張兵強，于海安，車志強

(1.山東省中遠天然氣技術服務有限責任公司武漢分公司，安徽安慶 2460002.中國石化川氣東送天然氣管道有限公司，安徽安慶 246000)

長輸管道運行期間如發(fā)生天然氣泄漏極易在局部區(qū)域擴散蔓延，由于天然氣具有易燃易爆、有毒等危險特性，處置不當很容易引發(fā)火災爆炸、中毒等事故。法蘭密封是一種應用最為廣泛的密封結構形式，同時法蘭泄漏在日常運行中是較為常見的。在處理普通的法蘭泄漏時，通?？蓪π孤┨幉扇》趴战祲汉筮M行漏點消除，但當處理與長輸管道干線相連的法蘭泄漏時，停輸并放空干線相應管段，這樣做不但嚴重影響管道的正常運行，而且還勢必會造成大量的資源浪費，放空干線局部管段至少需要放空幾十萬立方米的天然氣[1]。2016年川氣東送某輸氣站場與干線相連的一處法蘭發(fā)生泄漏，對日常生產運行帶來了嚴重的安全隱患，針對這一治理難點制定出合理的堵漏措施尤為重要。

1 泄漏位置及原因分析

川氣東送出現這處法蘭泄漏位置較為特殊，該處法蘭連接為輸氣站場干線越站截斷閥的旁通管路上游球閥與干線管道的結合處(如圖1、圖2)。輸氣站場干線截斷閥的旁通管路管徑為DN250，旁通管路配備上下游球閥，中間設置旋塞閥；同時還設置放空管路，能實現對事故管段緊急放空。該處泄漏現象在法蘭連接處頂端呈現扇形面，泄漏較為明顯，用驗漏液檢漏時出現連續(xù)冒泡現象。

法蘭密封形式一般是依靠其連接螺栓產生的預緊力，通過各種墊片得到足夠的工作密封比壓，來阻止被密封介質的外泄，屬于強制密封范疇[2]。通常情況下，法蘭泄漏形式主要有界面泄漏、滲透泄漏、擴散泄漏以及破壞性泄漏[3]，密封失效的主要原因是受管道沉降應力影響、螺栓壓緊力不足、安裝操作不當、密封材料老化失效、密封墊片選型問題以及溫度壓力變化等因素引起。因此在處理法蘭泄漏時受泄漏因素及泄漏位置影響，縝密分析與合理選擇處置方案至關重要。

圖1 泄漏位置區(qū)域

圖2 法蘭泄漏部位

2 方案對比分析

2.1 帶壓封堵處理

帶壓開孔封堵技術在國內外被廣泛應用于油氣管道維搶修作業(yè)中，此項技術應用成熟，可以對泄漏管段進行局部封堵并且放空泄壓，使用效果良好，適用管徑范圍廣，施工周期短，安全風險小，成本低等特性[4],此項技術在處理川氣東送法蘭泄漏問題時存在明顯缺陷，由于泄漏處法蘭與輸氣干線相連接直管段長度較小，沒有開孔封堵位置，開孔刀無法下刀，作業(yè)場地及操作空間較為狹小，同時帶壓開孔封堵技術任何疏忽都可能引發(fā)重大事故[5]，作業(yè)無法開展實施。因此帶壓開孔封堵作業(yè)技術在處理這一泄漏現象時受操作空間與直管段長度影響無法處理。

川氣東送王振洪等人研制出的一種不停輸帶壓更換高壓縮徑球閥的裝置[6]，在原理上同樣能對泄漏法蘭進行處理修復。針對此處法蘭泄漏點，在正常運行狀態(tài)下旁通管路BV102球閥(如圖1)處于關閉狀態(tài)，BV102球閥下游側相連管路可拆除，將封堵裝置與BV102下游側法蘭連接固定，在高壓密封倉的封閉狀態(tài)下，通過分瓣式橫梁和操縱桿把穿過閥門的封堵頭推送到管道內的封堵位置，通過旋轉操縱桿使封堵頭擠壓膨脹，實現對管道介質壓力的封堵，然后可對泄漏法蘭進行處理修復。目前此項技術是針對DN50球閥及管段，同時還未在現場實際應用，本文介紹的泄漏法蘭相連管道直徑為DN250，管徑明顯增大，封堵難度明顯提高，實施起來存在諸多不確定因素，因此此項技術在封堵大管徑壓力時還需通過實驗檢測。

2.2 碳纖維復合材料修復

碳纖維材料具有高抗拉性能，柔韌性能好，抗腐蝕性強等特點，現被廣泛應用于法蘭泄漏治理，管道損傷補強。在處理法蘭密封泄漏問題時，碳纖維復合材料堵漏修復技術主要是利用在法蘭中縫處填充密封膠劑，再用碳纖維復合材料進行整體包裹纏繞，等復合材料整體固化以后，再在外部進行整體包裹固定[7]。碳纖維復合材料堵漏技術在線處理法蘭泄漏時具有成本低，無需停輸，避免動火作業(yè)降低風險等級，操作靈活等特點[8]，此項技術在西氣東輸多次應用于治理法蘭泄漏，治理效果良好。但是通過治理效果分析，碳纖維復合材料加固技術在處理管線運行壓力7 MPa以下治理時效果較好，特別適用于運行管道法蘭泄漏的預防性治理。本文探討的法蘭泄漏點與輸氣干線相連接，而川氣東送主干線運行壓力往往高于7 MPa,同時碳纖維復合材料的時效性沒有作明確定論，目前大部分廠家給出的建議是3～5年，因此不能把這項處理措施作為永久性處理對待[9]。因此，碳纖維復合材料堵漏修復技術從運行壓力及時效性角度考慮，不建議應用于處理與干線直接相連的法蘭泄漏。

2.3 應力消除緊固法

從泄漏現象來看，本文討論的此處泄漏位于法蘭連接處的頂部位置，且泄漏區(qū)域呈現扇形面，在與干線相連無法泄壓查看密封面失效情況的前提下，可根據泄漏表現作出埋地管道沉降受應力拉扯的假設。工藝埋地管道在運行中受地基、回填土不均勻沉降及地面載荷等因素影響極易造成工藝管道變形彎曲產生泄漏[10]，因此在處理漏點之前應首先對泄漏法蘭相連接的管道進行應力釋放。從工藝流程上分析，此處泄漏點所涉及到的埋地管道是主干線管道與放空管路，大面積開挖對主干線管道及放空管道進行應力釋放，從安全性與經濟性出發(fā)點考慮不切實際。從圖1中可以看出泄漏點處于旁通管路，而旁通管路同時與放空管路相連，并且在正常運行狀態(tài)下放空管路為不帶壓狀態(tài)，在進行應力釋放時可通過放空管路來實施。拆卸掉放空閥CV101與放空管路法蘭連接螺栓，查看CV101與放空管路法蘭之間的錯位情況，同時對地面以上放空管路進行切割，根據實際錯位情況降低或延長放空管路長度以消除應力。

正常作業(yè)情況下嚴禁帶壓緊固連接部件，本文探討的法蘭泄漏點與主干線相連，放空主干線壓力會導致干線停輸，嚴重影響正常生產運行，因此在應力消除后，可根據文獻[11]中規(guī)定修理及帶壓密封安全要求：“出現緊急泄漏需進行帶壓密封時，使用單位應當按照設計規(guī)定提出有效的操作要求和防護措施，并且經過使用單位安全管理負責人批準?！眳⒄丈鲜鲆罂蓪π孤c的法蘭連接螺栓用G形卡具(如圖3)采取局部加固做好安全防范措施，逐一對每一根螺栓重新緩慢緊固，緊固螺栓時要對角緊固，確保受力均勻，通過重新緊固螺栓消除由應力引起螺栓松動變形帶來的泄漏問題。如通過應力消除緊固法依然不能消除泄漏，可排除掉受應力因素引起泄漏，后續(xù)可采取其他封堵措施。

圖3 G形卡具

2.4 卡具封堵技術

卡具封堵技術是帶壓封堵技術的重要組成部分之一，是加裝在泄漏缺陷的外部與泄漏部位的部分外表面共同組成新的密封空腔的金屬構件[12]。在處理法蘭泄漏問題時，使用高壓卡具進行封堵一般將卡具設計成卡環(huán)式夾具[13]，同時卡具也需要根據實際情況提前設計，使卡具與法蘭外表面相匹配。由于在進行卡具封堵時要求裝配面平整度極高，當泄漏法蘭外表面同心同軸度不一致時，應首先考慮應力因素影響，消除應力使法蘭外表面同心同軸度相一致，并且對法蘭外表面進行清潔打磨，確保無銹蝕雜質，進而使卡具與法蘭接觸面密封良好。作為當前使用最為廣泛的一種新興堵漏技術，卡具封堵技術是利用液壓工具人為作用下將密封膠劑強行注入所構建密封腔體內[14]，因此封堵卡具的設計強度、剛度以及吻合性要嚴格符合要求，安裝時接觸面確保嚴密，同時在注膠操作時要根據管道內部壓力，合理調整注入密封膠劑的壓力[7]。

3 方案確定及效果

通過上述對與輸氣干線相連法蘭泄漏處置方案措施的探討分析，針對川氣東送某輸氣站場對應的法蘭泄漏案例，對泄漏處采取了應力消除緊固法應對措施，作業(yè)之前認真編寫作業(yè)方案，提前做好突發(fā)緊急事件應急處置措施，加強作業(yè)風險識別和過程控制，作業(yè)時拆卸掉放空閥CV101與放空管路法蘭連接螺栓，查看CV101與放空管路法蘭之間存在明顯錯位，放空管路有明顯下沉現象。針對這一現象對地面以上放空管路進行切割，重新焊接加長消除應力影響，在做好防范措施后對螺栓重新緊固，確保在不影響干線停輸的前提下成功消除了泄漏點，消除了站場安全隱患，確保輸氣站場安全生產平穩(wěn)運行。

4 結語

當高壓長輸管道與干線相連的法蘭泄漏時，鑒于以上對各技術方案探討分析研究，筆者認為應注意以下幾點：①在處理干線相連法蘭泄漏時，如受作業(yè)空間、需要開孔封堵的管段較短以及風險等級等因素影響，不建議采取帶壓封堵作業(yè)開展實施；②受干線管內運行壓力和時效性所限，如采取碳纖維復合材料封堵修復技術治理效果不佳，起不到一勞永逸的效果；③采取緊固法與卡具封堵技術處理干線相連法蘭泄漏時，都應首先消除管段沉降引起的應力作用，并且在實施緊固法時做好法蘭局部加固防范措施，制定應急預案；④運行過程管理的核心是按照管道完整性管理的要求實施管理，發(fā)生泄漏要及時解決處理，消除隱患，并對維修后的作業(yè)點建立隱患整改記錄，后續(xù)做好監(jiān)控觀察工作。

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