大口徑長輸天然氣管道閥室引壓管卡套失效的危害及處理技術(shù)

摘 要

摘要：在介紹引壓管卡套連接的結(jié)構(gòu)和密封原理的基礎(chǔ)上，分析了引壓管卡套失效的原因：①施工方人員在施工過程中沒有按操作規(guī)程操作；②施工方人員不了解引壓管卡套的結(jié)構(gòu)原理，將前后
摘要：在介紹引壓管卡套連接的結(jié)構(gòu)和密封原理的基礎(chǔ)上，分析了引壓管卡套失效的原因：①施工方人員在施工過程中沒有按操作規(guī)程操作；②施工方人員不了解引壓管卡套的結(jié)構(gòu)原理，將前后卡套的順序裝反或是將前后卡套的各自方向裝反；③后卡套位置安裝不正確。指出了引壓管卡套失效的危害：會造成氣體泄漏的突發(fā)事件，容易引發(fā)燃燒、爆炸、干線停輸、閥室內(nèi)設(shè)備損壞、環(huán)境污染等事故。并由此制訂了相應(yīng)的處理流程，提出了引壓管卡套失效處理作業(yè)的關(guān)鍵措施、技術(shù)要求及HSE要求。運用實例表明，“川氣東送”管道應(yīng)用此項技術(shù)對所有閥室引壓管卡套進行整改后，運行良好，其一次檢查合格率為100%。
關(guān)鍵詞：大口徑長輸天然氣管道；引壓管；卡套；失效；泄漏；措施；技術(shù)要求；HSE
目前國內(nèi)大口徑長輸天然氣管道“西氣東輸”和“川氣東送”管道的閥室引壓管都采用了卡套式管接頭連接。閥室內(nèi)的線路截斷閥共有3根引壓管，其中1根安裝在截斷閥的下游，用于檢測主干線的壓力，此引壓管稱為壓力信號檢測管；另外2根稱為動力引壓管，分別安裝在截斷閥的上下游，為氣液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)提供動力氣源。
1 引壓管卡套的結(jié)構(gòu)
卡套式管接頭結(jié)構(gòu)較為簡單，由接頭體、前、后卡套和螺母組成(圖1)?？ㄌ资焦芙宇^的工作原理是利用鋼管插入卡套內(nèi)，利用卡套螺母鎖緊，抵觸卡套，切入管道而起到密封作用。

2 引壓管卡套式管接頭的特點
2.1 引壓管卡套式管接頭的優(yōu)點
1) 結(jié)構(gòu)簡單，密封性能可靠，使用方便，制作精良，外形輕巧美觀叫。
2) 不用加墊圈，節(jié)省材料，反復(fù)裝拆性能好。
    3) 不用焊接，不存在管道焊接雜質(zhì)對系統(tǒng)性能的影響。
2.2 卡套式管接頭在安裝中的問題
    1) 安裝過程用力過猛，卡套刃口易咬傷管壁，降低引壓管的承壓能力。
    2) 卡套安裝不到位，易導(dǎo)致卡芯變形失效，造成天然氣泄漏。
    3) 前卡套套入管口過短(小于2mm)，易導(dǎo)致卡套脫落。
    4) 安裝過程中易將前、后卡套裝反或漏裝，導(dǎo)致引壓管蹦出。
3 引壓管卡套失效的危害
    在輸氣管道的生產(chǎn)運行中，一旦引壓管卡套失效，處置不當(dāng)將會造成嚴重后果，主要有以下危害：①安裝過程如果用力過猛，卡套刃口會咬傷管壁，降低引壓管的承壓能力，容易導(dǎo)致引壓管破裂；②如果安裝不正確，易導(dǎo)致引壓管連接處密封不嚴或卡套脫落，導(dǎo)致引壓管蹦出。這兩種情況都會造成氣體泄漏的突發(fā)事件，容易引發(fā)以下事故。
    1) 引起燃燒爆炸事故。引壓管脫落的瞬間，管內(nèi)的高壓天然氣會將引壓管瞬間打彎、彈射到周圍，如果引壓管彈射到周圍金屬設(shè)備儀器上，碰撞產(chǎn)生的火花會引發(fā)燃燒爆炸事故的發(fā)生。
    2) 天然氣大量泄漏，引起干線的停輸。管道正常運行時，引壓管與主管線相通，一般承壓6～9MPa。一旦引壓管失效，管內(nèi)天然氣會立即向外大量噴射，操作人員很難靠近關(guān)斷引壓管的一次閥，必須將兩閥室間管段放空、降壓后才能處理卡套失效故障。
    3) 引壓管密封不嚴易造成閥室內(nèi)天然氣聚集，濃度達到天然氣爆炸極限(體積分數(shù)為5%～15%)時，如遇到雷雨天氣的閃電以及移動火源會引起爆炸事故的發(fā)生[2]。
    4) 天然氣噴射造成閥室內(nèi)設(shè)備的損壞。引壓管卡套失效的一瞬間，大量高壓氣體從引壓管內(nèi)噴出，噴到周圍的儀器設(shè)備上，會對儀器設(shè)備造成不同程度的破壞。
    5) 天然氣大量泄漏，造成環(huán)境污染。
4 以“川氣東送”管道為例統(tǒng)計的引壓管卡套失效情況
    “川氣東送”管道閥室曾經(jīng)發(fā)生過引壓管卡套失效事件，當(dāng)時閥室內(nèi)線路截斷閥上游動力氣源引壓管與執(zhí)行機構(gòu)三通閥卡套脫離，承受7.8MPa高壓的引壓管瞬間與一次閥連接斷開，引壓管被打彎，天然氣大量泄漏。
    為了防止類似事件的再次發(fā)生，“川氣東送”管道對沿線所轄閥室共564處引壓管卡套進行了拆解排查。排查范圍包括氣液聯(lián)動執(zhí)行機構(gòu)上下游動力氣源引壓管、壓降速率引壓管、壓力變送器引壓管和絕緣接頭引壓管4個地方。表1為引壓管卡套失效隱患排查問題匯總表。

5 引壓管卡套失效原因分析及處理工作流程
5.1 引壓管卡套失效的原因
    引壓管卡套失效的原因主要在于施工安裝人員的不當(dāng)操作，歸結(jié)起來有以下3點[3]：
    1) 施工方人員在施工過程中沒有按操作規(guī)程操作。
    2) 施工方人員不了解引壓管卡套的結(jié)構(gòu)原理，將前后卡套的順序裝反或是將前后卡套的各自方向裝反。
    3) 后卡套位置安裝不正確。
5.2 引壓管卡套失效的處理流程
    在對隱患原因進行全面統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，制訂了嚴格的引壓管卡套失效處理技術(shù)方案。引壓管卡套失效處理工作流程圖如圖2所示。
 

6 引壓管卡套失效處理作業(yè)的關(guān)鍵措施及技術(shù)要求
6.1 引壓管卡套失效處理關(guān)鍵措施
    1) 準備好拆裝閥室引壓管卡套的工具，包括250mm和300mm的活動銅質(zhì)防爆扳手(各1個)、擦機布、黃油、防爆敲擊扳手、便攜式可燃性氣體檢測儀和正壓式空氣呼吸器等。
    2) 閥室屬于受限空間，在進入閥室前，操作人員穿戴好勞動保護用品，戴好安全帽，先用便攜式可燃氣體檢測儀檢測閥室內(nèi)氣體的濃度是否超標(biāo)，確認可燃性氣體未超標(biāo)后，操作人員和監(jiān)護人員進入閥室。
   3) 對閥室執(zhí)行機構(gòu)進行斷電，待確認斷電后，放空ESDV101儲氣罐內(nèi)的氣體(氣體通過閥室放空管線排至閥室外的大氣中)。
   4) 儲氣罐內(nèi)氣體散盡后，首先關(guān)閉引壓管兩端的閥門，確認閥門關(guān)閉后，進行引壓管拆卸。操作過程中，輕拿輕放扳手，嚴禁敲擊地面、設(shè)備及管線，擰動卡套帽時，應(yīng)緩慢操作，聽到有氣體泄出時，停止拆卸，待引壓管內(nèi)氣體完全泄出后，再完全拆卸卡套帽，取下引壓管。若一端引壓管卡套帽處擰動后氣體無法泄出，則將此引壓管卡套帽重新擰緊，再擰動另一端引壓管卡套帽進行氣體放空。
   5) 引壓管拆除后，對卡套帽、大小卡芯和卡座進行檢查，用擦機布把大小卡芯、卡帽和卡座擦拭干凈。對合格的引壓管卡套連接進行重新安裝，不合格的引壓管卡套連接需要更換前后卡套。
   6) 當(dāng)引壓管外壁劃痕嚴重導(dǎo)致后卡套不能緊緊切入管壁，或者引壓管由于配管不適無法垂直插入雙接頭內(nèi)錐孔時，必須更換此管段的引壓管。
   7) 引壓管卡套重新安裝后，緩慢打開閥門進行通氣，用肥皂水進行檢漏。若存在氣體泄漏現(xiàn)象，則對泄漏處重新用扳手進行擰緊，直至氣體泄露現(xiàn)象消除。
   8) 上述操作合格后對執(zhí)行機構(gòu)恢復(fù)供電。
   9) 待恢復(fù)閥室正常通氣流程后，對閥室內(nèi)所有流程進行檢查，確定一切正常后，如實記錄排查處理情況，作為重要技術(shù)參考資料。
6.2 引壓管卡套失效處理技術(shù)要求
6.2.1人員要求
   引壓管卡套失效隱患治理技術(shù)人員須接受必要的專業(yè)培訓(xùn)，并具有管道運行方面的工作經(jīng)驗。
6.2.2設(shè)備工具要求
   引壓管卡套失效處理中所有設(shè)備工具都經(jīng)過有關(guān)專業(yè)技術(shù)部門的檢驗并取得合格證，具備在高壓管線和密閉閥室空間等條件下使用的資質(zhì)[4]。
6.2.3操作要求
   1) 拆下引壓管后將其所帶24。錐口的前卡套和后卡套拆下。此步驟中尤其需要注意的是確保在拆卸卡套過程中不得損壞管壁。拆卸的順序是先用外力拆下帶24°錐口的接頭體，然后再拆下卡套。
   2) 檢查引壓管與整個管路的整體裝配吻合程度，保證引壓管垂直連接時雙接頭垂直插入雙接頭的錐碗內(nèi)。此步驟可通過調(diào)整引壓管的彎度或必要時重新配管來達到要求。引壓管的配管過程建議使用手動割刀來切斷鋼管，這樣可以保證管段的端面不需要太多的修理，操作中要去掉端面毛刺并倒角0.2×45°，同時保證鋼管端面與軸線垂直度小于0.5°。
    3) 安裝卡套及帶24°錐口的接頭體后進行預(yù)裝配。首先去掉管接頭各零件表面的防銹油并清洗干凈，在卡套刃口、螺紋及各接觸部位涂少量潤滑油，然后將螺母、卡套、帶24°錐口的接頭體按先后順序套在管子上，抓住引壓管并使端面與接頭體臺階保持2mm左右的間隙，擰緊螺母，保證鋼管不跟轉(zhuǎn)，擰1.3～1.5轉(zhuǎn)后，再卸下螺母并檢查卡套切入情況。此步驟完成后要求卡套牢牢卡在管壁上，卡套和帶24°錐口的接頭體不得有松動現(xiàn)象，引壓管端面距離帶24。錐口接頭體的環(huán)狀錐底處3～6mm。
    4) 裝配卡套。引壓管垂直插入雙接頭內(nèi)錐孔，卡套塞在雙接頭內(nèi)錐面與管子形成的間隙內(nèi)，擰緊螺母使卡套刃口切入管子完成裝配。此步驟中要注意的是引壓管一定要保證垂直插入雙接頭內(nèi)錐孔，這樣剛開始擰緊螺母時只需用手擰即可，等到螺母擰緊開始帶力時可用扭力扳手進行操作，根據(jù)廠家提供的扭力數(shù)據(jù)設(shè)定扭力扳手，然后上緊螺母。
7 引壓管卡套失效處理作業(yè)的HSE要求
    1) 作業(yè)人員應(yīng)帶好防護眼鏡，穿戴好勞動保護用品，準備好空氣呼吸器，以便可燃氣體或有毒氣體濃度過高時及時撤離[5]。
    2) 確認閥門關(guān)閉后，方可進行引壓管拆卸。在整個處理過程中，所用工具必須是防爆工具，工器具輕拿輕放，嚴禁野蠻施工，至少有1名安全監(jiān)管人員監(jiān)管整個施工過程[5]。
    3) 擰動卡套帽時，拆卸人員要側(cè)身進行拆卸，不能正對引壓管或?qū)㈩^部伸向引壓管上方。拆卸過程中，應(yīng)緩慢擰動螺母，防止引壓管內(nèi)氣體噴出傷人，操作過程中，嚴禁交叉作業(yè)。
    4) 若對多根引壓管進行拆卸或需要對其他設(shè)備進行隱患排查時，拆卸1根引壓管后，用可燃氣體檢測儀檢測氣體濃度。若氣體濃度超過正常作業(yè)濃度時，閥室所有人員應(yīng)撤出閥室，待氣體濃度降低后，再進入閥室拆卸其他引壓管或檢修其他設(shè)備。
8 效果評價
    1) 復(fù)查結(jié)果統(tǒng)計顯示，“川氣東送”管道所有閥室引壓管卡套經(jīng)過更換正確安裝后，都運行良好，檢查一次合格率為100%。
2) “川氣東送”管道閥室引壓管卡套整改后，經(jīng)過半年多時間的運行考驗，引壓管工作全部正常，未發(fā)生引壓管卡套失效事件。
參考文獻
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(本文作者：方舒東 王坤 康濱 解應(yīng)濤 中國石油化工集團公司天然氣分公司川氣東送管道宜昌維搶修中心)