（山东电力基本建设总公司 济南山东 250000）
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几乎没有协商的可能性，必须毫无理由的执行。并且几乎重要的文件都需要提交阿美CSD部门的审批这大大延长了文件的审批时间，阿美对于文件的合规性尤其重视，每一个工作步骤都需要有批准的文件做支撑。相信中国的工程施工企业在做阿美项目时候只要提前介入，深入策划，熟悉并严格遵守相关规范和标准，最终必然会取得成功，为国家的“一带一路”增光添彩。
论文作者:李群飞,耿玉彪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
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