接完成后，对焊接处焊缝2进行检漏处理，对开孔管件3内部密封性能检测。
S3：安装夹板阀5；内部密封性检测合格后，在开孔管件3的上端通过法兰连接有夹板阀5,开孔管件3与夹板阀5连接接面处放置相应的“O”型圈，通过紧固螺栓进行固定安装，保证开孔管件3与夹板阀5连接处密封性能。
S4：安装开孔机7；夹板阀5的上端通过法兰连接有开孔筒6,夹板阀5与开孔筒6连接接面处放置相应的“O”型圈，通过紧固螺栓进行固定安装，保证夹板阀5和开孔筒6连接处密封性能，然后将开孔机7安装在开孔筒6的内部。
S5：连通开孔筒6与主管道1内部；首先在主管道1靠近开孔管件3的右侧开设通孔连接压力平衡管11,压力平衡管11的末端与开孔筒6的内部相连通，压力平衡管11靠近主管道1的一端设置有第二控制阀12，压力平衡管11靠近开孔筒6的一端设置有第一控制阀8，压力平衡管11经主管道1至开孔筒6流向方向上依次设置有压力平衡阀10和副压力表9。
S6：使开孔筒6内部与主管道1内部压力平衡；首先打开第二控制阀12,主管道1内部油液经前端压力平衡管11流入到压力平衡阀10内部，通过压力平衡阀10进行压力平衡，观察副压力表9的压力大小，当副压力表9的数值与主压力表4上数值一致时，打开第一控制阀8和排气阀20，压力平衡管11内部油液进入到开孔筒6内部，打开夹板阀5,压力平衡管11内部油液在开孔管件3和开孔筒6内部储存，开孔管件3和开孔筒6内部的气体经排气阀20排出，当开孔筒6内部充满油液时，则表面开孔筒6内部气体完全排出，关闭排气阀20，观察副压力表9，待副压力表9与主压力表4数值相同时，可以对主管道1进行钻孔作业。
S7：对主管道1钻孔；启动开孔机7，对开孔管件3内部主管道1的表面进行开孔作业，转动开孔机7带动开孔刀向下移动，开孔刀和开孔筒6内部同心度误差符合要求，随着开孔刀开始切割主管道1的管壁，可以听到刀具切割噪音，在切割过程中，保持转速稳定，切孔完成后切割噪音会降低或停止，完成切孔工作，为确认是否完成开孔，只需将刀具在用手动进入5-6圈，如能顺利进入，表明开孔已经完成，如不能进入，说明还需继续开孔，开孔完毕后退回刀具到开孔筒6内。
S8：拆卸开孔机7；刀具退回开孔筒6内，关闭夹板阀5，然后依次关闭第一控制阀8和第二控制阀12，然后将压力平衡管11从主管道1上拆卸下来并对主管道1上开设的通孔进行封堵，然后打开第一控制阀8和第二控制阀12,开孔筒6内部油液会经压力平衡管11会流出来，通过收集槽进行收集，打开排气阀20，使开孔筒6内部油液流出更加迅速，然后将夹板阀5上端与开孔筒6下端连接处进行拆卸，进而完成开孔机7拆卸工作。
S9：连接支线管道19；在夹板阀5的上端通过法兰连接有直角管17,夹板阀5与直角管17连接接面处放置相应的“O”型圈，通过紧固螺栓进行固定安装，然后直角管17另一端固定连接有固定法兰盘18，通过固定法兰盘18与支线管道19固定连接，最后打开夹板阀5，进而实现了对管道主线开孔增加支线的目的。
本实施例通过设置压力平衡装置，通过压力平衡管11连通开孔筒6与主管道1内部，通过压力平衡阀10进行压力平衡，避免了石油管道内的高压对打孔机所产生的强烈冲击，保护了生产安全和操作者的安全。
实施例一
如图4所示，在所述步骤S1中在对开孔管件3进行焊接工作时，首先要对主管道1内部允许带压施焊的压力进行检测计算，确保焊接工作安全性：
(1)确认焊接开孔管件3的位置：对主管道1上开孔管件3的位置进行超声波测厚，了解管线内部的腐蚀情况，选择腐蚀较轻的位置进行焊接工作。
(2)计算管道允许带压试焊的压力大小：公式如下：
式中：
P---设备、管道允许带压施焊的压力，单位Mpa；
σs---设备、管道母材的最小屈服极限，单位Mpa；
t---焊接处管道、设备实际厚度，单位mm；
c---因焊接引起的壁厚修正量，单位mm；
D---设备、管道外径，单位mm；
F---安全系数(水、氮气等非可燃、有毒介质取0.6；有毒可燃介质取0.5)。
根据上述公式计算出管道允许带压试焊的压力，然后根据主压力表4检测主管道1内部压力大小，当主管道1内部压力大于管道允许带压试焊的压力则不满足施焊条件，无法进行施焊工作，需要人工进行调教主管道1内部管道压力大小，使内部压力小于管道允许带压试焊的压力。
(3)对焊接处进行清理：清理焊道两侧不小于10mm范围的油污、铁锈、水质等任何杂物，露出金属光泽。
(4)开孔管件焊接采用氩弧焊打底，手工焊填充和蓝面的焊接方式。焊接前，焊条进行烘干处理，烘干温度在300℃-350℃之间，烘干2小时。焊条从烘干箱取出后，应马上放入保温桶，并立即进行焊接，1小时内未使用完的焊条要放回烘干箱进行烘干。
(5)为了减少焊接时施焊部位管线内壁的温度，焊接第一遍的时候采用小电流点焊方法实施焊接，每次起弧时间必须掌握到10-30秒之间；焊接长度不能超过4cm。并且间隔1分钟后才能进行下一次起弧。这样透过焊接母管材后的温度会及时被管道中的介质带是，从而保证安全焊接的正常实施，焊接完成进行下一步检测工作。
本实施例通过对管道允许带压试焊的压力进行计算，可以使焊接在安全状态下进行工作，避免出现焊穿现象，保证操作的安全性能，避免出现安全事故。
实施例二
如图2所示，在所述步骤S2中焊缝检漏方法为氦质谱检漏仪检漏：包括有盖板13、抽气管14、连接法兰15和氦质谱检漏仪16，所述盖板13在开孔管件3的上端口处通过螺栓固定连接，开孔管件3与盖板13接面处放置相应的“O”型圈，保证接面的密封性能，所述盖板13的上侧设置有抽气口，抽气口通过工装连接有抽气管14，所述抽气管14的末端连接有连接法兰15，所述连接法兰15的下端与氦质谱检漏仪16上的抽气口相连接。
在本实施例中，所述氦质谱检漏仪16为SFJ-261型氨质谱检漏仪；在对开孔管件3上的焊缝2进行检漏时，首先将开孔管件3的上端与盖板13通过螺栓固定安装在一起，然后在通过抽气管14和连接法兰15将氦质谱检漏仪16与开孔管件3的内部相连通，然后启动氦质谱检漏仪16，通过抽气管14对开孔管件3内部进行抽真空处理，检测开孔管件3的内部是否存在漏气现象，通过氦质谱检漏仪16内部设定真空检漏的设定数值判断开孔管件3内部是否出现漏气现象，若检测合格，则表明焊缝2焊接完整，无漏点现象，继而可以进行下一步开孔工作；若检测不合格，则表明焊缝2焊接有漏点现象，需要工作人员对焊缝2进行人工排出漏点部位，对其进行修补，修补完成再次进行检漏处理，直至合格位置，保证开孔管件3内部的密封性能。
本实施例通过采用氦质谱检漏仪16对开孔管件3内部进行检漏处理，可以更加精准的检测开孔管件3焊接的密封性，保证开孔管件3处于绝对密封状态，避免在长期使用过程中，出现漏点渗液现象，提高了开孔管件3的时使用寿命，解决了传统采用磁粉检测精度较低，开孔管件3长时间使用出现漏点现象。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置，包括主管道(1)，其特征在于：所述主管道(1)上焊接有开孔管件(3)，所述开孔管件(3)和主管道(1)焊接处焊接有焊缝(2)，所述开孔管件(3)的上方通过法兰连通有夹板阀(5)，所述夹板阀(5)的上方通过法兰连接有开孔筒(6)，所述开孔筒(6)的内部设置有开孔机(7)，打开夹板阀(5)，所述开孔管件(3)与开孔筒(6)的内部相连通，所述开孔筒(6)的右侧连通有压力平衡管(11)，所述压力平衡管(11)的末端与主管道(1)的内部相连通，所述压力平衡管(11)靠近主管道(1)的一端设置有第二控制阀(12)，所述压力平衡管(11)靠近开孔筒(6)的一端设置有第一控制阀(8)，所述压力平衡管(11)经主管道(1)至开孔筒(6)流向方向上依次设置有压力平衡阀(10)和副压力表(9)，所述开孔筒(6)上端的右侧设置有排气阀(20)。
2.根据权利要求1所述的一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置，其特征在于：所述压力平衡阀(10)采用ZYC型自力式压力平衡阀。
3.根据权利要求1所述的一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置，其特征在于：所述主管道(1)上设置有主压力表(4)，主压力表(4)用于对主管道(1)内部油压检测。
4.根据权利要求1所述的一种石油管道带压开孔封堵压力平衡装置，其特征在于：所述夹板阀(5)的上端通过法兰连接有直角管(17),所述夹板阀(5)与直角管(17)连接接面处放置相应的“O”型圈，通过紧固螺栓进行固定安装，所述直角管(17)的另一端固定连接有固定法兰盘(18)，所述固定法兰盘(18)固定连接有支线管道(19)。
5.根据权利要求1所述的一种石油管道带压开孔封堵压力平衡开孔方法，包括以下步骤：
S1：焊接开孔管件(3)；
S2：检测焊缝(2)；
S3：安装夹板阀(5)；
S4：安装开孔机(7)；
S5：连通开孔筒(6)与主管道(1)内部；
S6：使开孔筒(6)内部与主管道(1)内部压力平衡；
S7：对主管道(1)钻孔；
S8：拆卸开孔机(7)；
S9：连接支线管道(19)。
6.根据权利要求5所述的一种石油管道带压开孔封堵压力平衡开孔方法，其特征在于：所述步骤S1中在对开孔管件(3)进行焊接工作时，首先要对主管道(1)内部允许带压施焊的压力进行检测计算，确保焊接工作安全性：
计算管道允许带压试焊的压力大小：公式如下：
式中：
P---设备、管道允许带压施焊的压力，单位Mpa；
σs---设备、管道母材的最小屈服极限，单位Mpa；
t---焊接处管道、设备实际厚度，单位mm；
c---因焊接引起的壁厚修正量，单位mm；
D---设备、管道外径，单位mm；
F---安全系数(水、氮气等非可燃、有毒介质取0.6；有毒可燃介质取0.5)。
根据上述公式计算出管道允许带压试焊的压力，然后根据主压力表(4)检测主管道(1)内部压力大小，当主管道(1)内部压力大于管道允许带压试焊的压力则不满足施焊条件，无法进行施焊工作，需要人工进行调教主管道(1)内部管道压力大小，使内部压力小于管道允许带压试焊的压力。
7.根据权利要求5所述的一种石油管道带压开孔封堵压力平衡开孔方法，其特征在于：所述步骤S2中焊缝检漏方法为氦质谱检漏仪检漏：包括有盖板(13)、抽气管(14)、连接法兰(15)和氦质谱检漏仪(16)，所述盖板(13)在开孔管件(3)的上端口处通过螺栓固定连接，开孔管件(3)与盖板(13)接面处放置相应的“O”型圈，保证接面的密封性能，所述盖板(13)的上侧设置有抽气口，抽气口通过工装连接有抽气管(14)，所述抽气管(14)的末端连接有连接法兰(15)，所述连接法兰(15)的下端与氦质谱检漏仪(16)上的抽气口相连接。
8.根据权利要求7所述的一种石油管道带压开孔封堵压力平衡开孔方法，其特征在于：所述氦质谱检漏仪(16)为SFJ-261型氨质谱检漏仪。
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