管道泄漏注脂嘴帶壓更換裝置的開發(fā)及應(yīng)用

王振洪，陳保燕，張歡歡

中石化天然氣分公司川氣東送管道分公司，浙江嘉興314000

管道泄漏注脂嘴帶壓更換裝置的開發(fā)及應(yīng)用

王振洪，陳保燕，張歡歡

中石化天然氣分公司川氣東送管道分公司，浙江嘉興314000

專利號：201420021690.4

天然氣長輸管道在運行過程中，天然氣容易在閥門注脂嘴處泄漏，造成大的安全隱患。為了妥善解決這類問題，通過研究、設(shè)計和多次試驗改進(jìn)后，成功開發(fā)出一套操作簡單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實用的帶壓在線更換泄漏注脂嘴裝置。該裝置主要是參照帶壓開孔機(jī)的工作原理，采用引流降壓技術(shù)，模擬人工拆裝普通螺栓的方法研制而成，可以在不停輸?shù)那闆r下在線更換泄漏的注脂嘴。整個裝置主要由帶隔離球閥的主體部分、套筒操作桿、固定索具、泄壓放空管四部分構(gòu)成，文章介紹了該裝置的使用方法及其成功應(yīng)用情況。

天然氣長輸管道；閥門注脂嘴；泄漏；帶壓更換；裝置

0 引言

2013年1月10日在巡檢過程中，某天然氣長輸管道丁村閥室閥門注脂嘴發(fā)生泄漏，當(dāng)即采取注清洗液的方法，試圖解決泄漏問題，但注完清洗液后，取下注脂槍時，注脂嘴泄漏量反而增大，經(jīng)現(xiàn)場人員多次安裝，注脂嘴壓蓋仍安裝不成功，因而只好暫時掛上注脂槍頭，臨時控制住泄漏。之后又進(jìn)行了多次清洗液和密封脂的注入，但仍不能堵住泄漏。后經(jīng)研究決定采取加裝短節(jié)和高壓閥門的方法進(jìn)行臨時堵漏，但由于泄漏氣流沖擊力過大，短節(jié)和閥門未能安裝成功。最后閥門廠家人員使用銅質(zhì)“L”形工具多次撥動注脂嘴內(nèi)鋼珠，天然氣泄漏量才得到削減，短節(jié)和高壓閥門安裝成功，暫時解決了閥門注脂嘴泄漏問題，但是此舉不但不符合相關(guān)規(guī)范要求，且增加了密封點的數(shù)量，仍然存在安全隱患。特別是經(jīng)過仔細(xì)檢查統(tǒng)計，該條管道上還有20多處注脂嘴也存在泄漏的安全隱患，為了徹底解決此類問題，且不影響管道正常輸氣，需要研制一套帶壓不停輸（在線）更換泄漏注脂嘴的裝置。

1 閥門注脂嘴的結(jié)構(gòu)及泄漏原因分析

1.1 閥門注脂嘴的結(jié)構(gòu)

天然氣長輸管道上所使用的閥門大都是球閥，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由左體、右體、中體三段組成，球體位于中體內(nèi)，與左右體兩個面相結(jié)合，其中注脂嘴位于左右體上。一般每個閥體上設(shè)置有一個或多個注脂嘴，以方便閥門的日常保養(yǎng)和維護(hù)工作。

圖1 球閥剖面結(jié)構(gòu)

注脂嘴由三個部分組成，從上到下分別是壓蓋、注脂嘴和內(nèi)止回閥（見圖2），注脂嘴和內(nèi)止回閥通過絲扣和閥體相連，整個注脂通路包括：注脂嘴、內(nèi)止回閥以及閥體上的注脂空腔等。注脂嘴是閥門日常維護(hù)的重要接口，且緊急情況下可以起到暫時密封堵漏作用，對于長輸天然氣管道來講，當(dāng)注脂嘴自身發(fā)生泄漏時會對安全輸氣造成較大影響，因此必須及時對注脂嘴泄漏進(jìn)行處理，保障管道的安全運行。

1.2 泄漏原因分析

注脂空腔出口位于球體與閥座密封面的外側(cè)，球閥的開啟或者關(guān)閉并不能隔絕注脂空腔與管道內(nèi)氣體的連通，所以注脂空腔內(nèi)時刻保持著與管道相同的壓力，而整個注脂通路僅靠內(nèi)止回閥和注脂嘴起到密封作用。因此當(dāng)注脂嘴處出現(xiàn)泄漏時，必定是內(nèi)止回閥與注脂嘴同時失效。

圖2 注脂嘴實物

由于對閥門注脂保養(yǎng)方法不當(dāng)或者產(chǎn)品存在質(zhì)量問題亦或是管道運行壓力波動較大等原因，會出現(xiàn)注脂嘴和內(nèi)止回閥密封失效而漏氣的情況。注脂嘴和內(nèi)止回閥均為彈簧加鋼珠的密封結(jié)構(gòu)，主要靠高壓氣體由內(nèi)向外擠壓鋼珠頂緊密封面將氣體通路密封。失效的直接原因是由于雜質(zhì)導(dǎo)致鋼珠位置沒有擠壓到位，或者是由于壓力過高導(dǎo)致鋼珠壓進(jìn)彈簧內(nèi)，鋼珠表面損壞，密封面損壞等引起鋼珠與密封面接觸密封不嚴(yán)。

2 更換裝置的結(jié)構(gòu)和原理

2.1 更換裝置的組成

為了在高壓天然氣泄漏的情況下安全地更換泄漏注脂嘴，首要問題就是解決泄露天然氣的安全防爆。正如前面所述，注脂嘴和內(nèi)止回閥是通過絲扣和閥體相連，因此模擬人工拆裝螺栓的方法，同時參照帶壓開孔機(jī)的原理，研制開發(fā)了在線帶壓更換閥門注脂嘴的裝置，并且經(jīng)過多次試驗和改進(jìn)，最終成功地在7 MPa壓力下順利完成泄漏注脂嘴更換試驗。整個裝置主要包括帶隔離球閥的主體部分、套筒操作桿、固定索具、泄壓放空管四個部分，詳細(xì)結(jié)構(gòu)和實物照片如圖3和圖4所示。

圖3 帶壓更換裝置結(jié)構(gòu)示意

圖4 帶壓更換裝置實物

2.1.1 主體部分

裝置的主體部分分為上下兩個腔體，并且通過內(nèi)螺紋隔離球閥連接起來，不但可以密閉泄漏的天然氣，確保作業(yè)過程安全防爆，而且也為其內(nèi)部的套筒操作桿提供了一個密閉的操作空間。

（1）上部腔體。上部腔體的上端設(shè)置有密封壓蓋，里面有高壓油封，不但可以確保套筒操作桿能夠靈活旋轉(zhuǎn)和上下移動，同時又能夠很好地密封住里面的天然氣。為了方便作業(yè)時拆卸上部腔體，在上部腔體上設(shè)置一個泄壓口。此外在上部腔體的外面還設(shè)置有一對突出的耳環(huán)，主要是用來固定操作桿，一方面可以防止操作桿在內(nèi)部氣體的壓力下突然脫出，起到安全防護(hù)作用，另一方面也可以輔助套筒操作桿拆裝注脂嘴。

（2）下部腔體。下部腔體通過其弧形密封面與閥體相連，在弧形密封面上開設(shè)有圓型凹槽，用來放置O型橡膠密封圈，在下部腔體上對稱設(shè)置兩個泄壓口，同時為了方便裝置與閥體捆綁固定牢固，下部腔體兩邊還設(shè)置了一對捆綁鋼絲繩用的凹槽。

2.1.2 套筒操作桿

套筒操作桿有兩根，一根可用來拆卸注脂嘴，其套筒部分是和注脂嘴相配套的普通套筒；另一根是定位桿，采用銅質(zhì)材料制成（可防爆），套筒部分里面是光滑的圓弧，卡不住注脂嘴，主要在安裝裝置時起到定位的作用，把它和裝置主體部分一起套在注脂嘴上，然后擰緊固定用的索具，就可以保證裝置與注脂嘴同心，從而順利完成注脂嘴的拆裝。為了確保拆裝注脂嘴時注脂嘴不會從套筒里面脫落出來，在套筒里面安裝了高強(qiáng)磁鐵，可以牢牢吸住注脂嘴，同時還在套筒上設(shè)置了導(dǎo)流孔，從注脂嘴泄漏出來的高壓天然氣通過導(dǎo)流孔排泄出來，從而確保在拆裝注脂嘴時，注脂嘴不會受到泄漏的高壓天然氣的沖刷而脫落。

在套筒操作桿的上端除了橫向的操作手柄外，還設(shè)置有一個安全保護(hù)壓塊，套筒操作桿通過推力軸承與壓塊相連，壓塊又通過兩端帶彈簧的螺桿與裝置上部腔體的耳環(huán)相連。推力軸承可以確保套筒操作桿在軸向受力的情況下能夠靈活旋轉(zhuǎn)，彈簧可以起到緩沖作用，能夠保證在旋轉(zhuǎn)套筒操作桿拆裝注脂嘴時，套筒操作桿軸向受力均衡，不會損傷注脂嘴上的絲扣。整個套筒操作桿從里到外直徑越來越小，這樣設(shè)計不但方便安裝，而且還可以起到安全保護(hù)作用，避免作業(yè)時整個套筒操作桿在裝置內(nèi)部氣體壓力作用下突然飛出。

2.1.3 固定索具

固定索具的作用是把裝置固定在輸氣管道的閥體上，固定索具主要由兩根鋼絲繩、一小段鋼弧板以及緊固螺栓三部分組合而成，如圖5所示。由于鋼絲繩的柔性，使其可以適用于不同弧度的閥體，鋼絲繩與螺栓的連接采用合金澆筑的方式，不但簡單美觀，而且安全結(jié)實，因而適用范圍非常廣。

圖5 固定索具

2.1.4 泄壓放空管

泄壓放空管主要用來排泄注脂嘴泄漏的天然氣，給作業(yè)人員創(chuàng)造一個無可燃?xì)怏w的安全作業(yè)空間，同時可避免裝置內(nèi)形成高壓，發(fā)生危險。另外為了使裝置更加安全可靠，同時確保裝置內(nèi)氣流均衡，防止吹偏拆卸下的注脂嘴，設(shè)置了泄壓放空管，每一根的兩端都分別連接到裝置的泄壓口和天然氣長輸管道的放空管道上。如果現(xiàn)場沒有可以利用的放空管道，就需要設(shè)置一個臨時的放空立管，一般要求放空立管的高度高出周圍建筑物2 m以上，并且總高度不應(yīng)小于10 m。

2.2 操作原理

當(dāng)進(jìn)行拆卸和安裝注脂嘴操作時，開啟球閥，形成從弧形密封面至上部腔體密封壓蓋之間的密閉空間，泄壓口作為天然氣放空口，利用內(nèi)部帶套筒的操作桿來拆卸和安裝注脂嘴。當(dāng)注脂嘴拆卸后需要更換完好注脂嘴時，將套筒提起到達(dá)上部腔體，關(guān)閉隔離球閥，通過上面的泄壓口泄壓后，把上部腔體和套筒操作桿一起從隔離球閥上卸下來，便可以實現(xiàn)更換注脂嘴的目的。整個拆裝過程都是在密閉的空間進(jìn)行，外界無法直接觀察，因此要求裝置要與閥體上的注脂嘴精確對中。作業(yè)過程泄漏的天然氣始終通過兩個泄壓口和放空管進(jìn)行放空，裝置內(nèi)不會形成高壓，而且裝置內(nèi)天然氣完全與外界隔離，沒有燃燒爆炸的危險，不會對操作人員造成任何傷害，整個作業(yè)過程基本沒有安全風(fēng)險。

3 裝置特點

（1）裝置下部腔體及隔離球閥均采用高壓設(shè)計，弧形密封面上設(shè)置有O型密封圈，可承受10 MPa以上的壓力，密封效果良好，現(xiàn)場一旦出現(xiàn)無法順利完成拆裝注脂嘴的情況，裝置可作為封堵工具進(jìn)行臨時封堵。

（2）上部腔體和操作桿間采用高壓油封密封，不但可承受2 MPa以上壓力，起到密封作用，而且還可確保套筒操作桿能夠靈活旋轉(zhuǎn)和上下移動，操作簡單、省力。

（3）采用定位桿在裝置內(nèi)部進(jìn)行定位，使操作過程更加方便快捷、定位更加準(zhǔn)確，從而極大地提高了更換注脂嘴的一次成功率。

（4）彈簧及安全防護(hù)壓塊的應(yīng)用，不但保障了操作人員安全，而且通過彈簧彈力平衡氣流沖擊力，極大地降低了人員拆裝注脂嘴時所用的推力，同時較好地保護(hù)了注脂嘴上的絲扣不被損傷。

（5）應(yīng)用鋼絲繩這種柔性工具進(jìn)行裝置緊固，不但使裝置固定得更加牢固，而且適用范圍也比較廣，一套固定索具可以適用于不同的位置，質(zhì)量小，操作方便。

（6）套筒操作桿設(shè)計合理，從里到外直徑越來越小，能夠起到安全保護(hù)作用，可以避免作業(yè)時整個套筒操作桿在裝置內(nèi)部氣體壓力作用下突然飛出。

（7）裝置采用引流降壓技術(shù)，設(shè)置了一對泄壓口，不但對天然氣進(jìn)行充分引流，降低裝置腔體內(nèi)壓力，而且還可以防止注脂嘴因氣流沖擊力而偏向一邊而導(dǎo)致注脂嘴無法順利安裝到位。

（8）在套筒內(nèi)安裝強(qiáng)力磁鐵，并在套筒上開設(shè)內(nèi)部排流孔，都有效地防止了注脂嘴從套筒內(nèi)脫落出來的風(fēng)險。

（9）整個作業(yè)過程都是在密閉的空間進(jìn)行，注脂嘴泄漏的天然氣始終通過兩個泄壓口和放空管道進(jìn)行放空，裝置內(nèi)不會形成高壓，天然氣完全與作業(yè)環(huán)境隔離，沒有燃燒爆炸的危險，整個作業(yè)過程安全無風(fēng)險。

4 裝置使用方法

利用該套裝置進(jìn)行泄漏注脂嘴帶壓更換作業(yè)前，先要制訂安全技術(shù)措施，辦理相應(yīng)的作業(yè)票據(jù)，準(zhǔn)備好通風(fēng)設(shè)備、正壓式空氣呼吸器等。新注脂嘴要經(jīng)過檢驗是否合格，同時還要提前在絲扣上抹上密封膠、纏好密封膠帶等?，F(xiàn)場作業(yè)人員要熟練掌握裝置的使用方法和步驟，現(xiàn)場作業(yè)過程要注意不得磕碰，避免產(chǎn)生火花，操作時做到緊張有序、忙而不亂，詳細(xì)的操作步驟如下：

（1）連接放空管。連接好裝置的泄壓放空管，同時打開裝置上的放空閥門。現(xiàn)場如果沒有放空立管，還要設(shè)置臨時的放空立管。開始安裝時人員要佩戴好正壓式空氣呼吸器。

（2）安裝下部腔體和隔離球閥。打開隔離球閥，把裝置的下部腔體和隔離球閥一起迅速地罩在泄漏的注脂嘴上，并用固定索具把它們一起固定在閥體上，然后關(guān)閉隔離球閥，泄漏天然氣開始通過放空管放空。

（3）安裝定位操作桿。采取通風(fēng)措施使現(xiàn)場天然氣濃度迅速降低到安全范圍，然后把定位操作桿和上部腔體一起安裝到隔離球閥上。

（4）裝置定位并牢固固定。打開隔離球閥，調(diào)整裝置的位置，推動定位操作桿，使定位操作桿上的套筒套在注脂嘴上，一邊活動、旋轉(zhuǎn)定位操作桿，一邊擰緊固定索具上的緊固螺栓，直到把裝置固定牢固為止。

（5）裝置試壓驗漏。提起定位操作桿至上部腔體，關(guān)閉隔離球閥，同時關(guān)閉裝置下部腔體上的泄壓、放空控制閥，給下部腔體升壓，直到與管道運行壓力平衡，檢查裝置無泄漏后，打開泄壓控制閥繼續(xù)放空引流，然后通過泄壓口把上部腔體放空，卸下定位操作桿和上部腔體。

（6）安裝套筒操作桿。把拆卸注脂嘴用的套筒操作桿和上部腔體一起安裝到隔離球閥上，打開隔離球閥，推動套筒操作桿，使套筒操作桿上的套筒套在泄漏的注脂嘴上，然后把安全保護(hù)壓塊兩端帶彈簧的螺桿與裝置上部腔體的耳環(huán)相連接。

（7）拆卸泄漏注脂嘴。通過松、緊彈簧旁邊的螺帽來調(diào)整彈簧受力情況，使彈簧彈力與泄漏高壓氣體的沖擊力相平衡，然后利用操作手柄逆時針旋轉(zhuǎn)套筒操作桿，直到卸下注脂嘴，拆卸過程要始終保證彈簧彈力與泄漏氣體的沖力相平衡，否則容易損壞注脂嘴上的連接絲扣。

（8）更換新的注脂嘴。操作人員在側(cè)面扶住套筒操作桿手柄，一邊卸掉彈簧旁邊的螺帽，一邊往上提起套筒操作桿至上部腔體，關(guān)閉隔離球閥，通過泄壓口把上部腔體放空，卸下帶有泄漏注脂嘴的套筒操作桿，換上新的注脂嘴。

（9）安裝帶新注脂嘴的套筒操作桿。更換好新的注脂嘴后，重新把帶新注脂嘴的套筒操作桿和上部腔體一起安裝到隔離球閥上，打開隔離球閥，往下推動套筒操作桿，然后把安全保護(hù)壓塊兩端帶彈簧的螺桿與裝置上部腔體的耳環(huán)相連。

（10）安裝新注脂嘴。不斷擰緊彈簧旁邊的螺帽，從而使套筒操作桿繼續(xù)往下移動，直到注脂嘴頂住閥體，注脂嘴上的外絲和閥體上的內(nèi)絲緊緊相貼為止，此時可以聽到氣體泄漏聲音明顯變小，然后再順時針旋轉(zhuǎn)套筒操作桿，直到把注脂嘴安裝上并擰緊為止。

（11）更換完畢檢漏。泄壓放空后，拆卸掉裝置上部腔體，打開隔離球閥，檢查安裝上的新注脂嘴是否有泄漏，合格后拆卸掉整個裝置，注脂嘴更換完畢。

5 裝置試驗和實際應(yīng)用情況

裝置經(jīng)過多次改進(jìn)最終定型并加工制作完成后，經(jīng)過10余次的模擬帶壓試驗，均順利完成注脂嘴更換任務(wù)，其中試驗時模擬泄漏量最大為5 mm孔徑，基本與注脂嘴內(nèi)部孔徑相當(dāng)，試驗壓力最大為7 MPa。在試驗成功的基礎(chǔ)上又經(jīng)過多次練習(xí)后，于2013年5月30日利用該裝置成功完成了某天然氣長輸管道丁村閥室泄漏注脂嘴的帶壓更換工作，更換作業(yè)時管道內(nèi)實際運行壓力5.05 MPa，整個更換過程僅耗時38 min。

6 結(jié)論

此閥門注脂嘴帶壓更換裝置，經(jīng)過試驗和實際應(yīng)用均獲得成功，充分證明該裝置在帶壓更換泄漏注脂嘴方面是完全可行的，能夠較好地解決泄漏注脂嘴更換問題。

（1）裝置目前是用普通的鋼材加工制作而成，結(jié)構(gòu)尺寸相對偏大，質(zhì)量相對較大，不利于在個別狹窄空間操作。經(jīng)過專業(yè)人員的設(shè)計，并采用高強(qiáng)度的鋼材后，裝置可以變得更加輕巧，適用范圍會更加廣泛。

（2）從試驗和實際應(yīng)用情況來看，雖然目前只是在7 MPa壓力下應(yīng)用，但是從技術(shù)原理角度來講，完全可以在10 MPa下使用，不但可以在輸氣管道上應(yīng)用，也可以在輸油管道上應(yīng)用。

（3）如果泄漏氣流沖擊力過大，使用該裝置更換泄漏注脂嘴前，最好采取措施降低泄漏量，比如用銅質(zhì)“L”形工具撥動注脂嘴內(nèi)鋼珠，以削減天然氣泄漏量等。

（4）裝置按照承受一定的高壓力設(shè)計后，去掉上部腔體和操作桿后，完全可以作為長輸管道少量泄漏時的臨時堵漏工具使用，具有質(zhì)量小，操作方便等優(yōu)點，特別是對于大型設(shè)備無法抵達(dá)的特殊位置更為實用。

（5）該裝置具有一定的技術(shù)創(chuàng)新性，填補(bǔ)了國內(nèi)長輸管道維搶修技術(shù)的一項空白。

（6）利用該裝置處理閥門注脂嘴泄漏問題，不需要停輸和大量放空干線里的天然氣，不但可以避免放空造成的大氣環(huán)境污染，而且不影響正常輸氣，經(jīng)濟(jì)和社會效益可觀。

（7）更換前一定要提前檢驗新注脂嘴是否合格，特別是要用高壓氣體檢驗新注脂嘴是否存在密封不嚴(yán)問題。

中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司海洋平臺樁腿自動焊技術(shù)研究取得階段性進(jìn)展

近日，中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司工程技術(shù)研究院技術(shù)人員，對海洋平臺樁腿自動焊技術(shù)研究取得階段性進(jìn)展，形成了海上樁管焊接施工的埋弧自動焊裝備及配套工藝技術(shù)。

海洋平臺樁管焊接施工是海上鋼結(jié)構(gòu)制作過程中的重要環(huán)節(jié)。由于樁管的壁厚大，坡口為大角度坡口形式，造成金屬填充工作量大。而且在海上施工過程中，受大風(fēng)、海浪和潮涌等環(huán)境條件的影響，施工作業(yè)的有效時間有限，急需一套高效的焊接工藝方法，進(jìn)一步提高樁管焊接效率，適應(yīng)海上作業(yè)“快速、高效”的施工要求。

技術(shù)人員根據(jù)海洋平臺建造需求，于2013年年初進(jìn)行立項研究，優(yōu)選埋弧自動焊作為高效的焊接方法，并通過對埋弧自動焊執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行小型化設(shè)計與研制，對焊劑填充結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，經(jīng)過一年多的科技攻關(guān)，研制形成了一套能夠用于海上樁管接樁作業(yè)的埋弧自動焊專用設(shè)備，以及與設(shè)備配套的焊接工藝。

該裝備與技術(shù)的應(yīng)用，將有效縮短平臺樁管焊接施工時間，減少工序，可明顯降低工程成本，進(jìn)一步提升海洋樁管安裝的焊接技術(shù)水平。

（本刊摘錄）

Development and Application of Device for Replacing Pipeline L eaky Grease Fitting under High Pressure

Wang Zhenhong，Chen Baoyan，Zhang Huanhuan
Sichuan to Eastern China Gas Transmission Pipeline Company of Sinopec NaturalGas Co.，Jiaxing 314000，China

In operating course of long-distance naturalgas pipelines，naturalgas mayleakfrom valve grease fitting and lead to big potentialrisk.In order to solve this kind of problem，a set of device that be used for replacing leaky grease fitting under high pressure is developed through the study，design，test and improvement，which is safe，reliable，economical and practical，and also can be operated easily.The device is designed on the basis of working principle of boring machine operating under high pressure，using drainage decompression technique and simulating the method of manually loosing and tightening ordinary bolt.It can replace leaky grease fitting without pipeline shutdown.The whole device is mainly composed of a main body with an isolation valve，a socket lever，a fixed rigging and a pressure relief vent pipe.The application method ofthe device and its successfulfield application are also described in this paper.

long-distance naturalgas pipeline；valve grease fitting；leak；replace under high pressure；device

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.04.002

王振洪（1974-），男，河南澠池人，工程師，1996年畢業(yè)于西南石油學(xué)院油氣儲運專業(yè)，目前主要從事天然氣長輸管道維搶修工作。

2013-12-26