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傳統PE管封堵技術存在的局限性
隨著城市燃氣的不斷發展，聚乙烯(PE)管道在城市燃氣管網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，如今PE管道逐步成為中壓城市燃氣管網的主要選擇，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，放空管道內的天然氣，再實施改造或維搶修作業。即便是不采取放空管內天然氣的改造或維修搶修方式，作業時也需將管內輸送氣體的壓力降低到安全范圍，采用阻氣袋臨時封堵后實施作業，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方式，不僅造成了大量的資源浪費和環境污染，也會影響下游用戶的正常生產和生活，給用戶造成經濟損失。
②傳統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。即便條件適合采用PE管夾扁方法進行施工作業，也需要將管內輸送氣體的壓力降低到安全范圍后，才能充分發揮夾扁器的夾扁作用，達到阻氣的目的。另外，PE管夾扁作業對環境溫度也是有要求的，環境溫度低時不適合對PE管進行夾扁，因為環境溫度低時，管材的延伸率降低，此時夾扁PE管道易發生脆裂，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，可以避免因施工作業停輸造成的經濟損失和對社會生活生產造成的不利影響，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時，在施工管段兩端使用專業開孔封堵設備阻斷該管段天然氣的流通，作業過程中的不停輸、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。作業完畢后，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(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至“開”或“關”檔位，可實現閘板的打開和閉合，以便在置換作業設備時截斷管內介質，防止外泄。機架利用兩側支撐板和變徑卡環將不同管徑的作業管道牢牢卡固，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時，通過放散球閥可放散掉閘板上腔的介質，然后更換作業設備;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動，實現開孔刀套料切削、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)等零部件組成。封堵器是在開孔后實行封堵、截斷管道介質流通的關鍵設備，它所實現的效果是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，用定位扳手調節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，通過操作定位手柄可使內外卡鉗處于“下堵”、“定位”、“空位”三個檔位，實現管件的下堵提堵、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管不停輸開孔封堵的作業流程
① 焊接PE封堵管件
根據現場施工條件，開挖開孔封堵作業坑，清理封堵位置及施工管段附近的土方，保證作業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、聯接板、固定螺釘等組成(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部打入空氣，對封堵管件的電熔焊接質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的介質壓力。
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，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。繼續開孔直至阻力減小，轉動輕松無阻力后，開孔完畢。按照相反的順序將開孔刀提起，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，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，再轉動進給手柄通過螺母副使堵頭通過四桿機構在管內全部打開，形成一個完整圓形，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，并防止管內介質外泄。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，可以實現封堵管道內氣體的放空。作業中，用臨時旁通管將兩端設備上的旁通口連通，實現不停輸不降壓，避免了大面積的停氣，減少了經濟損失。作業完畢后，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下，可以對作業后的管道進行補氣，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，放空施工管段內的剩余氣體，根據需要對施工管段進行施工作業。作業完畢后，用硬質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下，對作業后的管道進行補氣，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，反方向轉動進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，關閉扇形閘板，排空機架上腔和臨時旁通管內的氣體，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。下堵器主軸裝置設有軸向移動和旋轉移動，當軸向移動到位后，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，逆時針旋轉退出機架與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，確保管件整體無氣體泄漏。至此，整個PE管不停輸開孔封堵作業全部結束。
5PE管不停輸開孔封堵的應用
該套設備使用范圍寬泛，管道內介質壓力不超過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。結合包頭地區燃氣管網的實際情況，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戶工業用戶、7所學校以及1963戶居民用戶。施工作業采用該套設備，避免了用戶停氣，且在PE管道上封堵作業一次成功，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PE管封堵作業方法，成為城市PE燃氣管道帶氣作業的先進方法。
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