摘　要：介紹傳統(tǒng)PE管封堵技術(shù)存在的局限性，探討了PE管不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)的技術(shù)原理、設(shè)備和作業(yè)流程。

關(guān)鍵詞：聚乙烯燃?xì)夤艿溃?/span>  不停輸；  帶氣作業(yè)；  開(kāi)孔封堵

Discussion on Technology for Tapping and Plugging PE Pipe without Intrruption of Service

Abstract：The limitations of traditional technology for plugging PE pipe are introduced．The principle，equipment and operation procedure of the technology for tapping and plugging PE pipe without interruption of service are discussed．

Keywords：PE gas pipe：without interruption of service；operation under pressure；tapping and pluggrog

1　傳統(tǒng)PE管封堵技術(shù)存在的局限性

隨著城市燃?xì)獾牟粩喟l(fā)展，聚乙烯(PE)管道在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用，歐洲人最早將PE管道用于低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)，如今PE管道逐步成為中壓城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的主要選擇，因此對(duì)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[1-3]。

傳統(tǒng)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(nèi)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(nèi)天然氣的改造或維修搶修方式，作業(yè)時(shí)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(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(fèi)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(jì)損失。

②傳統(tǒng)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(duì)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(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(dá)到阻氣的目的。另外，PE管夾扁作業(yè)對(duì)環(huán)境溫度也是有要求的，環(huán)境溫度低時(shí)不適合對(duì)PE管進(jìn)行夾扁，因?yàn)榄h(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(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(kāi)孔的方法，即在帶氣運(yùn)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(duì)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(nèi)置刀頭直徑的限制，所開(kāi)孔徑往往達(dá)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(duì)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(fèi)也會(huì)影響下游用戶(hù)的用氣。

同以上傳統(tǒng)方法相比，應(yīng)用PE管不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)在帶氣運(yùn)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(jì)損失和對(duì)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。

2　PE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(shè)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(shè)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(shè)備上特設(shè)的旁通口實(shí)現(xiàn)的。在對(duì)施工管段兩端進(jìn)行封堵前，采用旁通管連接架設(shè)在施工管段兩端的開(kāi)孔封堵設(shè)備上的旁通口，使施工管段兩端的天然氣得以連通，對(duì)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(guī)格的開(kāi)孔機(jī)分別安裝在機(jī)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(jī)旋入PE封堵管件內(nèi)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(jī)，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(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(nèi)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(nèi)的天然氣可通過(guò)旁通管正常供給下游用戶(hù)，達(dá)到不停輸、不降壓的目的。對(duì)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(jī)架等設(shè)備，恢復(fù)供氣。PE管不停輸開(kāi)孔封堵技術(shù)原理見(jiàn)圖1。

3　PE管不停輸開(kāi)孔封堵設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

①機(jī)架

機(jī)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(jī)架)。機(jī)架主要由扇形閘板、上螺紋連接盤(pán)、密封法蘭盤(pán)、兩側(cè)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(jī)架的作用是為開(kāi)孔機(jī)、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(zhuǎn)至“開(kāi)”或“關(guān)”檔位，可實(shí)現(xiàn)閘板的打開(kāi)和閉合，以便在置換作業(yè)設(shè)備時(shí)截?cái)喙軆?nèi)介質(zhì)，防止外泄。機(jī)架利用兩側(cè)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(jī)架上的平衡放散裝置的作用在于：當(dāng)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(shè)備；當(dāng)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(jī)、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(jié)構(gòu)，可相對(duì)軸向移動(dòng)。密封法蘭盤(pán)的內(nèi)孔中安裝有兩道0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(kāi)孔機(jī)

開(kāi)孔機(jī)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。開(kāi)孔過(guò)程中開(kāi)孔機(jī)通過(guò)人工手動(dòng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)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(hù)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(jī)鉆桿用彈性銷(xiāo)固定連接，刀體柄部銑有凸臺(tái)與開(kāi)孔機(jī)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(jī)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(yù)緊裝置、三折式皮碗封堵頭(見(jiàn)圖5，收合在連箱內(nèi))等零部件組成。封堵器是在開(kāi)孔后實(shí)行封堵、截?cái)喙艿澜橘|(zhì)流通的關(guān)鍵設(shè)備，它所實(shí)現(xiàn)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(diào)節(jié)三折式皮碗封堵頭朝向，封堵頭正對(duì)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(yán)密可靠，達(dá)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(nèi)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(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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)操作定位手柄可使內(nèi)外卡鉗處于“下堵”、“定位”、“空位”三個(gè)檔位，實(shí)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。

4　PE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(jù)現(xiàn)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(biāo)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(guò)電熔焊機(jī)加熱，當(dāng)溫度達(dá)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(qiáng)度可達(dá)到與母管同等要求。

PE封堵管件是一種專(zhuān)用材料，由防護(hù)帽、上鞍座、下托板、堵塞裝置、聯(lián)接板、固定螺釘?shù)冉M成(見(jiàn)圖6、7)。

②安裝機(jī)架

將連接套旋緊在PE封堵管件上，打開(kāi)機(jī)架內(nèi)扇形閘板，將機(jī)架安放在母管上，將機(jī)架上的密封法蘭盤(pán)與管件連接套對(duì)正插入配合。將機(jī)架兩側(cè)的支撐板插入機(jī)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(jī)架。機(jī)架上安裝試壓板或開(kāi)孔機(jī)，通過(guò)機(jī)架上放散球閥向內(nèi)部打入空氣，對(duì)封堵管件的電熔焊接質(zhì)量和機(jī)架各安裝連接處進(jìn)行氣密性測(cè)試，試驗(yàn)壓力不大于施工管道內(nèi)的介質(zhì)壓力。

③開(kāi)孔機(jī)的安裝和鉆孔

開(kāi)孔機(jī)與機(jī)架連接盤(pán)連接后，將開(kāi)孔刀完全送入連接盤(pán)內(nèi)腔中，啟動(dòng)平衡閥，打開(kāi)機(jī)架上的扇形閘板，準(zhǔn)備開(kāi)孔。首先中心鉆開(kāi)孔定心后，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)操作手柄，套料刀齒開(kāi)始切削。切削時(shí)，浮動(dòng)護(hù)套在開(kāi)孑L前下移到齒尖，并隨著開(kāi)孔的進(jìn)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(kāi)孔直至阻力減小，轉(zhuǎn)動(dòng)輕松無(wú)阻力后，開(kāi)孔完畢。按照相反的順序?qū)㈤_(kāi)孔刀提起，關(guān)閉扇形閘板，放散掉機(jī)架上腔氣體，拆除開(kāi)孔機(jī)，此時(shí)浮動(dòng)護(hù)套防止屑條吊掛，從而造成扇形閘板不能完全閉合。

④對(duì)管道進(jìn)行封堵

選擇與封堵管道相對(duì)應(yīng)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(nèi)，安裝連箱到機(jī)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(yù)緊裝置鎖死，再轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給手柄通過(guò)螺母副使堵頭通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)在管內(nèi)全部打開(kāi)，形成一個(gè)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(dòng)封堵頭上的皮碗，致使封堵更加嚴(yán)密可靠，達(dá)到封堵作用。預(yù)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(nèi)介質(zhì)外泄。三折式皮碗封堵頭設(shè)計(jì)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(xiàn)封堵管道內(nèi)氣體的放空。作業(yè)中，用臨時(shí)旁通管將兩端設(shè)備上的旁通口連通，實(shí)現(xiàn)不停輸不降壓，避免了大面積的停氣，減少了經(jīng)濟(jì)損失。作業(yè)完畢后，連接機(jī)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(duì)作業(yè)后的管道進(jìn)行補(bǔ)氣，以平衡封堵頭兩端的氣體壓力。

⑤對(duì)管段進(jìn)行施工

連通臨時(shí)旁通管，放空施工管段內(nèi)的剩余氣體，根據(jù)需要對(duì)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(jī)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(duì)作業(yè)后的管道進(jìn)行補(bǔ)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(dòng)進(jìn)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(guān)閉扇形閘板，排空機(jī)架上腔和臨時(shí)旁通管內(nèi)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(nèi)。下堵器主軸裝置設(shè)有軸向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，當(dāng)軸向移動(dòng)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(jī)架及兩側(cè)支撐板和變徑卡環(huán)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)退出機(jī)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(hù)帽，并確認(rèn)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(hù)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(jié)束。

5　PE管不停輸開(kāi)孔封堵的應(yīng)用

該套設(shè)備使用范圍寬泛，管道內(nèi)介質(zhì)壓力不超過(guò)0.4MPa、管徑不大于DN 315mm的PE燃?xì)夤艿郎隙伎梢赃M(jìn)行不停輸開(kāi)孔封堵作業(yè)。結(jié)合包頭地區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)的實(shí)際情況，我公司將PE管道不停輸開(kāi)孔封堵設(shè)備應(yīng)用在中壓A燃?xì)夤芫W(wǎng)改造施工項(xiàng)目中，此段管道為DN 315mm的PE管，運(yùn)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(shè)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?xì)馐┕ぶ胁扇》舛伦鳂I(yè)也非常成功。由于該設(shè)備的合理運(yùn)用，施工工藝得到了改善與提高，既不影響燃?xì)夤艿赖恼］斔?，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(shè)備的設(shè)計(jì)原理先進(jìn)，應(yīng)用方便簡(jiǎn)單，設(shè)備構(gòu)造小巧精致、輕便，開(kāi)孔機(jī)、封堵器和下堵器互相配合，易于置換和操作，實(shí)用性強(qiáng)，使用時(shí)安全可靠。通過(guò)該設(shè)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(tǒng)PE管封堵作業(yè)方法，成為城市PE燃?xì)夤艿缼庾鳂I(yè)的先進(jìn)方法。

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本文作者：馬亮  李海根  楊麗

作者單位：包頭市燃?xì)庥邢薰?/span>