带压开孔封堵技术在乙炔反应器出口冷却器检修中的应用

瞿文华

(中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部，上海 200540)

在炼化企业的设备维修和工艺改造中，涉及管道泄漏时，传统技术是截断涉及的管线，然后进行泄压、排空、吹扫和置换等准备作业，再用焊接、锯切、钻孔等方法来实施工程作业。这种传统方法虽然比较成熟，但存在较多的安全隐患，且停产作业会给生产装置带来巨大经济损失。带压开孔封堵技术既不影响密闭系统的正常生产，又能保证安全、高效、环保的完成链接工作，这种不停输检修技术的应用，实现了在装置不停产的情况下带压开孔作业，能提高工效10倍以上。这项技术解决了影响装置连续生产的难题，给企业带来巨大的经济和社会效益。在管道连续输送情况下，利用特殊对开三通法兰短节、阀门连接在需要开孔的管线、设备上，采用机械和手动开孔工具实现在线开孔。开孔机在开孔过程中是在完全封闭的空腔内进行,刀具切削过程与空气隔绝，无着火、爆炸可能性。由于封闭、无泄漏，有毒有害介质不能排放到大气中，故对环境无污染[1-2]。

1 项目背景与处理方案

1.1 检修背景

2017年6月中旬，对中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)2#烯烃装置老区乙炔反应器二段出口冷却器E-EA-455进出口冷却水化学耗氧量(COD)进行检测时，发现进口COD为 21.1 mg/L,出口却高达96.0 mg/L，后在E-EA-455冷却水回水管线朝天倒淋处排放时，有明显气相排出，确认该换热器内漏。为减少泄漏物料对循环水水质影响、降低循环水场安全风险，决定对E-EA-455出口管线进行在线封堵后切出，更换芯子。

1.2 处理方案

根据E-EA-455乙炔转化器出料冷却器的实际运行情况，决定先在直径为356 mm的乙烯管道上带压开1处直径为300 mm的孔，并与预制的管线连接后，在开孔位置的下方进行带压封堵作业，然后进行加装盲板作业。表1列出了管线参数。

表1 管线参数

2 带压开孔封堵技术要点

2.1 施工准备

2.1.1 技术要求

管道允许的带压施焊最高压力计算如下：

式中，P为管道允许带压施焊最高压力，MPa；σs为管材的最小屈服极限，MPa；t为焊接处管道实际壁厚，mm；c为修正系数，mm(通常取2.4 mm)；D为管道外径，mm;F为安全因子(原油、成品油管道取0.6，天然气、煤气管道取0.5)。

经计算得P=5 MPa，大于管道设计压力(2.5 MPa)，故该管线满足外部施焊要求。

2.1.2 其他要求

(1)施工所需的各类阀门、管件、开孔、封堵所需的各种物料器具购置齐备；筹备施工作业相关各类设备、工器具、检测设备、防护用具，并进行必要的检修维护；确保物资器具齐备、灵活好用；办理重大作业报告、填写开工报告、施工单位按要求签订各项合同及协议。

(2)生产装置应协助施工方做好施工所需各类车辆、灭火器、施工作业所需人员等的调配；与施工方协调，准备施工所需条件(搭建操作平台、准备电源和气源)，制定应急措施，预制好旁通管线。

(3)组织全体施工作业人员进行施工方案的学习，做到分工明确、责任到人；对全体施工作业人员进行施工作业相关的安全和应急预案教育。

2.2 带压开孔封堵作业

2.2.1 安装、焊接开孔三通、封堵三通和平衡孔短节

(1)剥离管线防腐层、焊接处的油污和杂质；

(2)安装开孔三通、封堵三通和平衡孔短节，保证三通法兰平面与管线保持水平；

(3)按照焊接规程焊接开孔三通、封堵三通和平衡孔短节。

2.2.2 开孔旁通作业

(1)在开孔三通法兰上安装密封垫、然后安装开孔阀门；

(2)将开孔设备吊装到阀门上，并用螺栓紧固；

(3)将开孔结合器排气阀丝堵拆卸，安装排气球阀；

(4)完全打开阀门，连接试压装置，用氮气瓶进行严密性试验，试压压力1.9 MPa，每处试验时间30 min，试验压力等于管线运行压力。检查各连接面是否泄漏，若有泄漏，查找原因并进行解决，直至无泄漏。对开孔结合器内部进行氮气置换，并用氧含量检测仪进行检测是否置换彻底，结合器内氧质量分数应小于1%，置换完成后，开始开孔作业。

(5)按计算好的开孔行程进行开孔，作业中施工人员要随时测量开孔尺寸，避免过行程，直至开孔作业完成。

(6)开孔作业完成后，开孔刀具收回结合器内，关闭阀门，将结合器内介质进行排空，拆除开孔设备。

2.2.3 旁通管线的连接作业

开孔旁通完成后，进行旁通管线连接作业。

2.2.4 开封堵孔、平衡孔

(1)在平衡短节上缠绕密封带，安装2〃(5.08 mm)球阀；

(2)在封堵三通法兰上先安装密封垫，然后安装夹板阀；

(3)将开孔设备吊装到夹板阀上，并用螺栓紧固；

(4)完全打开阀门，连接试压装置，进行严密性试验，每处试验时间30 min，试验压力等于管线运行压力。检查各连接面是否泄漏，若有泄漏，查找原因进行解决，直至无泄漏。对开孔结合器内部进行氮气置换，并用氧含量检测仪进行检测是否置换彻底，结合器内含氧质量分数应小于1%，置换完成后，开始开孔作业(开平衡孔和封堵孔)；

(5)按计算好的开孔行程进行开孔，作业中施工人员要随时测量开孔尺寸，避免过行程，直至开孔作业完成；

(6)开孔作业完成后，开孔刀具收回结合器内，关闭阀门，将结合器内介质进行排空，拆除开孔设备。

2.2.5 封堵作业

(1)封堵机的检查。检查封堵机主轴及传动机构是否灵活，封堵机上的锁轴是否完好，选定与封堵直径相应的封堵头、封堵结合器及皮碗；检查皮碗和封堵结合器法兰面是否完好。

(2)安装和试压。封堵设备安装到夹板阀上，并紧固好。将试压装置连接到封堵结合器上，然后进行整体严密性试验，试验压力等于管线现运行压力，检查各连接面是否泄漏，若有泄漏，查找原因进行解决，直至无泄漏；对开孔结合器内部进行氮气置换，并用氧含量检测仪进行检测是否置换彻底，结合器内氧质量分数应小于1%，置换完成后，拆除试压装置。

(3)封堵作业。用平衡管将平衡短节与封堵结合器进行连接，平衡压力，打开夹板阀，然后按照测量尺寸进行下封堵作业。

(4)封堵严密性认证。封堵完成后，拆除平衡管，开启施工管线上平衡短节管阀门将封堵段内的压力排放降压。通过平衡短节上的压力表检查封堵效果，如果出现压力回升的情况，说明封堵不严，需调整下封堵尺寸，若依然泄露，更换封堵器，重新进行下封堵作业，直至封堵合格为止。

2.2.6 插盲板、检修换热器

(1)将封堵管段内的介质进行引流、排空；

(2)封堵管段排空后；对封堵管段进行氮气吹扫；

(3)吹扫完成后，进行插盲板作业；

(4)换热器检修。

2.2.7 解除封堵、下塞堵

(1)换热器检修完成后，将盲板拆除、将换热器安装到管道上；

(2)安装平衡管，平衡封堵头两端压力进行提封堵作业；

(3)封堵头收回至封堵结合器内后，将夹板阀关闭，拆除封堵设备；

(4)将封堵三通配套的塞堵安装在开孔机上，然后将开孔机安装在夹板阀上，试压后，打开夹板阀，进行下塞堵作业；

(5)下塞堵完成后，拆除开孔设备，拆除夹板阀，进行盖盲板、盲盖作业。

3 结论

(1)与传统检修相比，带压开孔检修时间更短，能给企业带来更大的经济效益。

(2)由于整个过程装置处于不停输状态，存在较大安全隐患。因此开孔前，必须制定详细焊接方案，包括焊接电流、焊接线能量、咬肉深度、焊接速度和焊工资质等。

(3)组装设备过程中必须保证螺栓均匀紧固，同时进行整体严密性试验，确认整体严密性合格后，方可进行下道工序作业。

(4)带压开孔封堵技术具有不停输、安全性能高、环保等优点。因此，在石油化工行业高速发展的今天, 炼化企业管道抢维修、改造等工程的安全、环保需求必将越来越严格,带压开孔封堵技术在未来一段时间内也将有较大的发展前景。