人工煤氣轉(zhuǎn)換天然氣后管道泄漏處理技術(shù)

摘 要

摘要：分析了人工煤氣轉(zhuǎn)換成天然氣后城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中法蘭連接處燃?xì)庑孤┑脑?，研發(fā)了對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)泄漏和未發(fā)生泄漏的法蘭進(jìn)行外密封的處理技術(shù)和設(shè)備，取得了較好的效果。關(guān)鍵詞：天
摘要：分析了人工煤氣轉(zhuǎn)換成天然氣后城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中法蘭連接處燃?xì)庑孤┑脑?，研發(fā)了對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)泄漏和未發(fā)生泄漏的法蘭進(jìn)行外密封的處理技術(shù)和設(shè)備，取得了較好的效果。
關(guān)鍵詞：天然氣轉(zhuǎn)換；管道泄漏；法蘭外密封
Treatment Technology of Pipeline Leakage after Conversion from Manufactured Gas to Natural Gas
YANG Jing，LI Hua-zhang
Abstract：The reasons for gas leakage at flange joints of city gas network after conversion from manufactured gas to natural gas are analyzed.The treatment technology and device for external sealing of flange joints where leakage or no leakage occurs are developed，with good results.
Key words：natural gas conversion；pipeline leakage；external sealing of flange
1 概述
    目前，青島市地下燃?xì)夤艿酪延?800km。原來的輸配介質(zhì)一直是焦?fàn)t煤氣。2002年年底，青島市為加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，減少大氣污染，引進(jìn)了潔凈能源——天然氣，并于2003年—-2005年先后分批對(duì)約1000km的地下燃?xì)夤芫W(wǎng)由人工煤氣轉(zhuǎn)換成了天然氣。天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔、無毒的城市燃?xì)猓烊粴庵胁缓兔航褂偷入s質(zhì)。
    原人工煤氣管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸天然氣后的1年左右時(shí)間內(nèi)，運(yùn)行一直比較平穩(wěn)。然而自2004年冬季起，青島市的燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行管理公司發(fā)現(xiàn)已轉(zhuǎn)換成天然氣的區(qū)域泄漏搶修次數(shù)明顯比往年增加許多，在不到3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏搶修近300次。在隨后的2005年冬季燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏搶修289次，2006年冬季燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏搶修310次。
    頻繁的燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏不但帶來了大量的搶修工作量，而且給城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行帶來巨大隱患。由于許多泄漏點(diǎn)都是輕微泄漏，一般不容易發(fā)現(xiàn)，而且有些泄漏點(diǎn)臨近電纜井、電信井及其他溝渠，泄漏的燃?xì)馊菀自谶@些位置形成積聚，遇到靜電或電火花后會(huì)發(fā)生爆炸，引發(fā)嚴(yán)重后果。因此，分析泄漏原因并制定合適的解決方案是亟待研究的問題。
2 原因分析
    針對(duì)人工煤氣轉(zhuǎn)換成天然氣后管道易泄漏的問題，通過對(duì)頻繁出現(xiàn)的燃?xì)庑孤┣闆r進(jìn)行匯總分析后發(fā)現(xiàn)，泄漏點(diǎn)主要集中在已經(jīng)轉(zhuǎn)換成天然氣的區(qū)域內(nèi)，而且大部分是在閥門井或鋼制中壓凝水缸的連接法蘭處。發(fā)生這類問題的主要原因是：在青島市早期敷設(shè)的燃?xì)夤芫W(wǎng)中，閥門前后的法蘭連接處一般采用的是耐油橡膠墊片，其主要成分為丁腈橡膠。在原來的輸配介質(zhì)焦?fàn)t煤氣中，除H2、C0、CH4等主要成分外，還含有一定量的水、煤焦油以及苯類芳香烴等雜質(zhì)。根據(jù)相似相溶原理，苯等芳香烴，尤其是苯，對(duì)橡膠具有較強(qiáng)的溶解作用。因此，原法蘭連接處橡膠墊片由于常年與人工煤氣接觸，墊片中的橡膠就會(huì)不斷地吸收人工煤氣中的苯。
    管道中法蘭密封通過法蘭間的墊片來實(shí)現(xiàn)。隨著季節(jié)的變換，地下管道會(huì)受地溫變化的影響而不斷地收縮或膨脹，進(jìn)而會(huì)造成連接管道及附件的法蘭的間隙在管道脹縮過程中不斷地發(fā)生變化，雖然這種間隙的變化很小，但是在客觀上存在。在法蘭間隙的變化過程中，要實(shí)現(xiàn)法蘭的密封就需要法蘭之間的墊片具有一定的可壓縮性和回彈性。
    在人工煤氣為介質(zhì)的管網(wǎng)系統(tǒng)中，法蘭墊片中的橡膠由于吸收了人工煤氣中的苯而溶解變得膨脹。這種膨脹了的橡膠墊片，在人工煤氣管網(wǎng)中作為法蘭密封墊片，并不失去可壓縮性和回彈性。因此，在介質(zhì)為人工煤氣的管網(wǎng)中，這種膨脹的法蘭墊片的密封作用還有效，輸送人工煤氣時(shí)并沒有出現(xiàn)閥門井和鋼制中壓凝水缸的連接法蘭處泄漏的現(xiàn)象。
    然而，對(duì)于同樣的管網(wǎng)系統(tǒng)，同樣的壓力級(jí)制，輸送介質(zhì)由人工煤氣轉(zhuǎn)換成天然氣后，由于天然氣中不含苯等雜質(zhì)，而原先滲入到墊片的苯族化合物反而會(huì)從墊片中析出，而且苯族化合物溶解了橡膠中主要成分——丁腈橡膠，在苯族化合物從墊片中析出的過程中，被溶解的丁腈橡膠也會(huì)隨之析出，從而導(dǎo)致橡膠墊片收縮變干，甚至?xí)セ蚓植渴ハ鹉z的可壓縮性和回彈性。在冬季地下燃?xì)夤芫W(wǎng)因地溫下降而收縮時(shí)，法蘭之間的間隙變大，而橡膠墊片由于干縮失去了彈性，無法隨法蘭間隙變大而回彈，或者墊片變形不均勻，導(dǎo)致燃?xì)庠诜ㄌm連接處泄漏。
3 采取的措施
3.1 常規(guī)搶修方法的嘗試
    對(duì)于以上原因形成的燃?xì)庑孤?，我們?cè)趽屝捱^程中曾經(jīng)嘗試過常用的方法，然而效果都不好。
   ① 緊固螺栓
   按照常理，采用緊固螺栓壓緊橡膠墊片的方法應(yīng)該可以解決法蘭泄漏的問題。但在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，這種方法根本不適用上述的燃?xì)庑孤﹩栴}。在冬季管道會(huì)隨著溫度的下降而收縮，螺栓本身已經(jīng)承受了非常大的拉應(yīng)力，采取強(qiáng)緊螺栓的方法，效果很不明顯。雖然少部分泄漏的法蘭可以暫時(shí)通過緊固螺栓而臨時(shí)封堵泄漏，但是不久隨著地溫變化還會(huì)出現(xiàn)泄漏；還有一部分法蘭根本無法靠緊固螺栓的方法來封堵泄漏。因此，這種方法治標(biāo)而不治本。
   ② 更換新的法蘭墊片
   在無法靠緊固螺栓的方法來封堵泄漏時(shí)，只能采取更換新的法蘭墊片重新密封或斷管拆除凝水缸后采用管件短接的方法。這種方法在實(shí)際操作過程中也遇到了問題。無論是更換法蘭墊片還是廢除凝水缸采用管件短接均存在操作時(shí)間長，所需費(fèi)用高，必須進(jìn)行停氣作業(yè)等問題。其中最不利的因素就是停氣作業(yè)，停氣作業(yè)會(huì)給用戶的用氣安全以及燃?xì)夤緦?duì)用戶的服務(wù)承諾帶來較大的負(fù)面影響。因此，這種方法作為一般的應(yīng)急搶修處理可以使用，而對(duì)于我公司已經(jīng)轉(zhuǎn)換成天然氣的管網(wǎng)中約1300處鋼法蘭，難度就非常大或者說非常不可取。
    因此，從保障燃?xì)庥脩舻挠脷獍踩腿細(xì)夤緦?duì)用戶的服務(wù)質(zhì)量承諾等方面來考慮，應(yīng)該采取在不停氣或盡量少停氣的情況下解決法蘭泄漏問題的方法。
3.2 法蘭外密封方法
    對(duì)于鋼法蘭的外密封，我們?cè)紤]過采用在自來水搶修中常用的哈夫節(jié)加大尺寸后將法蘭包于其中。但由于哈夫節(jié)只對(duì)兩側(cè)為直管的法蘭有效，而在燃?xì)夤芫W(wǎng)中的法蘭主要用于管道與閥門和管道與凝水缸之間的連接，這兩種情況都是直管通過法蘭與外形不規(guī)則的閥體或凝水缸體連接，因此，哈夫節(jié)技術(shù)在此無法使用。
    基于對(duì)法蘭進(jìn)行外密封的思想，青島泰能天然氣有限公司還曾采用過哈爾濱燃?xì)夤臼褂玫脑诜ㄌm間隙中注膠的工藝進(jìn)行法蘭外密封。后來在總結(jié)以往燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，與上海市華焰燃?xì)夤镜葐挝缓献?，研發(fā)了一種用金屬卡具加橡膠圈、橡膠墊片來對(duì)鋼法蘭進(jìn)行外密封的處理方法。這兩種方法均取得了良好的效果。
    在法蘭間隙中注膠進(jìn)行法蘭外密封的具體方法(以下簡(jiǎn)稱方法1)是：先清洗法蘭連接處的兩個(gè)法蘭外沿表面以及螺栓、螺母上的浮銹，然后用預(yù)先制作好的法蘭金屬卡具封閉法蘭的外沿，卡具上有預(yù)留的注膠接口。從預(yù)留的注膠接口處高壓注入一種半凝固的膠體，來補(bǔ)償法蘭間隙變大后墊片無法回彈而形成的泄漏縫隙。當(dāng)法蘭的間隙中完全注滿膠體后封好注入口，膠體會(huì)逐漸固化，這樣就完成了封堵泄漏點(diǎn)的工作。
    采用預(yù)制的金屬卡具和橡膠條、橡膠摯片對(duì)法蘭進(jìn)行外密封的具體方法(以下簡(jiǎn)稱方法2)是：根據(jù)不同的管徑，預(yù)先制作相應(yīng)的金屬法蘭卡具以及相配套的橡膠條和橡膠摯片。在清洗掉法蘭連接處的兩個(gè)外沿表面以及螺栓、螺母上的浮銹后，先卸下一個(gè)法蘭連接螺栓，在螺栓的螺帽處穿上預(yù)制好的橡膠墊片，穿過法蘭上的螺栓孔后，加上另一個(gè)橡膠墊片再擰緊螺母。采用這種方式逐個(gè)卸下法蘭的連接螺栓，在螺栓和螺母處加上預(yù)制的橡膠墊片，然后將螺栓緊固到原來的程度，實(shí)現(xiàn)連接法蘭的螺栓孔的外密封。在兩片法蘭片的間隙處放入一根預(yù)制的橡膠條繞法蘭間隙1周，將橡膠條拉緊后，采用一種特制的膠將橡膠條的兩端粘結(jié)在一起。然后在塞入橡膠條的法蘭外部用金屬卡具將橡膠條局部壓入法蘭的間隙中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)法蘭外沿間隙的外密封。
   針對(duì)以上兩種方法，我們分別在不同管徑的法蘭上進(jìn)行了試驗(yàn)，并從安全性能、操作成本、操作的難易程度、操作時(shí)間、改造后的效果等方面進(jìn)行了比較，結(jié)果如下。
   采用方法1，對(duì)于已經(jīng)泄漏的法蘭，可以檢驗(yàn)法蘭是否還泄漏，而對(duì)未發(fā)生泄漏的法蘭進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，無法檢漏。進(jìn)行該處理后，一旦再發(fā)生泄漏，由于法蘭間隙中注入了膠體，再進(jìn)行二次處理就非常麻煩。該方法對(duì)管網(wǎng)壓力低于0.1MPa的法蘭實(shí)施封堵效果較好。
   采用方法2，對(duì)已經(jīng)泄漏的法蘭進(jìn)行密封或?qū)ξ葱孤┑姆ㄌm進(jìn)行預(yù)密封都可以實(shí)施氣密性試驗(yàn)。隨著地溫的變化，一旦再出現(xiàn)泄漏，可以及時(shí)更換橡膠條或螺栓橡膠墊片重新進(jìn)行封堵。該方法封堵后試驗(yàn)壓力達(dá)0.6MPa，效果依然很好。
   通過比較，發(fā)現(xiàn)采用在法蘭間隙中壓入橡膠條的方法在安全性能、可操作性以及操作成本等方面均具有一定的優(yōu)勢(shì)，而且操作時(shí)間相對(duì)較短，法蘭卡具以及橡膠條均可以批量生產(chǎn)。因此，該方法非常有利于推廣和應(yīng)用。
4 特殊情況的處理
    ① 由于法蘭標(biāo)準(zhǔn)多，不統(tǒng)一，尤其是閥門的配套法蘭更為明顯。在管網(wǎng)建設(shè)中，往往大外徑和小外徑的法蘭安裝連接在一起，這種現(xiàn)象給法蘭間隙的外密封帶來一定的難度。針對(duì)這種情況，可以根據(jù)法蘭的實(shí)際尺寸加工異型卡具和梯形密封條來實(shí)現(xiàn)外密封。
    ② 由于施工因素造成連接法蘭的螺栓孔少量錯(cuò)位或連接螺栓直徑比螺栓孔直徑小很多等問題，給螺栓孔的密封帶來一定難度。針對(duì)這種現(xiàn)象，可以增加相配套的螺栓橡膠墊片的規(guī)格或更換合適的螺栓來實(shí)現(xiàn)螺栓孔的密封。
    ③ 對(duì)于承插接口的鑄鐵管道接口泄漏的問題，其形成原因和法蘭泄漏的形成原因基本相同。我們采取了對(duì)天然氣進(jìn)行加濕的處理方法，已初見成效。
 
(本文作者：楊靜 李華章 泰能天然氣有限公司管網(wǎng)運(yùn)營公司 山東青島 266071)