人工煤氣轉換天然氣后管道泄漏處理技術

摘 要

摘要：分析了人工煤氣轉換成天然氣后城市燃氣管網中法蘭連接處燃氣泄漏的原因，研發(fā)了對已經出現(xiàn)泄漏和未發(fā)生泄漏的法蘭進行外密封的處理技術和設備，取得了較好的效果。關鍵詞：天
摘要：分析了人工煤氣轉換成天然氣后城市燃氣管網中法蘭連接處燃氣泄漏的原因，研發(fā)了對已經出現(xiàn)泄漏和未發(fā)生泄漏的法蘭進行外密封的處理技術和設備，取得了較好的效果。
關鍵詞：天然氣轉換；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，青島市地下燃氣管道已逾1800km。原來的輸配介質一直是焦爐煤氣。2002年年底，青島市為加強環(huán)境保護，減少大氣污染，引進了潔凈能源——天然氣，并于2003年—-2005年先后分批對約1000km的地下燃氣管網由人工煤氣轉換成了天然氣。天然氣是一種優(yōu)質、高效、清潔、無毒的城市燃氣，天然氣中不含水和煤焦油等雜質。
    原人工煤氣管網轉輸天然氣后的1年左右時間內，運行一直比較平穩(wěn)。然而自2004年冬季起，青島市的燃氣管網運行管理公司發(fā)現(xiàn)已轉換成天然氣的區(qū)域泄漏搶修次數明顯比往年增加許多，在不到3個月的時間內，燃氣管網泄漏搶修近300次。在隨后的2005年冬季燃氣管網泄漏搶修289次，2006年冬季燃氣管網泄漏搶修310次。
    頻繁的燃氣管網泄漏不但帶來了大量的搶修工作量，而且給城市燃氣管網的安全運行帶來巨大隱患。由于許多泄漏點都是輕微泄漏，一般不容易發(fā)現(xiàn)，而且有些泄漏點臨近電纜井、電信井及其他溝渠，泄漏的燃氣容易在這些位置形成積聚，遇到靜電或電火花后會發(fā)生爆炸，引發(fā)嚴重后果。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
    針對人工煤氣轉換成天然氣后管道易泄漏的問題，通過對頻繁出現(xiàn)的燃氣泄漏情況進行匯總分析后發(fā)現(xiàn)，泄漏點主要集中在已經轉換成天然氣的區(qū)域內，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：在青島市早期敷設的燃氣管網中，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。在原來的輸配介質焦爐煤氣中，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。根據相似相溶原理，苯等芳香烴，尤其是苯，對橡膠具有較強的溶解作用。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現(xiàn)。隨著季節(jié)的變換，地下管道會受地溫變化的影響而不斷地收縮或膨脹，進而會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。
    在人工煤氣為介質的管網系統(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，在介質為人工煤氣的管網中，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，對于同樣的管網系統(tǒng)，同樣的壓力級制，輸送介質由人工煤氣轉換成天然氣后，由于天然氣中不含苯等雜質，而原先滲入到墊片的苯族化合物反而會從墊片中析出，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隨之析出，從而導致橡膠墊片收縮變干，甚至會失去或局部失去橡膠的可壓縮性和回彈性。在冬季地下燃氣管網因地溫下降而收縮時，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，導致燃氣在法蘭連接處泄漏。
3 采取的措施
3.1 常規(guī)搶修方法的嘗試
    對于以上原因形成的燃氣泄漏，我們在搶修過程中曾經嘗試過常用的方法，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該可以解決法蘭泄漏的問題。但在實際操作中發(fā)現(xiàn)，這種方法根本不適用上述的燃氣泄漏問題。在冬季管道會隨著溫度的下降而收縮，螺栓本身已經承受了非常大的拉應力，采取強緊螺栓的方法，效果很不明顯。雖然少部分泄漏的法蘭可以暫時通過緊固螺栓而臨時封堵泄漏，但是不久隨著地溫變化還會出現(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，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間長，所需費用高，必須進行停氣作業(yè)等問題。其中最不利的因素就是停氣作業(yè)，停氣作業(yè)會給用戶的用氣安全以及燃氣公司對用戶的服務承諾帶來較大的負面影響。因此，這種方法作為一般的應急搶修處理可以使用，而對于我公司已經轉換成天然氣的管網中約1300處鋼法蘭，難度就非常大或者說非常不可取。
    因此，從保障燃氣用戶的用氣安全和燃氣公司對用戶的服務質量承諾等方面來考慮，應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
    對于鋼法蘭的外密封，我們曾考慮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)只對兩側為直管的法蘭有效，而在燃氣管網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)技術在此無法使用。
    基于對法蘭進行外密封的思想，青島泰能天然氣有限公司還曾采用過哈爾濱燃氣公司使用的在法蘭間隙中注膠的工藝進行法蘭外密封。后來在總結以往燃氣管網運營經驗的基礎上，與上海市華焰燃氣公司等單位合作，研發(fā)了一種用金屬卡具加橡膠圈、橡膠墊片來對鋼法蘭進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行法蘭外密封的具體方法(以下簡稱方法1)是：先清洗法蘭連接處的兩個法蘭外沿表面以及螺栓、螺母上的浮銹，然后用預先制作好的法蘭金屬卡具封閉法蘭的外沿，卡具上有預留的注膠接口。從預留的注膠接口處高壓注入一種半凝固的膠體，來補償法蘭間隙變大后墊片無法回彈而形成的泄漏縫隙。當法蘭的間隙中完全注滿膠體后封好注入口，膠體會逐漸固化，這樣就完成了封堵泄漏點的工作。
    采用預制的金屬卡具和橡膠條、橡膠摯片對法蘭進行外密封的具體方法(以下簡稱方法2)是：根據不同的管徑，預先制作相應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外沿表面以及螺栓、螺母上的浮銹后，先卸下一個法蘭連接螺栓，在螺栓的螺帽處穿上預制好的橡膠墊片，穿過法蘭上的螺栓孔后，加上另一個橡膠墊片再擰緊螺母。采用這種方式逐個卸下法蘭的連接螺栓，在螺栓和螺母處加上預制的橡膠墊片，然后將螺栓緊固到原來的程度，實現(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，從而實現(xiàn)對法蘭外沿間隙的外密封。
   針對以上兩種方法，我們分別在不同管徑的法蘭上進行了試驗，并從安全性能、操作成本、操作的難易程度、操作時間、改造后的效果等方面進行了比較，結果如下。
   采用方法1，對于已經泄漏的法蘭，可以檢驗法蘭是否還泄漏，而對未發(fā)生泄漏的法蘭進行預處理時，無法檢漏。進行該處理后，一旦再發(fā)生泄漏，由于法蘭間隙中注入了膠體，再進行二次處理就非常麻煩。該方法對管網壓力低于0.1MPa的法蘭實施封堵效果較好。
   采用方法2，對已經泄漏的法蘭進行密封或對未泄漏的法蘭進行預密封都可以實施氣密性試驗。隨著地溫的變化，一旦再出現(xiàn)泄漏，可以及時更換橡膠條或螺栓橡膠墊片重新進行封堵。該方法封堵后試驗壓力達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，而且操作時間相對較短，法蘭卡具以及橡膠條均可以批量生產。因此，該方法非常有利于推廣和應用。
4 特殊情況的處理
    ① 由于法蘭標準多，不統(tǒng)一，尤其是閥門的配套法蘭更為明顯。在管網建設中，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。針對這種情況，可以根據法蘭的實際尺寸加工異型卡具和梯形密封條來實現(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現(xiàn)螺栓孔的密封。
    ③ 對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。我們采取了對天然氣進行加濕的處理方法，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運營公司 山東青島 266071)