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傳統(tǒng)PE管封堵技術存在的局限性
隨著城市燃氣的不斷發(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的需求也越來越迫切。
傳統(tǒng)的PE管封堵技術存在以下局限性:
①管道在改造或維搶修施工過程中，通常要先停輸改造管段或事故管道，放空管道內(nèi)的天然氣，再實施改造或維搶修作業(yè)。即便是不采取放空管內(nèi)天然氣的改造或維修搶修方式，作業(yè)時也需將管內(nèi)輸送氣體的壓力降低到安全范圍，采用阻氣袋臨時封堵后實施作業(yè)，以確保施工安全完成。無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，也會影響下游用戶的正常生產(chǎn)和生活，給用戶造成經(jīng)濟損失。
②傳統(tǒng)PE管夾扁封堵的方法僅適用于公稱管徑小于200mm的PE管道。對于公稱管徑為250～315mm的PE管無法采用夾扁的方法，仍需要采取停氣降壓的方法進行作業(yè)。即便條件適合采用PE管夾扁方法進行施工作業(yè)，也需要將管內(nèi)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)境溫度低時不適合對PE管進行夾扁，因為環(huán)境溫度低時，管材的延伸率降低，此時夾扁PE管道易發(fā)生脆裂，造成安全隱患，此現(xiàn)象在北方的冬季更加明顯。
③傳統(tǒng)接支管的施工作業(yè)也可采取鞍形三通開孔的方法，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(nèi)的刀頭對帶氣管道開孔，為新建支管通氣。采取這種方法雖然不用停輸，但是由于開孔大小受到內(nèi)置刀頭直徑的限制，所開孔徑往往達不到新建支管的流量要求。為了滿足流量的需求，只能采取對帶氣管道停氣，斷管加裝三通的方法進行支管連接，這樣不僅會造成資源浪費也會影響下游用戶的用氣。
同以上傳統(tǒng)方法相比，應用PE管不停輸開孔封堵技術在帶氣運行的PE管道上接支管、加裝或更換閥門、更換管段、進行管道改線和改造，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)濟損失和對社會生活生產(chǎn)造成的不利影響，還可以滿足流量的要求。
2PE管不停輸開孔封堵技術原理
PE管不停輸開孔封堵過程主要是通過專用不停輸開孔封堵設備來完成。它的基本原理是:在PE管道上進行施工作業(yè)時，在施工管段兩端使用專業(yè)開孔封堵設備阻斷該管段天然氣的流通，作業(yè)過程中的不停輸、不降壓是通過開孔封堵設備上特設的旁通口實現(xiàn)的。在對施工管段兩端進行封堵前，采用旁通管連接架設在施工管段兩端的開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，對施工管段進行封堵后，也可保證天然氣正常輸送。
將相同規(guī)格的開孔機分別安裝在機架上，與提前焊接在管段兩端的專用PE電熔管件(即PE封堵管件)連接，開孔機旋入PE封堵管件內(nèi)在待施工管道上方各開出一個孔。開孔完成后，卸下開孔機，安裝封堵器執(zhí)行封堵。封堵器將三折式皮碗封堵頭下降通過已開好的孔進入施工管道，操縱進給手柄使封堵頭張開與管道內(nèi)壁貼合緊密，封堵頭在施工管段兩端同時張開，將天然氣阻斷。在實行封堵后，封堵頭兩端管道內(nèi)的天然氣可通過旁通管正常供給下游用戶，達到不停輸、不降壓的目的。對圖1中A點與B點之間的PE管道進行維搶修、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管不停輸開孔封堵技術原理見圖1。
8PE管不停輸開孔封堵設備的結構特點
① 機架
機架與PE封堵管件的連接見圖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、密封法蘭盤、兩側支撐板、變徑卡環(huán)(圖2中被遮擋，無法顯示)、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。
機架的作用是為開孔機、封堵器和下堵器提供支座，同時通過密封法蘭盤與PE封堵管件連接并密封。在施工作業(yè)中，扇形閘板通過上板體表面的開、關指示牌，用六角專用扳手旋轉(zhuǎn)至“開”或“關”檔位，可實現(xiàn)閘板的打開和閉合，以便在置換作業(yè)設備時截斷管內(nèi)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:當扇形閘板處于關閉狀態(tài)時，通過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時，按下平衡閥，平衡扇形閘板上下的壓力，避免扇形閘板開啟時單面受壓。上螺紋連接盤可分別與開孔機、封堵器、下堵器相連接。密封法蘭盤與PE封堵管件的連接套連接，密封法蘭盤與連接套的連接配合采用插套式結構，可相對軸向移動。密封法蘭盤的內(nèi)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(guī)格的PE封堵管件的連接套連接。
② 開孔機
開孔機的結構見圖3。開孔過程中開孔機通過人工手動驅(qū)動，實現(xiàn)開孔刀套料切削、鉆桿自動進給，無需外接電源。開孔刀主要由套料刀體、浮動護套、刀柄、中心鉆等組成。開孔刀中心鉆與刀柄用彈性銷固定，中心鉆尾柄與開孔機鉆桿用彈性銷固定連接，刀體柄部銑有凸臺與開孔機鉆桿端面凹槽配合，用于傳遞切削動力，開孔采用套料切削。開孔機操作簡單，開孔速度快，施工作業(yè)時間得到大幅度縮減。
③ 封堵器
封堵器(見圖4)由封堵桿、進給手柄、定位扳手、安全擋塊、連箱、預緊裝置、三折式皮碗封堵頭(見圖5，收合在連箱內(nèi))等零部件組成。封堵器是在開孔后實行封堵、截斷管道介質(zhì)流通的關鍵設備，它所實現(xiàn)的效果是PE管不停輸開孔封堵技術的關鍵。用直插式連接銷將封堵頭連接到封堵桿底部，送入開好的孔中，用定位扳手調(diào)節(jié)三折式皮碗封堵頭朝向，封堵頭正對來氣方向后，通過進給手柄打開。管道中的壓力推動三折式皮碗封堵頭，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、內(nèi)外卡鉗等組成。其作用是在開孔和封堵后，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(nèi)外控制桿組成，內(nèi)外卡鉗分別安裝在內(nèi)軸和外軸上，可相對轉(zhuǎn)動，通過操作定位手柄可使內(nèi)外卡鉗處于“下堵”、“定位”、“空位”三個檔位，實現(xiàn)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管不停輸開孔封堵的作業(yè)流程
① 焊接PE封堵管件
根據(jù)現(xiàn)場施工條件，開挖開孔封堵作業(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，便于開展施工。確定施工管道(以下簡稱母管)上開孔封堵的位置，做好標記，安裝并焊接封堵管件。在管件的上鞍座內(nèi)弧面排布有電熱絲，通過電熔焊機加熱，當溫度達到190～230℃時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?shù)冉M成(見圖6、7)。
② 安裝機架
將連接套旋緊在PE封堵管件上，打開機架內(nèi)扇形閘板，將機架安放在母管上，將機架上的密封法蘭盤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孔機，通過機架上放散球閥向內(nèi)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行氣密性測試，試驗壓力不大于施工管道內(nèi)的介質(zhì)壓力。
③ 開孔機的安裝和鉆孔
開孔機與機架連接盤連接后，將開孔刀完全送入連接盤內(nèi)腔中，啟動平衡閥，打開機架上的扇形閘板，準備開孔。首先中心鉆開孔定心后，順時針旋轉(zhuǎn)操作手柄，套料刀齒開始切削。切削時，浮動護套在開孔前下移到齒尖，并隨著開孔的進深上移，將切屑擋入刀體內(nèi)，可起到防止切屑外露的作用，從而避免刀體在PE管件內(nèi)擠死，減小切削阻力。繼續(xù)開孔直至阻力減小，轉(zhuǎn)動輕松無阻力后，開孔完畢。按照相反的順序?qū)㈤_孔刀提起，關閉扇形閘板，放散掉機架上腔氣體，拆除開孔機，此時浮動護套防止屑條吊掛，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與封堵桿連接，將連接好的三折式皮碗封堵頭收合進連箱內(nèi)，安裝連箱到機架上。啟動平衡閥，打開扇形閘板，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(zhuǎn)動進給手柄通過螺母副使堵頭通過四桿機構在管內(nèi)全部打開，形成一個完整圓形，皮碗唇邊與管道內(nèi)壁貼合緊密，管道中的壓力推動封堵頭上的皮碗，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壓緊尼龍球體可鎖緊傳動軸，并防止管內(nèi)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，可以實現(xiàn)封堵管道內(nèi)氣體的放空。作業(yè)中，用臨時旁通管將兩端設備上的旁通口連通，實現(xiàn)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，在扇形閘板開啟的狀態(tài)下，可以對作業(yè)后的管道進行補氣，以平衡封堵頭兩端的氣體壓力。
⑤ 對管段進行施工
連通臨時旁通管，放空施工管段內(nèi)的剩余氣體，根據(jù)需要對施工管段進行施工作業(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，在扇形閘板開啟的狀態(tài)下，對作業(yè)后的管道進行補氣，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(zhuǎn)動進給手柄使三折式皮碗封堵頭收攏，氣體在PE管道內(nèi)流通。提起封堵桿，關閉扇形閘板，排空機架上腔和臨時旁通管內(nèi)的氣體，拆掉臨時旁通管，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(nèi)。下堵器主軸裝置設有軸向移動和旋轉(zhuǎn)移動，當軸向移動到位后，操縱手柄旋轉(zhuǎn)90°。將堵塞裝置卡緊在管件孔內(nèi)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)，逆時針旋轉(zhuǎn)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，確保管件整體無氣體泄漏。至此，整個PE管不停輸開孔封堵作業(yè)全部結束。
5PE管不停輸開孔封堵的應用
該套設備使用范圍寬泛，管道內(nèi)介質(zhì)壓力不超過0.4MPa、管徑不大于DN315mm的PE燃氣管道上都可以進行不停輸開孔封堵作業(yè)。結合包頭地區(qū)燃氣管網(wǎng)的實際情況，我公司將PE管道不停輸開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戶工業(yè)用戶、7所學校以及1963戶居民用戶。施工作業(yè)采用該套設備，避免了用戶停氣，且在PE管道上封堵作業(yè)一次成功，縮短了施工時間，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)管道不停輸開孔封堵技術和設備的設計原理先進，應用方便簡單，設備構造小巧精致、輕便，開孔機、封堵器和下堵器互相配合，易于置換和操作，實用性強，使用時安全可靠。通過該設備技術上的不斷進步、完善，聚乙烯管不停輸封堵技術將逐步取代傳統(tǒng)PE管封堵作業(yè)方法，成為城市PE燃氣管道帶氣作業(yè)的先進方法。
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