傳統PE管封堵技術(shù)存在的局限性
隨著(zhù)城市燃氣的不斷發(fā)展，聚乙烯(PE)管道在城市燃氣管網(wǎng)中得到了廣泛的應用，歐洲人最早將PE管道用于低壓燃氣管網(wǎng)，如今PE管道逐步成為中壓城市燃氣管網(wǎng)的主要選擇，因此對于PE管道不停輸維修搶修新技術(shù)的需求也越來(lái)越迫切。
傳統的PE管封堵技術(shù)存在以下局限性:
①管道在改造或維搶修施工過(guò)程中，通常要先停輸改造管段或事故管道，放空管道內的天然氣，再實(shí)施改造或維搶修作業(yè)。即便是不采取放空管內天然氣的改造或維修搶修方式，作業(yè)時(shí)也需將管內輸送氣體的壓力降低到安全范圍，采用阻氣袋臨時(shí)封堵后實(shí)施作業(yè)，以確保施工安全完成。無(wú)論是采取放空還是降低管道壓力的作業(yè)方式，不僅造成了大量的資源浪費和環(huán)境污染，也會(huì )影響下游用戶(hù)的正常生產(chǎn)和生活，給用戶(hù)造成經(jīng)濟損失。
②傳統PE管夾扁封堵的方法僅適用于公稱(chēng)管徑小于200mm的PE管道。對于公稱(chēng)管徑為250～315mm的PE管無(wú)法采用夾扁的方法，仍需要采取停氣降壓的方法進(jìn)行作業(yè)。即便條件適合采用PE管夾扁方法進(jìn)行施工作業(yè)，也需要將管內輸送氣體的壓力降低到安全范圍后，才能充分發(fā)揮夾扁器的夾扁作用，達到阻氣的目的。另外，PE管夾扁作業(yè)對環(huán)境溫度也是有要求的，環(huán)境溫度低時(shí)不適合對PE管進(jìn)行夾扁，因為環(huán)境溫度低時(shí)，管材的延伸率降低，此時(shí)夾扁PE管道易發(fā)生脆裂，造成安全隱患，此現象在北方的冬季更加明顯。
③傳統接支管的施工作業(yè)也可采取鞍形三通開(kāi)孔的方法，即在帶氣運行的PE管道上提前焊接鞍形三通電熔管件與新建支管連接，再利用配置在鞍形三通內的刀頭對帶氣管道開(kāi)孔，為新建支管通氣。采取這種方法雖然不用停輸，但是由于開(kāi)孔大小受到內置刀頭直徑的限制，所開(kāi)孔徑往往達不到新建支管的流量要求。為了滿(mǎn)足流量的需求，只能采取對帶氣管道停氣，斷管加裝三通的方法進(jìn)行支管連接，這樣不僅會(huì )造成資源浪費也會(huì )影響下游用戶(hù)的用氣。
同以上傳統方法相比，應用PE管不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)在帶氣運行的PE管道上接支管、加裝或更換閥門(mén)、更換管段、進(jìn)行管道改線(xiàn)和改造，以及維修、搶修等作業(yè)，可以避免因施工作業(yè)停輸造成的經(jīng)濟損失和對社會(huì )生活生產(chǎn)造成的不利影響，還可以滿(mǎn)足流量的要求。
2PE管不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)原理
PE管不停輸開(kāi)孔封堵過(guò)程主要是通過(guò)專(zhuān)用不停輸開(kāi)孔封堵設備來(lái)完成。它的基本原理是:在PE管道上進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，在施工管段兩端使用專(zhuān)業(yè)開(kāi)孔封堵設備阻斷該管段天然氣的流通，作業(yè)過(guò)程中的不停輸、不降壓是通過(guò)開(kāi)孔封堵設備上特設的旁通口實(shí)現的。在對施工管段兩端進(jìn)行封堵前，采用旁通管連接架設在施工管段兩端的開(kāi)孔封堵設備上的旁通口，使施工管段兩端的天然氣得以連通，對施工管段進(jìn)行封堵后，也可保證天然氣正常輸送。
將相同規格的開(kāi)孔機分別安裝在機架上，與提前焊接在管段兩端的專(zhuān)用PE電熔管件(即PE封堵管件)連接，開(kāi)孔機旋入PE封堵管件內在待施工管道上方各開(kāi)出一個(gè)孔。開(kāi)孔完成后，卸下開(kāi)孔機，安裝封堵器執行封堵。封堵器將三折式皮碗封堵頭下降通過(guò)已開(kāi)好的孔進(jìn)入施工管道，操縱進(jìn)給手柄使封堵頭張開(kāi)與管道內壁貼合緊密，封堵頭在施工管段兩端同時(shí)張開(kāi)，將天然氣阻斷。在實(shí)行封堵后，封堵頭兩端管道內的天然氣可通過(guò)旁通管正常供給下游用戶(hù)，達到不停輸、不降壓的目的。對圖1中A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的PE管道進(jìn)行維搶修、改造等施工作業(yè)。作業(yè)完畢后，堵塞PE封堵管件上方的孔，拆除機架等設備，恢復供氣。PE管不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)原理見(jiàn)圖1。
8PE管不停輸開(kāi)孔封堵設備的結構特點(diǎn)
① 機架
機架與PE封堵管件的連接見(jiàn)圖2(黃色為施工管道，紅色為PE封堵管件，其余均屬機架)。機架主要由扇形閘板、上螺紋連接盤(pán)、密封法蘭盤(pán)、兩側支撐板、變徑卡環(huán)(圖2中被遮擋，無(wú)法顯示)、平衡放散裝置等部分組成，平衡放散裝置包括放散球閥、壓力表、平衡閥。
機架的作用是為開(kāi)孔機、封堵器和下堵器提供支座，同時(shí)通過(guò)密封法蘭盤(pán)與PE封堵管件連接并密封。在施工作業(yè)中，扇形閘板通過(guò)上板體表面的開(kāi)、關(guān)指示牌，用六角專(zhuān)用扳手旋轉至“開(kāi)”或“關(guān)”檔位，可實(shí)現閘板的打開(kāi)和閉合，以便在置換作業(yè)設備時(shí)截斷管內介質(zhì)，防止外泄。機架利用兩側支撐板和變徑卡環(huán)將不同管徑的作業(yè)管道牢牢卡固，起支撐固定、管道矯圓的作用。
機架上的平衡放散裝置的作用在于:當扇形閘板處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，通過(guò)放散球閥可放散掉閘板上腔的介質(zhì)，然后更換作業(yè)設備;當扇形閘板需要打開(kāi)時(shí)，按下平衡閥，平衡扇形閘板上下的壓力，避免扇形閘板開(kāi)啟時(shí)單面受壓。上螺紋連接盤(pán)可分別與開(kāi)孔機、封堵器、下堵器相連接。密封法蘭盤(pán)與PE封堵管件的連接套連接，密封法蘭盤(pán)與連接套的連接配合采用插套式結構，可相對軸向移動(dòng)。密封法蘭盤(pán)的內孔中安裝有兩道O形密封圈，確保密封可靠，并方便與不同規格的PE封堵管件的連接套連接。
② 開(kāi)孔機
開(kāi)孔機的結構見(jiàn)圖3。開(kāi)孔過(guò)程中開(kāi)孔機通過(guò)人工手動(dòng)驅動(dòng)，實(shí)現開(kāi)孔刀套料切削、鉆桿自動(dòng)進(jìn)給，無(wú)需外接電源。開(kāi)孔刀主要由套料刀體、浮動(dòng)護套、刀柄、中心鉆等組成。開(kāi)孔刀中心鉆與刀柄用彈性銷(xiāo)固定，中心鉆尾柄與開(kāi)孔機鉆桿用彈性銷(xiāo)固定連接，刀體柄部銑有凸臺與開(kāi)孔機鉆桿端面凹槽配合，用于傳遞切削動(dòng)力，開(kāi)孔采用套料切削。開(kāi)孔機操作簡(jiǎn)單，開(kāi)孔速度快，施工作業(yè)時(shí)間得到大幅度縮減。
③ 封堵器
封堵器(見(jiàn)圖4)由封堵桿、進(jìn)給手柄、定位扳手、安全擋塊、連箱、預緊裝置、三折式皮碗封堵頭(見(jiàn)圖5，收合在連箱內)等零部件組成。封堵器是在開(kāi)孔后實(shí)行封堵、截斷管道介質(zhì)流通的關(guān)鍵設備，它所實(shí)現的效果是PE管不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)的關(guān)鍵。用直插式連接銷(xiāo)將封堵頭連接到封堵桿底部，送入開(kāi)好的孔中，用定位扳手調節三折式皮碗封堵頭朝向，封堵頭正對來(lái)氣方向后，通過(guò)進(jìn)給手柄打開(kāi)。管道中的壓力推動(dòng)三折式皮碗封堵頭，致使封堵嚴密可靠，達到封堵作用。
④ 下堵器
下堵器由操作手柄、主軸、定位裝置、連接盤(pán)、內外卡鉗等組成。其作用是在開(kāi)孔和封堵后，在PE封堵管件的孔中塞入堵塞裝置將其密封堵住。主軸由內外控制桿組成，內外卡鉗分別安裝在內軸和外軸上，可相對轉動(dòng)，通過(guò)操作定位手柄可使內外卡鉗處于“下堵”、“定位”、“空位”三個(gè)檔位，實(shí)現管件的下堵提堵、堵塞定位、堵塞與主軸脫離等操作，將堵塞裝置固定在PE封堵管件中。
4PE管不停輸開(kāi)孔封堵的作業(yè)流程
① 焊接PE封堵管件
根據現場(chǎng)施工條件，開(kāi)挖開(kāi)孔封堵作業(yè)坑，清理封堵位置及施工管段附近的土方，保證作業(yè)坑有多方向的安全暢通通道和足夠的坡度，便于開(kāi)展施工。確定施工管道(以下簡(jiǎn)稱(chēng)母管)上開(kāi)孔封堵的位置，做好標記，安裝并焊接封堵管件。在管件的上鞍座內弧面排布有電熱絲，通過(guò)電熔焊機加熱，當溫度達到190～230℃時(shí)上鞍座與母管配合面完全融合，冷卻后成為一體。融合面強度可達到與母管同等要求。
PE封堵管件是一種專(zhuān)用材料，由防護帽、上鞍座、下托板、堵塞裝置、聯(lián)接板、固定螺釘等組成(見(jiàn)圖6、7)。
② 安裝機架
將連接套旋緊在PE封堵管件上，打開(kāi)機架內扇形閘板，將機架安放在母管上，將機架上的密封法蘭盤(pán)與管件連接套對正插入配合。將機架兩側的支撐板插入機架下方，卡住管道，并用手輪螺釘拉緊連桿，使下托板夾緊在管道上，用蝶形螺母背緊固定好機架。機架上安裝試壓板或開(kāi)孔機，通過(guò)機架上放散球閥向內部打入空氣，對封堵管件的電熔焊接質(zhì)量和機架各安裝連接處進(jìn)行氣密性測試，試驗壓力不大于施工管道內的介質(zhì)壓力。
③ 開(kāi)孔機的安裝和鉆孔
開(kāi)孔機與機架連接盤(pán)連接后，將開(kāi)孔刀完全送入連接盤(pán)內腔中，啟動(dòng)平衡閥，打開(kāi)機架上的扇形閘板，準備開(kāi)孔。首先中心鉆開(kāi)孔定心后，順時(shí)針旋轉操作手柄，套料刀齒開(kāi)始切削。切削時(shí)，浮動(dòng)護套在開(kāi)孔前下移到齒尖，并隨著(zhù)開(kāi)孔的進(jìn)深上移，將切屑擋入刀體內，可起到防止切屑外露的作用，從而避免刀體在PE管件內擠死，減小切削阻力。繼續開(kāi)孔直至阻力減小，轉動(dòng)輕松無(wú)阻力后，開(kāi)孔完畢。按照相反的順序將開(kāi)孔刀提起，關(guān)閉扇形閘板，放散掉機架上腔氣體，拆除開(kāi)孔機，此時(shí)浮動(dòng)護套防止屑條吊掛，從而造成扇形閘板不能完全閉合。
④ 對管道進(jìn)行封堵
選擇與封堵管道相對應的三折式皮碗封堵頭，采用直插式用連接銷(xiāo)與封堵桿連接，將連接好的三折式皮碗封堵頭收合進(jìn)連箱內，安裝連箱到機架上。啟動(dòng)平衡閥，打開(kāi)扇形閘板，將三折式皮碗封堵頭完。
全送入被封堵管道中，然后將固定卡和預緊裝置鎖死，再轉動(dòng)進(jìn)給手柄通過(guò)螺母副使堵頭通過(guò)四桿機構在管內全部打開(kāi)，形成一個(gè)完整圓形，皮碗唇邊與管道內壁貼合緊密，管道中的壓力推動(dòng)封堵頭上的皮碗，致使封堵更加嚴密可靠，達到封堵作用。預緊裝置的鎖緊螺母通過(guò)壓緊尼龍球體可鎖緊傳動(dòng)軸，并防止管內介質(zhì)外泄。三折式皮碗封堵頭設計有通氣孔，用膠管與封堵桿連通，封堵桿頂端安裝有閥門(mén)，可以實(shí)現封堵管道內氣體的放空。作業(yè)中，用臨時(shí)旁通管將兩端設備上的旁通口連通，實(shí)現不停輸不降壓，避免了大面積的停氣，減少了經(jīng)濟損失。作業(yè)完畢后，連接機架上的放散球閥和封堵桿頂端閥門(mén)，在扇形閘板開(kāi)啟的狀態(tài)下，可以對作業(yè)后的管道進(jìn)行補氣，以平衡封堵頭兩端的氣體壓力。
⑤ 對管段進(jìn)行施工
連通臨時(shí)旁通管，放空施工管段內的剩余氣體，根據需要對施工管段進(jìn)行施工作業(yè)。作業(yè)完畢后，用硬質(zhì)膠管連通機架上的放散球閥和封堵桿頂端閥門(mén)，在扇形閘板開(kāi)啟的狀態(tài)下，對作業(yè)后的管道進(jìn)行補氣，以平衡封堵頭兩端的氣體壓力。確保施工后的管段不漏氣后，反方向轉動(dòng)進(jìn)給手柄使三折式皮碗封堵頭收攏，氣體在PE管道內流通。提起封堵桿，關(guān)閉扇形閘板，排空機架上腔和臨時(shí)旁通管內的氣體，拆掉臨時(shí)旁通管，撤出封堵器。
⑥ 下堵塞裝置
下堵器安裝在支架上，平衡壓力后，開(kāi)啟支架上的扇形閘板。操縱下堵器將堵塞裝置送入管件孔中的槽內。下堵器主軸裝置設有軸向移動(dòng)和旋轉移動(dòng)，當軸向移動(dòng)到位后，操縱手柄旋轉90°。將堵塞裝置卡緊在管件孔內的槽中，而后退出主軸，撤除下堵器。拆除機架及兩側支撐板和變徑卡環(huán)，逆時(shí)針旋轉退出機架與PE封堵管件的連接套，最后在PE封堵管件上部安裝防護帽，并確認旋緊。堵塞裝置留在PE封堵管件中，與密封圈、彈性卡板、壓力平衡互鎖弧板、防護帽組成堵塞密封裝置，確保管件整體無(wú)氣體泄漏。至此，整個(gè)PE管不停輸開(kāi)孔封堵作業(yè)全部結束。
5PE管不停輸開(kāi)孔封堵的應用
該套設備使用范圍寬泛，管道內介質(zhì)壓力不超過(guò)0.4MPa、管徑不大于DN315mm的PE燃氣管道上都可以進(jìn)行不停輸開(kāi)孔封堵作業(yè)。結合包頭地區燃氣管網(wǎng)的實(shí)際情況，我公司將PE管道不停輸開(kāi)孔封堵設備應用在中壓A燃氣管網(wǎng)改造施工項目中，此段管道為DN315mm的PE管，運行壓力為0.35MPa，涉及4戶(hù)工業(yè)用戶(hù)、7所學(xué)校以及1963戶(hù)居民用戶(hù)。施工作業(yè)采用該套設備，避免了用戶(hù)停氣，且在PE管道上封堵作業(yè)一次成功，縮短了施工時(shí)間，提高了工作效率，后期在多處燃氣施工中采取封堵作業(yè)也非常成功。由于該設備的合理運用，施工工藝得到了改善與提高，既不影響燃氣管道的正常輸送，確保了用戶(hù)安全用氣，又能保證安全、高效、環(huán)保地施工。
聚乙烯(PE)管道不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)和設備的設計原理先進(jìn)，應用方便簡(jiǎn)單，設備構造小巧精致、輕便，開(kāi)孔機、封堵器和下堵器互相配合，易于置換和操作，實(shí)用性強，使用時(shí)安全可靠。通過(guò)該設備技術(shù)上的不斷進(jìn)步、完善，聚乙烯管不停輸封堵技術(shù)將逐步取代傳統PE管封堵作業(yè)方法，成為城市PE燃氣管道帶氣作業(yè)的先進(jìn)方法。
pe管尺寸規格表
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