《挡板封堵技术》PPT课件.ppt

DNF型管道封堵器 郭永明 2006年5月 挡板密封囊型 管道封堵技术 目 录 一、概论 二、DNF型管道封堵器的封堵原理 三、DNF型管道封堵器的设备构成和性能 四、DNF型管道封堵器的封堵作业程序 五、DNF型管道封堵器的封堵特性 六、应用DNF型管道封堵器实施管道事故 抢修的典型案例 挡挡板密封囊型管道封堵技术术 DNF型管道封堵器 一、概论 封堵器是长输管道抢修、大修和工艺改造必不 可少的设备。大家知道，长输原油管道的事故抢修一直 是个难题。当原油管道发生断裂、大面积腐蚀穿孔、干 线上的设备操作失灵时，会使全线管输运行陷于停顿， 长时间停输会导致管线凝结（即所谓“灌香肠”）的恶性 事故，也会造成几十公里管道内的原油大量流失甚至发 生火灾 爆炸、污染环境等次生灾害。在这种油气涌流的 事故现场，抢修施工根本无法进行。如果有了封 堵器，就可以在事故管段两端进行及时的封堵， 及时地进行抢修施工，防止事故扩大，使管线在 短时间内恢复正常输送。 大量的管道工艺改造和管道更新工程，诸如线 路改线、管道大修和在干线上加装清管设备、阀 门、接支线、新老管线碰头等，在没有封堵器的 情况下就会使施工复杂化或根本无法施工。 为保证安全、迅速地完成管道抢修与改造任务 ，要求管道封堵必须严密、安全可靠、封堵器的 关键构件必须有相当高的承载能力或较大的安全 系数，同时力求操作简便，对野外作业有较高的 适应性。多年来，我们在大量的管路抢修实践基 础上参照了国外技术资料，於上世纪八十年代初 成功地开发研制出挡板密封囊型管道封堵器。 在这里我们取“挡”字，“囊”字和“封”字的汉语拼 音的字头来命名，而称之为DNF型管道封堵器（ 以下统称为DNF型管道封堵器）。意为该封堵器 的封堵原理为挡板结合密封囊式的管道封堵 即以挡板来承受由管道压力而产生的轴向推力 ，以充气的密封囊截断管道断面作为密封元件、 传递轴向推力至挡板上，以达到管道封堵的目的 。 从1981年至今，DNF型管道封堵技术已日臻成 熟。目前DNF型管道封堵器已装备了国内管道系 统、各大油田、石化厂际管网系统和社会公共管 网系统等十余家管道抢修队伍。 DNF5型管道封堵器已基本上实现了系列化， 主要是应用在DN300DN700的管道上。 设备型号如下： 1DN700/600/500 PN0.5/0.6/0.8MPaDNF5 型管道封堵器； 2DN400/350/300PN1.0MPaDNF5型管道 封堵器。 为适应国内管道工业的发展，目前我们已经 着手开发 DN1000/900/800PN0.8/1.0/1.2MPaDNF6型将 比DNF5型在结构、封堵压力和通用性等方面 将得到进一步的扩展、改进和提高。 迄今为止，国内应用DNF型管道封堵器实施干 线封堵动火已达四佰余次，DNF型管道封堵器的 主要性能是： 1DNF型管道封堵器属于低压（不超过 1.0Mpa）停输型管道封堵器。在一定条件下，也 可以实施不停输封堵。 2DNF型管道封堵器既可以应用于计划性的管 道工艺改造、改线等，也可以应用于突发性的管道 事故抢修，它可以在到达现场后35小时实现管道 封堵。这是国外塞式或桶式封堵器所无法作到. 3应用一套DNF型管道封堵器，只须更换少量 配件（主要是指挡板和密封囊），就可以实现相近 三种管径的管道封堵。 4DNF型管道封堵器的制作成本和实施封堵的 造价相对较低。 图一为典型的DNF5型管道封堵器的停输封堵状 态。 图一 DNF型管道封堵器的停输封堵状态 二、DNF型管道封堵的封堵原理 假如我们将一只用多层高强力锦纶丝为骨架材料 制成的胶囊置于原油压力管道中，并使之在管道中 充胀起来，以便达到管道封堵的目的。如图二所示 。为此必须将囊的下游（右端）管道压力放空（降 为零）。模拟试验证明，这种方式的封堵是很难实 现的，即使是勉强实现也不可靠，因为在这种情况 下，由于囊体下游已降为零，囊体所爱的推力完全 靠囊体与管壁之间的摩擦力来平 图二 衡，而（夹布橡胶的）囊体与钢管内壁之间在 原油充分润滑的情况下，摩擦系数是很小的， 经试验测定仅为0.050.07。 为达到增大摩擦力的目的，途径有两条，一 是大幅度地提高囊的内压，二是大幅度增加囊 体长度以增大摩擦面积。而欲达此目的无论从 囊的制造工艺、囊体骨架材料的选择和囊的送 入管道的方式等方面都是相当困难的，甚至是 无法实现的。 如果将一个刚性挡板置于囊的下游，使囊以刚 性挡板为依托，来承担管压引起的对囊体的推力， 而密封囊仅起密封作用，这时囊体的受力就会大大 得到改善，整个系统的安全系数、也会大大提高。 正如图三所示，用氮气充胀起来的密封囊的右 端有刚性挡板作依托，除角缝部位受力外，其余部 分几乎不受力，而其身部则完全由钢管包复，受力 更好，其左端有管压平衡了绝大部分密封囊的内压 。 在这里，我们列入了封堵压差这一概念。要实 现DNF型封堵，密封囊的内压必须大于管压，二 者之差称之为封堵压差。 即在实际操作中，我们将封堵压差P限定在 0.080.02Mpa范围内。由此可见，密封囊的左端 受力为0.080.02Mpa。 将封堵压差这一概念引深： P=P囊-P管 1在任何管径的DNF型的封堵中，密封囊的最 大受力都是0.080.02Mpa. 2无论管道压力高与低，在DNF型管道封堵中 ，密封囊的最大受力仍然是0.080.02Mpa。 3从理论上讲，DNF型管道封堵器的封堵压力 的高低，主要取于挡板（砥柱）承载力的大小。 为了获取质量安全可靠的管道密封囊，其主要的 检验项目空管爆破压力，即将密封囊置放在一 管 中，囊中充水压（或气压），其空管爆破力值应置 应为封堵压差的十倍，达到0.8Mpa以上。 图三 三、DNF型管道封堵器的设备构成和性能 (一) DNF型管道封堵器性能如表1所示。 表1 管径（mm）720630529426377325 管道封堵 工作压力 (Mpa) 0.50.60.81.01.01.0 设计封堵 工作压力（ Mpa） 1.01.21.62.02.02.0 试验封堵压力 （Mpa） 封堵介质 介质温度（ ） 55 开孔直径（ mm） 293200 两法兰短接的 中心距（mm ） 141013201110980870750 法兰端面至管 顶的控制尺寸 （mm） 130130 (二)DNF5型管道封堵器的设备构成 1.DN700/600/500DNF5型管道封堵器设备 与配件构成如表2所示。 表2 序 号 设备或配件名称单位数量 工作压力 (Mpa) 试验压力 （Mpa） 重量Kg 备注 单重总重 1DN300夹板阀台42.03.03211284 2DN300电动开孔机台22.03.0440880 3 DN700/600/500液 动挡板囊装置 台2 7501500 工作压力和试 验压力参见表1 4 DN700/600/500液 动送取囊装置 台2 725 1450 5DN300堵孔器台22.03.0 110220 6液压站台2140 240480 7 DN300法兰短接总 成 个 5.06.4200 8集装台架台2 6801360 2.DN400/350/300DNF5型管道封堵器设备与配 件构成如表3所示。 表3 示。 表3 序 号 设备或配件名称单位数量 工作压力 (Mpa) 试验压力 （Mpa） 重量Kg 备注 单重总重 1DN200夹板阀台42.03.0145580 2DN200电动开孔机台22.03.0390780 3 DN400/350/300液 动挡板囊装置 台2 5901180 工作压力和试 验压力参见表1 4 DN400/350/300液 动送取囊装置 台2 455910 5DN200堵孔器台22.03.081162 6液压站台2140 240480 7 DN200法兰短接总 成 个 5.06.4145 8集装台架台2 420 3 封堵设备具体介 绍 4 实际现场操作 情况 5管道密封囊技术性指标如表4所示。 项目 DN700DN600DN500DN400DN350DN300 技术指标 封堵压差，Mpa0.080.02 介质温度，55 工作时间，h，48 径向捆扎直径，mm220150 出厂试压，Mpa（置于 空管中） 0.2 内充介质氮气或水 接触介质原油、成品油、水、天然气和煤气 爆破压力，Mpa0.70.851.01.21.5 重量，Kg 四、DNF型管道封堵器的封堵作业程序 现以停输封堵为例介绍DNF型管道封堵器的封 堵作业程序。 1在压力管道上，在停输或不停输状态下，在 待更换的管段两侧各焊装两个法兰短接。注意控制 两法兰短接间的中心距和法兰端而至管顶的尺寸。 见图四a。 与此同时，在中间管段上焊装一个放空阀和一个 抽油阀。用手动带压开孔机开孔。 2在法兰短接上安装夹板阀。然后在夹板阀上 安装电动开孔机。在停输或不停输状态下（静压 或流动压力下）实施带压开孔。见图四b。开孔后 关闭夹板阀、拆除电动开孔机。 3在四台夹板阀上对称地安装液压挡板装置和 液压送取囊装置。挡板装置在内侧。送取囊装置在 外侧。管道实施停输并确认管道处于停输状态. 打开夹板阀，由挡板装置送进一组在管道中可 展开成园形断面的挡板；找开夹板阀，由送取囊装 置定向地（朝向挡板装置）送进一个密封囊，并外 接好氮气系统。见图四C。 4按封堵点两侧的干线压力先高后低原则依 次向两个密封囊充氮气、直至囊压升至P囊=P管+（ 0.080.02）Mpa为止。打开放空阀，确认中间管 段的压力归零后，接泵抽出或泄放中间管段中的介 质。见图四D。 5焊接新的中间管段按封堵点两侧干线压力先 低后高的原则，依次解除两侧的管道封堵：完全泄 放囊中的氮气，从管道中收回密封囊和挡板等。关 闭夹板阀。见图四e。 6拆除挡板装置和送取囊装置。依次在夹板阀 上安装带有堵塞的堵孔器，打开夹板阀，将堵塞送 进法兰短接中，并用锁环锁住堵塞，以便回收夹板 阀。见图四f。 7拆除夹板阀后依次在每个法兰短接上安装好 法兰盖，使管道基本恢复原状。见图四g。至此， 整个封堵作业结束。 五、DNF型管道封堵器的封堵特性 1DNF型管道封堵器主要适用于封堵原油、成 图四 DNF5型管道封堵器的停输封堵作业程序 新管段 品油、天然气和水等介质的管道。相对而言，成 品油和天然气管道的DNF型管道封堵尚须更多地 经验积累。 2DNF型管道封堵器既可以用于停输封堵， 在一定条件下也可用于不停输封堵。 3DNF型管道封堵器适用于计划性的管道大 修、改线和管道工艺改造等，更适用于突发性的管 道事故抢修。 由DNF型管道封堵器开孔小，仅为管径的二分 之一左右，开孔时间为0.5小时左右。由此决定了 它的法兰短接的焊接量也少，可集中多名焊工同 时焊接双侧的四个法兰短接及加强板。 当DNF型管道封堵器抵达事发现场，3至5个小 时就可以实现管道封堵。 由于挡板和密封囊在送进管道的过程中不是立 即阻断介质的流动，故不会对设备造成任何的损坏 或水击。真正阻断介质流动或封堵是在密封囊在充 胀的过程中，约需几分钟的时间逐渐实现的。密封 囊作为一种挠性的密封件，起到缓冲、吸收和削弱 压力波的作用。 4DNF型管道封堵器的法兰短接及加强板在管 路上的焊接，既可在停输状态下进行，也可在不停 输状态下进行。为保证焊接安全和焊缝质量，应根 据现场条件，管路的材质和壁厚，介质的压力、温 度和流速等来确定其焊接方式和采取那些相应措施 。 5一般情况下应用DNF型管道器皆实行不停输 带压开孔，但也允许实行停输带压开孔。 6DNF型管道封堵器的单向性。即管道封堵一 经实现，由于密封囊的上游无依托、就不允许承受 来自中间管段的任何反向压力，否则会使整个 封堵失效。这样，在处理两封堵装置间的中间管 段里的介质时，应采取直接放空或机泵抽取的方式 来完成。 7鉴于DNF型管道封堵器的单向性，对于停输 管道应确认无压力波动后，再实现管道封堵。 8DNF型管道封堵一经实现，无论是停输还不 停输都不允许干线压力再出现大幅度的波动。即不 允许上游进行倒流程，启泵等工艺操作。 9在实施停输封堵前，可根据管道纵断面图区 别出高压侧和低压侧。为此应首先实现高压侧的管 道封堵，中间管段泄压后，再实现低压侧的管 道封堵。两侧压力大致相当时两侧的封堵可同时 操作。 在解除封堵时，应先解除低压侧，然后再解除高 压侧，两侧压力大致相当时可同时解除。 10在长达十几个小时，以至于几十个小时的 应设法使干线与大气连通。 六、应用DNF型管道封堵器实施管道事故抢修 的典型案例 DNF型管道封堵器自上世纪八十年代初问世以 来，大多用于计划性的管道工艺改造、改线、换阀 等封堵作业。但也多次成功地应用于管道事故抢修 ，获得了宝贵地管道抢修经验。管道事故的特点一 是突发性，二是由于管道漏油、爆管事故的发生， 虽然线路已停输，但管内的介质或大或小仍处于流 动状态。 现将应用DNF型管道封堵器实施管道事故抢修 的案例作一简单的介绍。 11981年3月27日庆铁线农安输油站212#罐前阀 出现故障、打不开、并不上，影响正常运行。实施 双侧封堵，更换阀门。封堵压力为0.1Mpa。 21985年12月铁秦线聚流河阀室DN500的 阀门冻裂造成跑油事故。实施干线的单侧封堵。封 堵压力为0.1Mpa。 31994年7月12日庆铁线长春输油站出站管线爆 管跑油事故，实施单侧封堵。封堵压力0.1Mpa。 41995年7月10日中朝管线朝鲜境内377管线 凝管解堵，实施双侧封堵。封堵压力0.3Mpa。 51995年8月台3日辽宁洪水引发抚顺石油二厂 529管线被冲断，单侧封堵介质为柴油，封堵压 力0.2Mpa。 61996年11月18日庆铁线长春输油站陶家河管 道漏油，