钢铁企业煤气管道带压开孔技术及风险应对措施的探讨.pdf

2024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER钢铁企业煤气管道带压开孔技术及风险应对措施的探讨王为为（中冶华天工程技术有限公司，江苏南京 210019）【摘要】带压开孔是一种经济高效的在线管道改造作业，目前已在钢铁企业得到广泛的应用。其技术应用等相关论文已广泛见诸报端，但煤气管道带压开孔过程中的风险因素及应对措施鲜有说明。结合实际案例，根据带压开孔操作步骤，对煤气管道带压开孔过程中可能产生的危险一一进行剖析，并提出风险应对措施，可为同类型的工程安全施工提供借鉴。【关键词】带压开孔；煤气管道；风险因素；应对措施【中图分类号】TQ547.8 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）02-0020-03 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Discussion on Technology and Risk Countermeasures of Hot Tapping on Gas Pipeline in Iron and Steel EnterprisesWANG Weiwei(MCC Huatian Engineering&Technology Corporation,Nanjing,Jiangsu 210019,China)【Abstract】Hot tapping is a cost-effective and efficient in-line pipeline modification operation that is now widely used in the steel industry.Papers related to its technical application have been widely published,but the risk factors and countermeasures in the process of hot tapping on gas pipeline have rarely been described.Therefore,combined with the actual case,according to the operation steps of hot tapping,the possible dangers in the process of hot tapping on gas pipeline are analyzed one by one,and risk countermeasures are put forward,which can provide a reference for the safety construction of the same type of project.【Keywords】hot tapping;gas pipeline;risk factor;countermeasure前言钢铁企业在冶炼过程中会副产出各种有利用价值的煤气，如高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气，这些煤气通过大综合管网贯穿于整个炼钢厂区，随着钢铁企业各工艺技术的不断创新、改进，需要对老旧设备进行改造，导致部分煤气管道需开孔引出新的煤气管道支路。带压开孔技术就是在不影响原系统正常运行的情况下，通过开孔设备在已有管线上进行开孔，用于接入新工艺、新系统的煤气管道。高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气都是易燃、易爆、有毒的可燃气体，而开孔的过程需进行切割、焊接等操作，为确保作业时不发生火灾、爆炸、中毒等事故，需采取可靠的开孔技术和风险应对措施。本文将介绍一种安全可靠的带压开孔技术，并对开孔过程中可能产生的风险进行分析，给出风险应对措施。1 设备选型及开孔条件1.1 设备选型带压开孔过程所用到的设备有开孔机（带开孔连箱）和电动闸阀。可根据所要开孔的大小选择对应的开孔机，最大开孔尺寸与母管管径相同，目前开孔机能做到的最大开孔尺寸为DN26001。1.2 开孔条件首先，根据开孔机和阀门的大小及新接支管的位置选择合适的工作场地，场地和所处的空间位置应能满足设备装卸和汽车吊装的条件。其次，找准开孔位置，掌握管道内输送介质的种类、压力、流向、流速和作业处管道壁厚等数据，并在现场予以实际检测。最后，根据以上条件搭设作业平台。2 工作流程及技术应用以马钢AB#烧结机烟气脱硫脱硝超低排放项目为例，在全厂生产不停产的情况下，在原高炉煤气总管（DN4000、运行压力 8 kPa）上开孔接出一支DN1800的新煤气管道，为加热炉提供燃料。由于现场场地的限制，本次采用水平式带压开孔技术，具体操作流程见图1。2.1 预制短接及闸阀安装将预制好的短接与母管焊接，焊接前必须对母管壁厚进行多点测厚，所测管壁厚必须全部4 mm。严格按照带压焊接方法进行焊接：短接焊接与母管之间的间隙2 mm；短接法兰面沿管道轴线方向两端到管顶的高度差1 mm；短接法兰孔中轴线与其所在位置管道中心轴线偏移距离1.5 mm。短接焊接完毕后应立即做好支撑。短接固定完毕后，将电动闸阀安装到已焊接好的法兰短接上并紧固，而后完成闸阀的启闭试验。2.2 开孔机的安装和气密性检验将开孔机、开孔连箱组件与闸阀、短接等同轴连接。通过开孔连箱上的截止阀对开孔刀所在的容腔进行气密性检验，气密性检验采用泡沫水方式，检验合格后置换开孔密封容腔内的空气。置换方法是通过开孔连箱的吹扫口注入20 kPa的氮气，并打开开孔连箱的放散阀进行放散，一段时间后在放散阀根部取样口取样，取样检测合格后关闭所有阀门。2.3 带压开孔作业连接好动力电源后，启动液压站，检查液压站上防爆电机的旋转方向是否正确。通过高压胶管连接开孔机与液压站，启动开孔机试运行 3 min，检查各部位是否运行正常。设备运行平稳后停机，手动摇动开孔机摇把，待钻头尖部接触到管壁时，计数器归零并反向旋转摇把1/4圈，使得中心钻与被开孔管壁间存在一段缓冲距离，以防中心钻突然受力而断裂。开孔机启动后，中心钻慢慢前进逐渐接触开孔管壁，经过这段缓冲距离后中心钻已进入工作状态。开孔机进给箱挂自动进给挡，开孔刀自动向前进给开始开孔作业。为防止铁屑堆积造成切削受阻，切削过程中需改变切削角度并控制好切削速度，作业速度最好不超过50 mm/h。当确认开孔机切削完成时应停车，手动旋转摇把，把开孔刀与料块一起提回开孔连箱内（盘刀启料实物图见图2），关闭闸阀。工作人员佩戴空气呼吸器，打开连箱上的卸压阀，排出连箱内介质，打开短接下方球阀排出铁屑，拆卸开孔机。3 风险及应对措施3.1 准备工作中的风险及应对措施因带压开孔设备较重、体积较大，在前期设备吊装和安装过程存在一定安全风险，其中常见的有：（1）短接与母管焊接过程中出现人员灼伤、母管烧穿引起火灾、爆炸或中毒等事故；（2）设备吊装过程中出现设备损伤或人员伤亡；（3）由于短接、闸阀及开孔机自身重量过重产图1 带压开孔工作流程图2 盘刀启料实物图202024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER开孔位置，掌握管道内输送介质的种类、压力、流向、流速和作业处管道壁厚等数据，并在现场予以实际检测。最后，根据以上条件搭设作业平台。2 工作流程及技术应用以马钢AB#烧结机烟气脱硫脱硝超低排放项目为例，在全厂生产不停产的情况下，在原高炉煤气总管（DN4000、运行压力 8 kPa）上开孔接出一支DN1800的新煤气管道，为加热炉提供燃料。由于现场场地的限制，本次采用水平式带压开孔技术，具体操作流程见图1。2.1 预制短接及闸阀安装将预制好的短接与母管焊接，焊接前必须对母管壁厚进行多点测厚，所测管壁厚必须全部4 mm。严格按照带压焊接方法进行焊接：短接焊接与母管之间的间隙2 mm；短接法兰面沿管道轴线方向两端到管顶的高度差1 mm；短接法兰孔中轴线与其所在位置管道中心轴线偏移距离1.5 mm。短接焊接完毕后应立即做好支撑。短接固定完毕后，将电动闸阀安装到已焊接好的法兰短接上并紧固，而后完成闸阀的启闭试验。2.2 开孔机的安装和气密性检验将开孔机、开孔连箱组件与闸阀、短接等同轴连接。通过开孔连箱上的截止阀对开孔刀所在的容腔进行气密性检验，气密性检验采用泡沫水方式，检验合格后置换开孔密封容腔内的空气。置换方法是通过开孔连箱的吹扫口注入20 kPa的氮气，并打开开孔连箱的放散阀进行放散，一段时间后在放散阀根部取样口取样，取样检测合格后关闭所有阀门。2.3 带压开孔作业连接好动力电源后，启动液压站，检查液压站上防爆电机的旋转方向是否正确。通过高压胶管连接开孔机与液压站，启动开孔机试运行 3 min，检查各部位是否运行正常。设备运行平稳后停机，手动摇动开孔机摇把，待钻头尖部接触到管壁时，计数器归零并反向旋转摇把1/4圈，使得中心钻与被开孔管壁间存在一段缓冲距离，以防中心钻突然受力而断裂。开孔机启动后，中心钻慢慢前进逐渐接触开孔管壁，经过这段缓冲距离后中心钻已进入工作状态。开孔机进给箱挂自动进给挡，开孔刀自动向前进给开始开孔作业。为防止铁屑堆积造成切削受阻，切削过程中需改变切削角度并控制好切削速度，作业速度最好不超过50 mm/h。当确认开孔机切削完成时应停车，手动旋转摇把，把开孔刀与料块一起提回开孔连箱内（盘刀启料实物图见图2），关闭闸阀。工作人员佩戴空气呼吸器，打开连箱上的卸压阀，排出连箱内介质，打开短接下方球阀排出铁屑，拆卸开孔机。3 风险及应对措施3.1 准备工作中的风险及应对措施因带压开孔设备较重、体积较大，在前期设备吊装和安装过程存在一定安全风险，其中常见的有：（1）短接与母管焊接过程中出现人员灼伤、母管烧穿引起火灾、爆炸或中毒等事故；（2）设备吊装过程中出现设备损伤或人员伤亡；（3）由于短接、闸阀及开孔机自身重量过重产图1 带压开孔工作流程图2 盘刀启料实物图212024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER生弯矩，破坏系统整体稳定性。针对上述风险的应对措施如下。（1）选择的开孔部位应避开焊缝和腐蚀严重区域。在短接与母管对焊前，根据测得的母管壁厚选择合适的焊条。当管道壁厚6.4 mm时，推荐第一个焊道使用2.4 mm的焊条2。对于低碳钢管道，当压力6.4 MPa时，为不发生烧穿，焊接熔深应小于管道壁厚的1/2，同时为保证结构强度，焊接熔深应大于等于管道壁厚的1/3，所以焊缝熔深宜控制在管道壁厚的1/31/23。（2）根据设备的荷载正确选择吊装设备，并选择有相应资质且有一定工程经验的专业吊装人员进行起吊。（3）设备安装过程中，根据设备的实际荷载增加设备支撑，如马钢AB#烧结机烟气脱硫脱硝超低排放项目中切断闸阀尺寸为DN1800（荷载7.5 t），现场在施工的过程中增设了支撑底座。3.2 开孔过程的风险及应对措施根据马钢AB#烧结机烟气脱硫脱硝超低排放项目高炉煤气带压开孔的经验，带压开孔实际操作过程中面临如下风险。（1）因该项目采用的是水平开孔，因此切削的过程中产生的铁屑易堆积在开孔管件处，导致切削阻力增大，部分铁屑堆积在切断闸阀处，导致阀门关闭不严。（2）开孔完成后，料块无法拉出或料块在拉出的过程中出现脱落现象。（3）切削的过程中，因切削刀具与母管之间不断摩擦产生火花，而此时中心钻处已钻通母管窜出煤气，煤气遇到火花会发生火灾甚至爆炸等事故。针对上述风险因素采取如下应对措施。（1）通过改变切削角度和严格控制进刀量（进刀量不超过50 mm/h），使铁屑变细、变短。短接处安装磁铁和漏斗，磁铁安装位置见图3，吸引铁屑落下，最终达到防止铁屑堆积的目的。（2）为防止料块无法拉出或出现脱落的现象，在中心钻上设有倒钩，当中心钻通过中心孔后倒钩下垂，倒钩长度大于中心孔距时，料块不会出现脱落的现象。（3）为了防止中心钻处返窜的煤气遇火发生着火或爆炸等事故，必须确保由短接、闸阀及开孔连箱组成的封闭容腔内充满氮气（需保持一定的氮气压力进行带压开孔），且在设备组装完毕后必须对密闭容腔进行气密性检验。气密性检验压力略高于开孔母管介质的最高压力，试压30 min，检查无泄漏后打开泄压阀进行氮气置换。4 结语煤气管道带压开孔技术虽然应用已十分广泛，但在实际作业过程中仍会发生许多安全事故，因此严格把控带压开孔作业流程并熟知其存在的安全隐患，采取可靠的应对措施，才能够避免发生事故。参 考 文 献 1 郭鹏志.大口径煤气管道带压开孔的实践 J.冶金动力，2018（7）：28-29+35.2 靳建来.钢铁企业煤气管道带压开孔作业安全保障技术措施浅析 C.2014中国金属学会冶金安全与健康分会，2014：232-234.3 余正刚，宗媛，陈阳威，等.管线不停输带压开孔技术安全分析J.化工设备与管道，2013，50（4）：79-82.收稿日期：2024-02-01作者简介：王为为（1988-），女，硕士研究生，工程师，现从事燃气专业相关设计工作。图3 磁铁安装位置图22