烃类管线带压包焊风险控制研究范文

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摘要:介绍了烃类管线出现泄漏后，特殊情况下在线包焊时，需要落实的一系列的风险控制措施和作业程序，尤其是实际壁厚下管线在线施焊耐受压力的测算方法和泄漏管道在线包焊前的初步漏点消除方案。

关键词:烃类管线;带压包焊;风险控制

烃类管线出现泄漏在无法进行能量隔离、释放且风险可控的情况下需要进行消漏时，特殊情况下需要在线包焊。因烃类管线带压包焊风险较高，行业内不提倡，本文仅讨论出现泄漏的管线内非剧毒介质、非高温高压、非储存类(大的管道罐)或不流通的管线且化工生产单位的专业技术人员经过实际勘察与停工消缺的综合风险评价对比后，确需带压包焊的情况。各石化企业都在不断积累烃类管线带压包焊的技术和风险控制经验，目前行业内可以借鉴的经验和规范为GB/T28055－2011《钢质管道带压封堵技术规范》。带压包焊与打卡具注胶等带压封堵技术方式不同，存在几大难点:泄漏点部位的烃类管线的许用应力是否满足带压施焊的要求，焊接过程中是否会出现突然破裂，产生次生火灾、爆炸中毒事故;带压包焊前如何消除泄漏点的烃类泄漏以满足动火要求;带压施焊管道内介质流的性质和氧平衡指数，是否能够在高温焊条作用下发生燃烧或反应等。

1烃类管道带压施焊的壁厚和介质压力要求

1．1管线在线施焊承焊最小压力计算公式国家及行业机械封堵的施工规范中，对管线在线施焊皆有承焊最小压力计算公式，因此首先对国家及行业规范中的压力计算公式进行对比和选取。1．1．1GB/T28055－2011钢质管道带压封堵技术规范计算方法管道允许带压施焊的压力计算如下:式中:p———管道允许带压施焊的压力，MPa;σs———管材的最小屈服极限，MPa;t———焊接处管道的实际壁厚，mm;c———因焊接引起的壁厚修正量，mm，参见表1;F———安全系数，参见表2;D———管道外径，mm。SY/T6150－2011钢制管道封堵技术规程计算方法中c通常取2.4mm，F值，原油、成品油管道取0.6，天然气、煤气管道取0.5。上述公式中的屈服极限即屈服强度，是金属材料发生屈服现象时抵抗微量塑性变形的应力。对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限，称为条件屈服极限或屈服强度。大于此极限的外力作用，将会使零件永久失效，无法恢复。当应力超过弹性极限，进入屈服阶段后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，应力应变出现微小波动，这种现象称为屈服。这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度(ReL或Rp0.2)。有些钢材(如高碳钢)无明显的屈服现象，通常以发生微量的塑性变形(0.2%)时的应力作为该钢材的屈服强度，称为条件屈服强度。管材的最小屈服极限有相应的对照表，计算过程中可根据实际选取，管道的外径、设计壁厚亦可从相应的管道对照表中选取。

1．2实际测算与注意事项说明SY/T6150－2011中的管道安全系数，针对的是石油天然气、煤气等管道，相比之下，GB/T28055－2011对带压施焊的压力计算更加通用。某装置4″烃类管线存在针型砂眼，管线经过初步冷补后，烃类介质暂时不漏，需对管线做进一步处理。该管线材质为20#钢，管道最小屈服极限235MPa;管线设计壁厚6.02mm，实际壁厚减薄至5.1mm，管内介质设计压力1.4MPa，计算该管线是否可进行带压包焊，以常用焊条为准(3.2mm直径)。p=2*235*(5.1－2.0)*0.4/114.3=5.1MPap(设计)＜p(实际减薄管道计算值)，该管线可实施带压包焊。

2带压包焊前如何消除泄漏点的烃类泄漏

烃类管线带压包焊风险较高，除了进行管道施焊许用应力计算外，焊接前还要消除漏点处的介质泄漏，常用的方法:根据管道晶格的实际和壁厚情况，进行砂眼的高速挤压堵住漏点;低压管道，使用管道急救包紧密缠绕或使用带压封堵钢带绑扎，然后注胶密封;使用管道局部冷补技术等。管道局部冷补技术:使用防爆设备将管道表面的腐蚀铁锈清理干净，鉴于泄漏部位管壁较薄，除锈时防止产生火花及敲破管道，造成介质泄漏;将管道上的大小泄漏点全部冷补堵漏，消除泄漏点后，观察48h，然后进行漏点检测，保证不漏，否则需继续冷补处理;使用钢带或急救包缠绕该处管道，缠绕后使用密封胶涂抹，彻底止住泄漏;管壁减薄严重，测算后，接近管道带压施焊许用应力时，务必采用钢带加固;利用防爆泥包裹的方式将堵漏部位有效保护，避免外层管道焊接时钢带及堵漏胶起火燃烧［2］。至于管道在在线包焊前，采用何种暂时性封堵漏点的方法，需要专业人员对管线进行宏观检查、支吊架冷热态检查、测厚检查、弯管不圆度测量、硬度检测、蠕胀测量、腐蚀分析等初步评估后商讨论证决定。

3带压施焊管道内介质的流动速度、氧平衡指数，热稳定性风险分析

烃类管线带压贴焊部位管道外臂会产生局部高温，这个高温会不会造成次生危害取决于管道介质的流动速度，氧平衡指数，热稳定性。原则上介质正常流动过程中，介质不会因焊点处单点温升产生自身温度升高，上升到需要进行氧平衡测算分析，热稳定分析的高度。介质的流速越高，传热系数越高，越可以忽略焊点温升的次生影响。当然考虑到焊点管道可能是介质死点、介质低流速、介质高粘度，这时候就要考虑介质氧平衡测算及热反应稳定性评估，对上述因素行业内有较成熟的评估公式及测算方法，不再赘述，测算完毕后，进行风险评估定级。当然如果管道介质受热后的氧平衡风险和热稳定性风险是显而易见的，风险不可控，此时为规避风险，装置必须实施泄压及能量隔离后检修。

4烃类管线带压包焊安全管理要领

4．1对泄漏管线做详细全面评估对减薄烃类管线做详细全面评估，在条件允许的情况下需包含如下内容:宏观检查、支吊架冷热态检查、测厚检查、弯管不圆度测量、硬度检测、蠕胀测量等。必要时还需应力计算。日常生产过程中，需连续生产的情况下，主要选择宏观检查、支吊架检查、工艺系统排查无诱导腐蚀因子后，使用测厚数据计算管道带压施焊压力后选择是否带压包焊。需要注意的是测厚点数据必须全面可靠，测厚结束后由设研出具测厚报告或专业分析。

4．2JSA分析和应急预案要求带压包焊前必须编制详细的作业计划书，计划书内步骤应包含初步消漏、管道测厚，压力计算、外包管道扁铁夹具制作等。必须对作业准备和过程进行全面的JSA分析，分析的每项条款和具体削减措施必须具有高度的针对性。JSA方案内的各类风险削减措施必须与现场施工人员和管控人员深度交底并签字确认。同时烃类管线带压包焊的次生风险较高，作业前需编制可执行的应急预案，将应急预案交当班班组和现场作业人员学习，进行预演练。现场配备隔离式呼吸器并要求消防车待命。

4．3对带压包焊点的焊条选择实施反向压力测算对带压包焊点的焊条选择实施反向压力测算，与管线内流体介质设计压力做比对，大于设计压力方可包焊。当管道实际壁厚确定后，是否能够带压包焊很大程度上决定于焊条的直径。当然，实际壁厚越小，与焊接修正量的差值越小，管道推荐安全系数F亦越小，压力计算值越远离设计值，管线带压施焊的条件越无法达到。根据中国石油管道公司廊坊技术服务中心相关人员的数学模型关于管道焊接许用压力推导，当管道壁厚小于5mm时，对于在线管道，不宜直接在腐蚀区带压施焊［3］，但可以采取延长包焊弧板或调整包焊弧板位置的方法盖住腐蚀区，另选焊点，在无腐蚀或微蚀区焊点的压力测算依然按照国标的计算公式进行推导。

4．4施焊部位的惰性气体保护焊接前务必使用烃类气体检测设备检测，确保漏点部位已无烃类泄漏。为确保安全，焊接过程中焊点周围使用氮气保护，防止管道急救包或缠绕钢带死点少量泄漏的烃类聚积，焊接时产生局部着火、爆炸等次生事故。

4．5焊接工艺选择按照国内的相关研究，减薄管线的焊接要选择合适的焊接工艺。根据待焊管道腐蚀情况，选用合适的焊接工艺。对于16Mn材质的管道，如果腐蚀深度在1～2mm，并且管壁厚度等于7～9mm，在带压补焊时，宜采用低氢焊条，同时采用直流反接;如果腐蚀量过大，最好停输补焊［3］。但是企业可根据实际情况，要请焊接专家现场评估，使用科学、符合实际情况的焊接工艺。4．6同一管线相邻部位带压施焊时不宜多部位同时进行带压施焊时各个动火部位不宜同时进行，前一处动火部位的封堵、焊接工作完成后，方可进行下个部位的封堵、焊接等工作;另带压包焊作业的许可证办理执行地区公司风险作业许可证管理程序。人员、机具的具体要求执行地区公司统一标准。

5结语

烃类管线出现泄漏后，原则上必须进行能量隔离消缺，但是在条件不具备、抢险或其他特殊等不得以情况下需要选择在线消漏包焊作业。因该作业风险较高，本文进行了一系列技术探索和总结，削减风险的关键在于措施要科学和全面，措施科学的重点是对漏点处管线能否能在线包焊需要进行详细计算和评估，且包焊前必须保证原漏点已经采用应急措施初步消除。

参考文献

［1］张石超．长输管道带压施焊许用压力的确定［J］．油气储运，2008，27(8):47－48．

［2］刘升华．硫铵工段煤气管道的带压包焊处理［J］．燃料与化工，2016，47(2):52－53．

作者：李少林 曹永建 刘泽涵 米孜拉夫 麦麦提 管云龙 单位：中国石油独山子石化分公司乙烯厂