长虹路高压天然气管道1+4502+100标段工程管道置换与运行投产方案设计.docx
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长虹路高压天然气管道1+4502+100标段工程管道置换与运行投产方案设计
设计题目:
_长虹路高压天然气管道（1+450~2+100）标段工程——管道置换与运行投产方案设计
完成日期：
2014年1月9日
指导教师评语:
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成绩（五级记分制）:
________________
指导教师（签字）:
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目录
1总则1
1.1编制说明1
1.2编制依据1
1.3编制原则1
1.4本工程采用的技术规范2
2工程概况4
2.1设计参数4
2.2施工场地条件4
2.3实施目标4
2.4工程的难点、重点说明5
3施工准备6
3.1投产程序6
3.2工艺设备条件6
3.3其他条件6
3.4施工准备的基本原则7
3.5技术准备7
3.7物资、人员准备8
3.8施工现场准备9
3.9置换前准备9
3.10降低成本的措施9
4置换施工11
4.1施工方案11
4.2注氮量的计算12
4.3注氮作业要求及注意事项12
4.4检验技术措施13
4.5升压14
5注氮作业15
5.1注氮点选择15
5.2注氮量的确定15
5.3注氮15
6置换17
6.1置换前主要准备工作17
6.2置换程序17
6.3剩余氮气的排放地点17
6.4气头检测18
6.5置换期间的检漏方法18
7HSE要求19
7.1对组织及人员的要求19
7.2对场站、阀室及设备的要求19
7.3对操作的要求19
7.4对车辆、消防的要求20
7.5对疾病预防的要求20
8投产期间的事故应急预案22
8.1保驾和维抢修要求22
8.2投产风险23
8.3故障处理23
1总则
1.1编制说明
本工程为高压天然气管线沿公路边缘验收投产工程，工程的目的与意义在于管线通过对管道进行验收投产设计，在保证管道质量与安全标准的前提下，减少由于施工工程不合理而造成的危害，降低成本。
在此次工程施工组织设计中将对本工程的高压天然气管道进行扫线测径项目的施工组织设计。
本设计以《长虹路高压天然气管道工程施工》的要求和设计参数为根据，编制时对施工准备、施工技术防范及施工方法、施工组织机构和施工人员配备、机械设备的选择、施工进度计划及保证工期措施、各项管理和保证措施、现场临时用电、水设计方案做了充分考虑，突出了其科学性、实用性和经济性。
1.2编制依据
长虹路高压天然气管道工程施工合同；
设计文件及设计相关施工图；
依据国家现行强制性管理条理规定；
《城镇燃气设计规范》GB50028-2004；
《城镇燃气输配工程施工及验收规范》GJJ33-2005；
《输油输气管道线路工程施工及验收规范》SY0401-98。
1.3编制原则
1.3.1方案优化的原则
科学组织，合理安排，优化施工方案是工程施工管理的行动指南。
在施工方案的编制中，对雨水沟、雨污水管线、道路恢复等施工方案综合比选，从而选定一种较好的施工方案。
1.3.2安全第一的原则
在施工组织设计的编制中始终按照技术可靠、措施得力、确保安全的原则确定施工方案。
本工程施工内容主要包括新建雨水沟、雨污水管线和道路恢复，必须在安全措施落实到位、确保万无一失的前提下组织施工。
1.3.3优质高效的原则
加强领导，强化管理，优质高效。
根据我们在施工组织设计中明确承诺的质量目标，贯彻执行质量管理方针，积极推广和使用“四新”技术，确保创优规划和质量目标的实现。
施工中强化标准管理，加强内部核算管理，降低工程成本，提高经济效益。
1.3.4确保工期的原则
根据招标文件对本工程的工期要求，编制科学的、可行的、周密的施工方案，合理安排施工进度，实行网络控制，组织各工序之间的施工顺序，实施进度监控，特别要抓住重点控制工序和部位，确保实现工期目标，满足业主要求。
1.3.5科学配置的原则
根据本工程的工程量大小及各项管理目标的要求，在施工组织上，科学配置施工要素，选派有施工经验的管理人员，组织专业化施工队伍，投入高效先进的施工设备，确保建设资金的周转使用，选用优质材料，确保人、财、物及设备的科学合理配置。
1.3.6合理布局的原则
从合理利用临时占地、便于施工、搞好文明施工等多角度出发，合理调配工程材料进场的行进路线，合理规划办公场所、宿舍、材料堆置以及机械停置的空间布局。
1.4本工程采用的技术规范
《输油输气管道线路工程施工及验收规范》SY0401-98；
《输气管道工程设计规范》GB50251-2003；
《城镇燃气输配工程施工及验收规范》GJJ33-89；
《长输天然气管道清管作业规程》SYT6383-1999；
《燃气钢管通球清扫操作技术规程》；
《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369-2006。
2工程概况
2.1设计参数
①长虹路天然气工程设计规格为直缝焊接钢管D114.3×6，全长约2895米（平面距离）。
设计压力：
1.6MPa（表压，以下同），工作压力：
≤1.5MPa，设计温度：
常温。
②天然气高压管道以道路中心线定位，位于路东，控制在18~25米。
具体情况为：
桩号0+000~0+210、0+435~0+800和1+472~2+895段燃气管道距路中心线18.0米；桩号0+220~0+425和1+337~1+462段燃气管道距路中心线25.0米；桩号1+000~1+330段燃气管道距路中心线20.0米；桩号0+800~1+000段燃气管道距路中心线由18.0渐变至20.0米。
③图中管道桩号以管道实际长度设置；图中所注尺寸除管径和壁厚以毫米为单位外，其它尺寸均以米为单位。
图中标高采用绝对标高。
④管材及附件：
管道选用直缝焊接钢管，材质为L245；高压钢制管件选用专用锻制和弯制的加强管件，设计压力为2.5Mpa。
2.2施工场地条件
本工程线路所在区域属平原地貌，地形较平坦、高差起伏较小。
管道敷设深度内主要地层为第四系冲洪积砂砾土、细粉砂、亚粘土，局部地区有河流沉积，地表植被主要为农田、林地。
2.3实施目标
为了高标准、高质量按期完成该项工程的管道扫线测径施工，本设计的目标分为五个目标分别是：
工程质量目标、工期目标、安全管理目标、文明施工目标、新技术应用目标。
其目标如下：
工程质量目标：
工程的质量必须符合国家现行设计，施工质量验收规范及验收标准，分项工程合格率达到100%，力争达到优良工程。
工期目标：
本工程计划开工日期为*年*月*日，计划竣工日期*年*月*日。
我们本着紧前不紧后的原则，充分利用现代化的网络计划技术及长期积累的一些成功经验进行进度控制，现确定施工工期为2天。
安全管理目标：
本工程必须确保安全施工不发生重大人身伤害事故，不发生火灾事故，不是发生中毒事故，不发生交通事故，重任事故为零，轻伤频率小于千分之一。
建立健全现场安全管理体系，制订现场安全管理制度，加强现场安全监督，针对不同施工时期，不同工程制定相应的安全技术措施，做到“安全第一，预防为主”。
文明施工目标：
施工现场内外整洁，道路通畅，无污染源，物料堆放有序，施工人员衣容整洁，讲文明、讲正气；确保创文明标化工地。
严格执行建设部颁发的施工现场管理规定，科学合理布置和管理整个施工现场。
新技术应用目标：
在工程中推广新技术的使用。
2.4工程的难点、重点说明
在天然气管道下沟回填后进行分段清管。
如果设计有特别要求，管道投产前还应进行站间试压和站间清管，以及输气管道的干燥。
穿（跨）越大中型河流、铁路、二级以上公路、高速公路的管段应单独进行清管和试压。
管道清管、试压及干燥施工前，应编制施工方案，制定安全措施，并充分考虑施工人员及附近公众与设施安全。
清管、试压、干燥作业应统一指挥，并配备必要的交通工具、通信及医疗救护设备。
分段试压前，应采用清管球（器）进行清管，清管次数不应少于两次。
分段清管应设临时清管收发装置，清管接收装置应设置在地势较高的地方，50m内不得有居民和建筑物。
清管前，应确认清管段内的线路截断阀处于全开状态。
（清管时的最大压力不得超过管线设计压力。
）
清管器应适用于管线弯头的曲率半径。
3施工准备
3.1投产程序
天然气管道投产采用氮气置换投产方式进行。
氮气置换投产程序为：
站间清管，站间及站内管道干燥→投产前准备工作→注氮气→管道，场站和阀室的氮气与天然气的置换→全线升压和检漏→向下游用户试供气。
时间证明，在氮气与空气之间和天然气与氮气之间不放置隔离球，混气段的长度要比放置隔离球的小。
3.2工艺设备条件
①所有工艺设施及辅助系统均已按设计施工完毕。
②管道试压、清管和干燥（干燥后管内空气露点在-20℃以下）工作全部完成，有试压、清管和干燥记录，并满足相关标准要求。
③阀室及工艺场站的预留口已加装阀门，并用盲板盲死。
④特种设备、压力容器等已在当地有关部门做了相关的登记备案。
消防、可燃气检测、防雷防静电接地系统已通过地方有关部门验收合格。
⑤管道线路“三桩一牌”已安装到位，线路标识已清晰，管道上方不存在任何违章占压现象。
⑥管线的阴保设施已投用并正常。
⑦消防安全装置、通讯、水、电等已投用。
站内的生活设施已投用。
⑧公司组织的投产前工程验收完毕，具备投产条件。
⑨场站及阀室的放空立管具备使用条件。
⑩工艺场站及阀室的各种设备有醒目的编号和气体流向标识。
3.3其他条件
①生产管理组织机构健全，各岗位人员培训合格，并持证上岗。
②工艺流程、有关规程、制度齐备并上墙。
③投产所需的检测仪器、临时接头等设备准备到位。
④各种必要的设备操作规程和岗位职责完备，并使操作人员掌握其操作。
⑤本投产方案已完成审查并批准下发，投产人员到位且熟练掌握投产程序。
⑥各施工单位组建的保驾抢修队伍、抢修机具配齐到位。
投产前龙潭维抢修中心人员、机具已就位。
⑦投产前进行现场技术培训及技术交底。
⑧对管道沿线群众宣传、告知和相关的管道安全防范工作已进行。
⑨投产所用主要物资、工器具全部到位。
⑩所有操作人员对投产操作实施细则和应急预案进行了演练。
3.4施工准备的基本原则
本着建立一个高效运作的项目管理机构，做到精细管理，确保按程序施工，按标准进行施工全过程管理，争创一流施工水平，实现最佳经济效益的原则。
3.5技术准备
3.6.1施工技术标准、验收规范的准备
根据管道氮气置换工程施工的要求，在开工前配齐能够满足现场施工需求的施工规范及相关的氮气置换技术标准。
3.6.2施工技术方案的编制及施工技术交底
①开工前，依据施工现场现场实际情况编制管道氮气置换施工技术方案，并及时上报监理和业主批准。
②开工前组织有关人员熟悉和掌握管道氮气置换施工技术要求及标准规范的要求。
③由工程技术人员对参与管道氮气置换的施工人员进行详细的技术交底，使所有人员能够明确管道氮气置换的方法、具体的技术要求和质量要求，管道氮气置换过程中的注意事项等。
3.6.3管理文件及资料准备
按照监理总部、业主有关部门制订的关于竣工资料要求，将施工全过程所需的各种施工记录样表（分现场施工记录和竣工资料记录两部分）和质量记录表格准备齐全。
在施工过程中及时准确记录施工作业过程中的各种数据，并请现场监理和业主代表进行签字确认，为后期竣工资料的汇编做充分准备。
3.7物资、人员准备
①物资准备
由建设单位组织设计、监理、施工及有关部门人员，对全线进行全面验收确认，要求所有与线路有关的施工项目内容均达到施工条件，在起点位置准备清管、试压、干燥、置换装置及设备停放场地，落实所涉及的设备和材料，保证在计划时间内及时到场，在管段终点设置好气、液临时排放设施，主要是排出的残留水。
每个放散点检测人员配备含氧量快速测试仪和天然气含量快速测试仪一部、取样袋两个，防爆对讲机二部。
巡线检测员天然气报警仪一部。
根据本工程准备涉及到的设备仪器，可参见下表：
表3-1主要设备及仪器
序号
设备、机具名称
配备数量
备注
1
液氮车
1台
注氮用
2
气焊工具
1套
3
发电、电焊两用机
1台
4
组合式氮气汽化器
1台
将液氮气化
5
发电机
2台
现场供电（1台备用）
6
通信设备
4部
7
压力表
4块
弹簧管型，表盘150mm，
0～10Mpa
8
测氧仪
2台
检测氮气含量
9
甲烷检测仪
2台
检测天然气含量
10
安全警示牌
3个
11
干粉灭火器
手提式5瓶
②施工人员准备
挑选具有丰富理论和实践经验的优秀专业管理人员，在项目经理领导下，分工负责，组织协调各项工作的开展。
3.8施工现场准备
确认管道与站场安装已全部完成，管线前期工作已全部合格，沿线通讯设施可投入使用。
实施充氮保护的人员、设备、机具、材料、监测仪器已到现场。
安装压力表、测量设备；开工前解决施工用电；配备氮气车、发电机和所需材料配备到位。
3.9置换前准备
管线各分段清管、试压、干燥工作已完成，管内达到无积水状态，符合技术及规范设计的要求；各穿越段的单独清管、试压工作已按照规范要求完成，验收合格；管线站间全线已贯通，段间接口的探伤合格，并已按照施工图要求防腐；管线“三桩”齐整，并有准确、详细的“三维”坐标，编制成表格形式备查。
管道经过通球扫线和干燥后，管道内已十分干净、干燥，达到了管线投产的前期条件，但天然气是易燃易爆气体，其爆炸极限为5.3％～15％，直接投产天然气和空气混合达到爆炸极限容易造成事故，为了避免造成不必要的损失，保证天然气在安全的条件下顺利投产，需要在投产前对管中空气进行置换。
此次置换采用惰性气体氮气，能保证天然气在安全的条件下顺利投产。
整个施工期间，各施工单位或业主须安排专业人员、机具，负责各标段的管线的故障维修、抢修。
维修及更换管段须符合相关规范的要求；配合充氮置换工作，提供有关技术数据，并对提供的资料负责，所提供的技术数据应包括且不限于以下部分：
管材的资料，管线走向及线路正确的坐标，清管及试压记录（包括必要的照片），分段清管使用的清管器的有关资料（尺寸、型号、使用数量、厂家信息），清管试压施工记录等。
以上所述及的资料由业主统一收集，并提供给施工单位。
3.10降低成本的措施
确保线路的整体清管、试压、干燥和置换符合技术规范、施工图的要求，严格按照施工方案进行。
完成所有的实验记录、图表和表格，并且由业主及监理的现场签名认可。
施工方案必须告知业主及监理，并经其批准，整个施工过程应由其在现场监督，并对任何计划的变更进行批准。
①冬季施工安排
⑴当地日平均气温低于5℃或最低气温低于-5℃时，进入冬季施工，其施工严格遵照施工技术规范中的冬季施工的有关规定进行施工。
⑵对易受冻的设备，如水、油管做好防寒过冬检查，整修和防护，以保证冬季施工需要。
⑶做好冬季作业的防冻、防滑工作，完善安全设施并加强平时的检查和管理，以保证安全，并做好冬季的防火安全工作。
⑷加强各项温度测量及冬季施工的各项工作，且有专人负责记录、检查。
②雨季施工安排
（1）与气象台保持密切的联系，时刻注意天气预报和天气变化情况，如遇雨天提前采取防雨和雨天施工保障措施，以确保工程施工的正常进行。
（2）合理设备配置，加强施工现场的调配力度，充分利用雨季中的晴天来安排生产。
（3）设置好排水系统，严禁施工场地出现积水现象。
（4）现场所有电器设备（包括总配电箱、配电盘等）一律加设防雨罩，并作好备用设施。
（5）用电设备必须有避雷措施，接地电阻达到规定要求，每月检测一次，发现问题及时改正。
设专人掌握气象信息，及时做出大风，大雨预报，采取相应技术措施，防止发生事故。
禁止在台风、暴雨等恶劣的气候条件下施工。
4置换施工
4.1施工方案
采用氮气间接置换方案：
先用氮气置换管道中的空气，再用天然气置换管道中的氮气，即采用“气推气”的方式。
氮气置换投产程序为：
站间清关、站间及站内管道干燥→投产前准备工作→注氮气→管道、场站和阀室的氮气与天然气的置换→全线升压和检漏→向下游用户试供气。
工艺原理如图所示：
气体流动方向
天然气与空氮气与空气
天然气气混合段氮气混合段空气
天然气开始有含氧量含氧量
99%天然气2-21%21%
天然气含量：
天然气含量：
含氧量：
含氧量开
100%0-100%2%始下降
“气推气”工艺原理
①具体注氮施工方案：
（1）提前一天做好施工前准备（人员熟悉施工现场、技术交底，对个各施工场地设置警示牌、消防器具，对各处阀门编号挂牌），液氮汽化设备连接妥当。
（2）全线施工前进行最后一次确认各检测点和配套安全措施以及相关人员到位。
（3）利用汽化器将液氮加热气化后，选择进口阀门作为注氮口。
（4）开启阀门，通过阀门注氮口注入氮气，确定首末端主控阀门处完全打开状态，启动氮气车开始向管内注入氮气。
氮气的注入流量控制在20Nm3/min，注入温度控制在5℃左右。
②具体置换天然气施工方案：
（1）首站天然气做好准备，天然气注入速度不宜过快也不宜过慢，天然气注入压力应控制在0.2MPa。
（2）通知首末端放空阀开启，然后注入天然气；
（3）在末端放空阀处每隔两分钟，分别检测天然气含量并做记录，一有天然
气经过即应通知场站相关人员，当确认天然气浓度达到98%后认定为混合气头已完全经过，此时管内为合格天然气，关闭放空阀。
（4）在接到末端放空阀检测人员通知后，在支线放空阀处人员检测管内气体变化，通知末端检测人员做好准备，并做记录，当检测到天然气浓度达到98%后确认此段天然气置换合格，关闭阀门。
（5）末端工艺管线检测口人员注意管内气体变化，每隔两分钟检测天然气含量并做记录，当确认天然气浓度达到98%后认定为混合气段已完全经过，此时管内为合格天然气，天然气置换工作完成。
4.2注氮量的计算
本次置换采用“气推气”的置换方式，即利用加热车将液氮加热气化后，直接向管道内充氮气，氮气在管内行走直至完成全线的置换。
本次拟采用全线充氮置换的方案，以末端炼油厂门站排出的气体含氧量≤2％为合格，即充氮完成，对充氮压力不做要求。
（4.1）
式中
——氮气加入量，单位Nm3；
——需要置换段的距离，单位m；
——氮气段的压力（绝压），单位kgf/cm2（公斤力）；
——管道内径，单位m；
——安全系数，无量纲，一般取1.2～1.5。
本工程拟采用全线充氮置换的方案，以末端气体含氧量小于2％为合格，同时考虑到成本问题，所以氮气段的压力理论上绝压为1kgf/cm2（表压为零）即可，但是实际操作中压力很难达到绝压1kgf/cm2（表压为零），此处P近似取1.4kgf/cm2（即表压为0.4kgf/cm2）；施工中前端的氮气空气混合段要放掉，同时气化设备还有一定的损耗，结合以往的施工经验，此处的安全系数μ取1.4。
经计算可得
4.3注氮作业要求及注意事项
注氮封存工艺就是把管道投产所需的氮气全部注入首站与某个截断阀室之间的管段，然后进行氮气置换与天然气置换工艺。
注氮时要打开该截断阀室的放空阀，在阀室上游压力表处每3min检查一次含氧量，时间间隔逐渐缩短。
当检测到氮气—空气混气段气头时，记录时间，继续检测。
当含氧量降至2%时，关闭放空阀，氮气和空气的混合气体已全部放空，注氮工作完成。
为了尽量缩短管道内气体的混气段，使气体在管道内流动过程中处于紊流状态，氮气置换前管道保持0.2MPa空气压力。
①注氮车蒸发器出口必须采用加热装置对氮气进行加热。
②注氮车加热装置氮气出口处应有准确、可靠的温度显示仪表和流量显示仪表。
③注氮车加热装置氮气出口温度范围为5～25℃（注意：
氮气出口温度绝对不能低于5℃）。
投产理论计算时氮气段速度按5m/s计算，氮气段实际速度控制在4.5～5.5m/s之间，确保加热装置出口氮气温度。
④在保证注氮温度的同时，注氮速度应不低于3.0吨液氮/小时。
注氮时如果注氮温度和注氮流量要求不能同时满足时，必须优先保证注氮温度。
⑤液氮纯度在99.95％以上，且其它腐蚀性组分符合要求。
⑥注氮作业现场周围50米范围设警戒区，有明显警戒标志，与注氮作业无关人员严禁入内。
注氮作业人员应佩带标志。
⑦注氮作业人员进入现场前，必须进行安全培训、技术和任务交底，并明确各自职责。
⑧不要触摸液氮低温管线，严格检漏防止冻伤。
⑨保持现场通风，防止液氮大量泄漏造成人员缺氧窒息。
⑩注氮作业完成后，做好现场卫生清理工作。
4.4检验技术措施
①置换期间的检漏方法
（1）用透明宽胶带在φ100以上的法兰连接处缠绕一圈，在胶带侧下方扎一小孔，在小孔处检测有无天然气泄露。
如果透明胶带刚缠上，要等一段时间后再测量。
（2）用肥皂水在可能产生漏气处涂抹，观察是否有气泡产生。
（3）直接用可燃气体检测仪（0～5%）检测各工艺场站、阀室所有密封点有无天然气泄露。
②注氮气头监测的方法：
在放空阀处设立气头监测点。
（1）气与空气混合段气头检测
检测仪检测到含氧量开始从21%下降时，每隔40秒检测1次，连续三次检测结果均不足21%的含氧量时，就认为氮气与空气混气段气头已经到达。
（2）纯氮气气头的检测
检测仪检测到含氧量逐渐下降到2%以下时，每隔40秒检测1次，连续三次检测结果均在2%以下，就认为氮气段气头已经到达。
在线路置换的同时完成阀室工艺管线的氮气置换施工。
4.5升压
4.5.1升压安全要求
升压期间，管线两侧应设置隔离区，非工作人员应远离该区域。
站内升压，应尽量减少现场人员走动。
站内升压，配足必须的维修抢修人员，站内升压过程中，现场应有足够的维抢修人员处于待命状态。
一旦发生泄漏或设备爆裂事故，站内泄漏应立即关闭充压阀门，用放空管放空泄压，严禁打开低压端阀门向下游泄压或通过排污管泄压，同时扩大警戒区域至300米，并按照事故预案处理。
升压过程中严禁用坚硬器物敲击管道及设备。
升压期间，不得用手检测气体泄漏。
4.5.2升压作业
置换结束后，准备对站内进行升压。
确认站场没有置换和氮气封存的区域全部关闭，并进行了有效的隔离。
4.5.3升压检漏
全线天然气置换完成后，继续进气不停输充压，通过控制压力和流量，当线路压力升至1.0MPa、2.0MPa、4.0MPa、6.0MPa时分别进行后系统全面检漏，并作好记录。
4.5.4管线升压期间的检漏措施
管道线路设有投产人员，配备移动电话和防爆对讲机进行可靠的通信联络，上岗前必须接受安全教育后才能从事检测工作。
在升压过程中，线路组人员要在警戒区以外进行观测。
当压力升到检漏压力，停止升压后才允许对管道进行仔细观察。
在升压过程中，投产人员在警戒区外观测时发现有管道破裂的噪音或介质喷出现象，证明在升压中管道有漏
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