摘要：燃气管道不停输带压开孔封堵技术的特点为作业全程都在密封状态下进行,安全可靠，能保证正常供气，无资源浪费。该技术的核心设备有：开孔机、封堵器、下堵器、夹板阀、管件。文中着重介绍该技术在钢管型燃气管道的应用原理及实际作业中的操作规程,并介绍了其在实际应用中的不足。
关键词： 燃气管道；开孔封堵；设备；尺寸计算；作业流程；设备改进
燃气管道不停输带压开孔封堵技术是在保证燃气管线正常运行的情况下，对管线进行加旁路、维修、改造等的施工技术。传统工艺是将相关管线进行泄压、排(放)空、吹扫置换等作业[1]，而该技术减少了经济损失和对环境的影响，并可避开夜间作业[2]，提高安全性。
本文以该项技术在钢管型燃气管道上的应用为研究对象，从它涉及的几个重要设备出发，介绍了开孔封堵原理及在实际应用中应该注意的细节，同时分析了该项技术在使用中的不足。
目前，北京地区燃气管道带气机械作业使用的设备为整套设备。
1.1 相关机械设备
1.1.1 开孔机
HT系列开孔机采用套料切削开孔[3]，主要型号有HT75、HT150、HT300、HT500，其中HT75为手摇式，其余的为电动型或液压型。它们共同的作用原理都是通过丝杠的传动来做功。除HT75外，其余型号的开孔机都有“手动”和“进给”两档，档位的切换依靠置于机头的双齿轮。
1.1.2 封堵机
EXP型封堵机能够将带气管线封严，通常用于改造、修复燃气管道。主要型号有EXP150、EXP300、EXP500 3种，其中EXP150和EXP300采用手摇式，EXP500采用液压站驱动。通过丝杠的传动实现膨胀筒的上下移动和胀缩。
1.1.3 下堵器
将堵塞下到法兰中是开孔封堵作业中的最后一步，既可以采用HT开孔机完成下堵，也可以用专用下堵器完成下堵。其作用原理与开孔机类似，与开孔机型号对应的下堵器型号为XD150、XD300、XD500 3种，它轻便小巧，过程简单，省去了利用HT开孔机复杂过程并延长开孔机寿命。
1.1.4 夹板阀
夹板阀是专为开孔封堵工程设计制造的三板式闸阀，它具有通径大、高度低、密封性好、结构简单等特点。常见的型号有SV50、SV100、SV150、SV200等。通过夹板阀的开启和关闭来实现开孔封堵作业过程中的换机衔接动作。
1.1.5 堵塞法兰
图1所示为接线管件示意图，管件下部与带气母管焊接，颈部根据实际开口与新线焊接连接。
图1 接线三通管件
图2为切线管件示意图，除此之外还有接切一体球型管件。每个堵塞法兰里都会有一个配套的堵塞，开孔封堵作业前，将其取出确定其密封圈完好无损，作业完成后利用下堵器或开孔机将其下到固定位置，并用顶丝紧固。
图2 切线四通管件
1.1.6 连箱系列
连箱系列分为开孔连箱(接旁路)、断管连箱、封堵连箱、下堵连箱4种。连箱与主机和夹板阀连接，并把刀具、膨胀筒、堵塞藏入其中。连箱上的放散阀可以放散余气或置换取样。
1.1.7 刀具
连接在开孔机主轴下方进行切削开孔的部件为中心钻和周齿刀。中心钻先于周齿刀切削钢管，起定位作用。周齿刀采用断续式切削的方式进行开孔，其刀齿分为外齿、中齿、内齿，并按一定规律排列。中心钻上设有U形卡,套料切削后的料块能被中心钻上的U形卡挂住提出管道[4]。
1.1.8 膨胀筒
膨胀筒是一种特制专供管路封堵的筒形封堵头，一侧有轴向开口，起到弹性胀缩和单边流通的作用，其中心装有正反螺牙的中心螺杆和上下膨胀锲，由封堵器传递过来的旋转力带动中心螺杆使上下膨胀锲做相向或相反运动，从而使筒体外径发生胀大或缩小变化，与已开好的封堵孔紧密结合或松开，实现封堵及取出膨胀筒的目的。膨胀筒在封堵作业中其轴向开口要正对来气方向。
1.1.9 动力源
开孔、封堵机根据管径、壁厚、压力级制的不同，其动力源有电动和液压2种。电动机通常使用380 V、50 Hz的交流电，结构简单，运行平稳，可以克服的扭矩较小，适用于小管径、低压力管道。液压站的动力强大，且输出功率易于调节，并且可以根据不同开孔条件及时调整开孔机的转速和扭矩[5]。
1.2 设备连接
图3所示为一个开孔作业的设备连接示意图，自上到下的设备分别为开孔机、连箱、夹板阀、管件。此开孔作业包含接线和切线2种形式，2种作业所选用的刀具、管件、连箱不同。从图中可以看出夹板阀的作用，开孔完毕之后的封堵或下完成堵只需将夹板阀关闭，拆下开孔机换上封堵机或下堵器。
图3 开孔作业设备连接
1.3 刀具的选择
在选择刀具时，要充分考虑管径和管件的尺寸，既能保证作业合适又能保证流量合适。接线刀具外径要小于带气管外径，切线刀具外径要大于带气管外径。表1为DN200(含)以下机械接切作业时刀径的选择。
表1 部分管径开孔刀具的选用 mm
DN50DN80DN100DN150DN200接线32(钻)7070120170切线—102140190—
1.4 尺寸计算
该技术涉及到的尺寸计算有3种，分别是：接线开孔尺寸、切线断管尺寸、封堵尺寸，其计算原理见图4。
(a)接线尺寸
(b)切线尺寸
(c)封堵尺寸
图4 开孔封堵尺寸计算
接线开孔时刀具行程计算见式(1)：
L=M+D2-
(1)
式中：M为刀尖到钻尖的垂直距离，mm；D1为带气管内径，mm;D2为带气管外径(接线)，mm; D3为开孔刀外径,mm。
切线开孔时刀具行程计算见式(2):
L=M+D
(2)
式中D为带气管外径(切线)。
封堵作业都是在切线作业的基础上进行的，封堵中的关键部件(膨胀筒)的行程计算见式(3):
L=L2+
(3)
式中：L1为膨胀筒高度，mm；L2为管顶到夹板阀顶的垂直距离，mm。
作业前需要进行有关尺寸的测量。开孔前需将钻尖摇至管顶，然后回摇1～2圈，防止瞬时应力过大，损坏刀具。
燃气管道机械作业主要分为3类：接通新线，简称接线；切断旧线，简称切线；技术改造，对燃气管道或设施进行更换、维修、废除等，它是接、切线的综合，通过一定的作业流程来完成改造。所以具体到每个作业点的操作规程主要就是2种，即接线操作规程和切线操作规程。
2.1 开旁通孔操作规程
设备的齐套准备→法兰堵塞的安装焊接→安装夹板阀→开孔机与连箱、刀具的连接→最后的安装联接和检查→空机试车，测定杆速→钻杆进尺和行程计算→开孔→下堵塞。
2.2 开孔封堵操作规程
设备的齐套准备→法兰堵塞的安装焊接→安装夹板阀→开孔机与断管连箱、封堵刀的安装→开孔设备的最后安装与检查→开放散孔或压力平衡孔→空机试车，测定杆速→钻杆进尺和行程确定→开孔→组装封堵器、膨胀筒与封堵连箱→进给尺寸计算→接临时旁通管→封堵→管段处理或恢复→撤除封堵和临时旁通→下堵塞。
图5所示为北京市房山区一处燃气改线工程，工程量为两接两切，两处作业坑，F1，F3，F5，S1在一个作业坑，F2，F4，F6，S2在另一处作业坑。作业坑大小要求3 m×3 m，坑底到管底0.5 m[6]。
图5 燕房线02标中压A技改工程
作业主要设备明细如表2所示。
作业流程如下：
(1)在中压管线F1，F2处各焊接1个DN150接线管件,F3，F4处各焊接1个DN150四通管件,F5，F6 处各焊接1个DN50吹扫管件。在F1，F2，F3，F4处安装夹板阀、开孔机，并连接动力设备。
(2)在F5，F6处安装夹板阀、开孔机，并连接动力设备开孔，开孔完毕后，F1～F5处连接压力平衡管，检查F1，F2处管件是否漏气，并置换新管线，在F2处3次检测至合格，刷漏管件和新管各焊口至合格。
表2 主要作业设备明细
序号名称规格型号数量备注1开孔机HT50/HT1506接、切、吹扫2夹板阀SV50/150/2006接、切、吹扫3下堵器XD1506接、切、吹扫4管件—6接、切、吹扫5刀具TCC、TCEX6接、切、吹扫6封堵机EXP15027连箱—88液压站TPP2切9其他包括：电焊机、发电机、灭火器、气焊枪、嗅敏仪等辅助工具
(3)F1，F2处启动动力设备开孔，并保持中心钻转速在20～25 r/min之间。
(4)F1，F2处开孔完毕后，拆下开孔机安装下堵器，下完成堵，并检测完成堵密封性至合格。
(5)F3-F5、F4-F6处连接压力平衡管，检查F3，F4处管件是否漏气，刷漏各焊口合格后，F3，F4处启动动力设备开孔断管，并保持中心钻转速在15～20 r/min之间。
(6)F3，F4处开孔完毕后，拆下开孔机安装封堵器，下膨胀筒封堵燃气管路。
(7)放空F5-F6段管线燃气，用鼓风机吹扫F5-F6段管线至合格(作业时根据现场情况确定吹扫方向)。
(8)在S1，S2处不带气断管焊封头。
(9)切线作业完毕后，F3，F4处安装压力平衡管，串平膨胀筒两侧压力，刷漏检测封头焊口至合格后，提膨胀筒，拆下封堵器，安装下堵器，下完成堵。
(10)在F5，F6处安装下堵器，下完成堵并检测密封性至合格。
(11)再次刷漏各焊口至合格。
(12)用XP3110嗅敏仪检测各完成堵密封性至合格。
(13)在F1，F2，F3，F4，F5，F6处安装盖板。
(14)作业完毕。
该项技术具有安全可靠、能保证正常供气、无资源浪费的优点。然而，它也有很大的改进空间。在实际应用中，它的缺点表现在：(1)切削剩余的金属铁屑会永久留在燃气管道里，这对管道上的阀门、调压器等来说是一种隐患;(2)开孔、封堵、下堵过程内部都是不可视的，需要借助外部测量以及经验来判断内部情况，从而降低了可靠性；(3)膨胀筒在实际使用过程中会出现封堵不严的情况。
参考文献：
[1] 周卫军,郭瑞,张勇，等.不停输带压开孔封堵技术的应用[J].管道技术与设备,2009(6)：35-38.
[2] 李长缨.城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程实施指南[M].北京：中国建筑工业出版社，2007:110.
[3] 宋新文,胡永兵,林海，等.新管路不停输封堵装置：2007201864139[P]. 2007-12-17.
[4] 邓华娇. 低压燃气管道不停输气囊式封堵技术与设备[J].管道技术与设备,2006(1):40-42.
[5] 冯颖,彭国晟.国内、外燃气机械开孔封堵设备应用浅析[J].城市燃气,2004(1):13-15.
[6] 北京市燃气集团研究院.钢制燃气管道带气接切线技术规程:QB/3R03—2015[S].北京：北京市燃气集团有限责任公司,2015:5.
Technology of Non-stop Transport with Pressure Hole Sealing Applied on Gas Pipeline
SUN Hai-feng
(5 Branch,Beijing Gas Group Co., Ltd.,Beijing 100044,China)
Abstract：The characteristics of the technology of non-stop transport with pressure hole sealing applied on gas pipeline is that the entire operation is in sealed condition. It is safe and reliable, guaranteeing the normal gas supply, and there is no waste of resources. The core equipment of this technology are tapping machine, plugging machine, underside stopper, flush valve,and fitting. This paper focuses on the application principle of this technology in gas pipeline of steel pipe type and operating instruction in the actual operation.This paper expounds its insufficient in practical application.
Key words：gas pipeline;hole sealing;equipment;size calculation;operation procedure; equipment improvement
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