56”管道hot-tapping在沙特阿美体系中的实践

56”管道hot-tapping在沙特阿美体系中的实践

摘要：Hot-tapping也俗称“带压开孔”、“热开孔”是油气行业一项关键技术，是传

输介质不停输的情况下，在主管道安装分支管线，在保证油气输送安全的前提下，达到经济效益的最大化。由于油气介质大多属于易燃易爆介质，在不停输情况下

进行开孔、焊接、安装等作业活动有极大的风险性，所以hot-tapping也被称作油

气行业的“刀尖上的舞者”。阿美石油公司被业界成为世界上最大的油气公司，尤

其以安全和质量严格著称，有一套独立的、自称体系的安全技术规范，在安全和

质量方面被称为业界标杆。本文就讨论了在阿美质量体系下hot-tapping作业的应用。

关键词：Hot-tapping；燃气增压站；阿美石油公司

1.项目背景

作者所在项目是世界上最大的燃气输送管网系统MasterGasSystem简称MGS，建成于1982年迄今为止已经运行了30多年。本项目是为MGS系统新建一座压

站系统，其中需要在收发球进出口区的56”管道的分别进行56”和3”管道的开孔

和焊接作业。

1.1管道压力及流量计算

MGS系统主管道是PI5LX70，φ56×20.32mm(hot-tapping处最小厚度)，管道最

大运行压力为1012psi(7.0Mpa),运行压力为510psi，设计温度为150°F(66℃)，运

行温度298.15K，防腐涂层为FBE,流体介质为天然气，运行流速400mmSCFD，管

道最小屈服强度70000psi。

对开三通材质为MSS SP75 WPHY52,最小屈服强度为52000psi，长度2450mm，最小厚度tb为60mm，管座外径Dh为1498mm，设计系数为0.5（根据ASME

B31.4或B31.8）, 法兰等级600，设计压力1015psi。

根据阿美规范SAEP-311，13.4.1计算焊接过程中管道最大压力：

S=管道最小屈服强度psi，t=hot-tapping处最小管壁厚度inch，OD=管道直径inch

得出焊接是最大允许压力 Pmax= 1260psi> 510 psi，满足焊接要求。

根据阿美规范SAEP-311，11.1开孔时最大气体流速不能超过9.1m/s

（30ft/s）, 计算开孔时每天最大流量V。

Dh=管道的最大直径ft，t=管壁的最小厚度ft，86400为每天24计算得出。

计算得出hot-tapping开孔时最流量为 41815756.8 ft3/天

计算标准情况下管道的MMSCFD,根据理想气体状态方程式：

Vs= ×10-6

Vs= ×10-6MMSCFD

=1445.65 MMSCFD > 400MMSCFD

综上所述，开孔时的管道的流量和压力均满足操作和阿美规范的要求

1.2 焊接设计

根据ASME B31.8 831.4.2 及 ASME B31.8 图I-3.1 计算对开三通焊接最小截面积。由于主管道材质是API 5L X70 最小屈服强度为7000ksi，开三通材质为MSS SP75 WPHY52,最小屈服强度为52000psi；根据焊接设计我们选用与主管道最小屈服强

度想匹配的焊材。

根据公式P= FET计算对开三通焊接最小截面长度：

t=

P为设计压力1015psig；对开三通的外径为1566mm（61.65in）；E纵向接头

系数，查ASME B31.8 表841.115A得出E=1；F设计系数通过ASME B31.8表

841.114A得出F为0.5；S为最小屈服强度，根据所选焊材得出S为70000psi；T

由ASME B31.8 表841.116A 得出T=1；将上述数据输入公式得出 t=22.65mm，根据阿美标准查的相应管道的腐蚀裕量为3.2mm，故修正后的t=25.9mm.故对开三通

纵焊缝最小截面长度为36.3mm，加上加工余量修正为40mm。

1.3 焊接工艺评定

阿美对hot-tapping工艺评定及焊工的考评主要是根据API 1104附录B及SAES-W-012来考核评定,工艺评定中涉及的所有力学性能测试及无损检测必须是

阿美批准的第三方实验室或者是经过阿美批准的且符合ISO17025认证的实验室并且在具有阿美认证的第三方检验员见证下进行。除了满足API1104附录B所有的

要求以后,阿美在ASES-W-012 中还定义了一些附件要求.

焊材及工艺方法方面,规定所有的焊材必须符合ASMEII-C篇的要求,否则必须

提交阿美CSD(consultant service department)进行批准.低氢型焊材熔覆金属的氢含

量必须低于8ml/100g.在具体的焊材选用方面,还根据不同的母材材料等级、流体

介质等详细规定了打底、填充、盖面等的焊材指导意见。如果使用带-G的焊材，

焊材的品牌和型号必须和PQR相一致，并且焊材的化学成分必须定义在WPS中。氩弧焊必须采用高频等

工艺评定方面，要求工艺评定必须根据1104附录B要求并提交CSD批准，

工艺评定相关的所有资料必须是英文版本，格式必须符合API 1104或者是ASME

XI的要求。所有的机械性能及无损检测报告的原始文件须一起提交CSD批准。对

于单面焊缝，内衬的有无是一个重要变量来考虑。保护气体的增减和化学成分的

改变要求重新进行评定。焊接预热根据SAES-W-012 表3A/B或者4A/B来选择。

1.4 现场焊接

焊接前要检查所有的焊接工艺评定是否得到阿美CSD部门的批准，焊工是否

取得现场PID（Project Inspection Department）的批准并取得JCC、焊接工器具是

否经过阿美的认可并在有效校验期内。安装对开三通时要注意调整对中并调整衬

垫位置。对管道预热到WPS评定的温度进行焊接，如下图：

图2 对开三通坡口及衬垫安装图

图4 环焊缝焊接示意图

根据阿美要求，委派第三方分别对焊缝的的打底层、50%中间层进行MT、UT检查，并

且焊后24小时后再次进行UT和MT检查，确保焊接的质量。按照SAEP-311对对开三通进行

水压试验。

1.5 开孔

根据阿美体系要求，开孔操作作业由其专门的只能部门进行作业。EPC分包商进行开孔

的配合工作。

总结

从编制方案到开孔最终完成，前后经历了大约10个月的时间。对于沙特阿美项目的施工，前期的准备工作极其繁琐，质量要求极其苛刻，几乎全程引入第三方进行检查和验收工作。

其中最主要是要熟悉沙特阿美的施工规范和标准。一般来说只要是阿美标准规范中有定义的