城市燃?xì)夤芫W(wǎng)帶壓堵漏技術(shù)現(xiàn)狀分析

李夏喜，羅強(qiáng) （北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司高壓管網(wǎng)分公司，北京100010）

韓贊東 （清華大學(xué)機(jī)械工程系，北京100084）

邢琳琳 （北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司高壓管網(wǎng)分公司，北京100010）

1 前言

隨著城市燃?xì)饽茉葱枨蟮目焖僭鲩L，輸配管網(wǎng)規(guī)模也逐漸壯大，其中，中高壓管線的安全運(yùn)行對(duì)保障下游用戶的用氣安全意義重大。由于中高壓管線輸氣壓力普遍較高，使得發(fā)生事故后的搶修作業(yè)難度大，對(duì)搶修工作人員的人身安全有著極大的威脅。由某城市燃?xì)?011年到2013年外線突發(fā)事故的統(tǒng)計(jì)（見圖1）發(fā)現(xiàn)，事故數(shù)量是逐年增加的，并且主要以腐蝕問題為主，焊縫、設(shè)備老化問題其次?？梢?，城市燃?xì)夤艿酪堰M(jìn)入“老齡化”階段和事故多發(fā)期，需要做好應(yīng)急措施，加強(qiáng)對(duì)隱患管道的巡視和預(yù)防，加大改造和維修的力度，防患于未然，開發(fā)研究快捷、高效地管道帶壓堵漏技術(shù)成為必然趨勢。

堵漏技術(shù)發(fā)展的初期階段，一般僅在設(shè)備停產(chǎn)、停輸?shù)臈l件下，進(jìn)行簡單的堵漏工作。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了避免和減少因停產(chǎn)、停輸而造成的經(jīng)濟(jì)損失，20世紀(jì)60年代，國際上對(duì)“帶壓堵漏技術(shù)”開始了初期的研發(fā)應(yīng)用工作，其中英國弗曼奈特公司的在線堵漏技術(shù)最具有代表性。中國自20世紀(jì)80年代初開始對(duì)帶壓堵漏技術(shù)展開研究和應(yīng)用工作，近年來取得了長足發(fā)展，已處于世界領(lǐng)先水平的是某些粘結(jié)劑技術(shù)，我國粘合劑和密封膠的年產(chǎn)量在1980年約為20×104t，1995年已達(dá)到10×105t左右［1］，有了數(shù)量級(jí)的增長。我國的帶壓堵漏技術(shù)目前沒有形成系列化，與國際同類技術(shù)在質(zhì)量和開發(fā)應(yīng)用方面尚存在一定的差距，但也有不少國內(nèi)研究者開展該方面的相關(guān)研究。蘇忠杰等［2］探討燃?xì)夤艿缼憾侣┓椒ǎň咦⒛z堵漏、鋼帶捆扎堵漏、磁壓堵漏、塞楔堵漏）和管道補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，闡述了常見漏點(diǎn)的帶壓修復(fù)。高順利等［3］開發(fā)出適用于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的不停輸帶壓堵漏技術(shù)與工藝。孟軍政［4］針對(duì)于及時(shí)處理原油管道腐蝕穿孔、打孔等問題，研究總結(jié)出幾種快速有效的封堵技術(shù)。王永［5］研究了化工管道泄漏問題，鑒于化工生產(chǎn)中的介質(zhì)屬于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，堵漏過程的安全隱患極大，通過對(duì)帶壓堵漏技術(shù)的基本原理及技術(shù)特點(diǎn)的研究，提出了消除泄漏的有效措施。薛挺［6］闡述了高壓堵漏工藝的發(fā)展，認(rèn)為高壓堵漏技術(shù)在管道、閥門、設(shè)備、法蘭等連接部位受到冒、滴、滲、漏、跑等常見問題的處理上能取得非常理想的效果。范樹孫等［7］圍繞城市燃?xì)夤芫W(wǎng)不停疏堵漏技術(shù)及工藝展開論述，分析了該工藝的特點(diǎn)和應(yīng)用優(yōu)勢，并探討了相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用情況。王忠平等［8］介紹了幾種常見的帶壓堵漏技術(shù)和管道補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，并分析其應(yīng)用于燃?xì)夤芫W(wǎng)搶修過程中的技術(shù)特點(diǎn)、適用范圍和施工工藝。

圖1 某城市近3年外線突發(fā)泄漏事故統(tǒng)計(jì)

目前，針對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有的燃?xì)夤艿缼憾侣┘夹g(shù)按照搶修作業(yè)形式的不同可分為不動(dòng)火堵漏技術(shù)和動(dòng)火堵漏技術(shù)2類。根據(jù)技術(shù)原理和方法的不同，又可將不動(dòng)火堵漏技術(shù)分為注劑式帶壓堵漏技術(shù)、帶壓粘接密封技術(shù)和帶壓頂緊式密封技術(shù)，帶壓焊接密封技術(shù)就是所謂的動(dòng)火堵漏技術(shù)，下面將對(duì)這些堵漏技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2 不動(dòng)火堵漏技術(shù)

所謂不動(dòng)火堵漏技術(shù)，即在不出現(xiàn)明火及火星的情況下，完全靠人力或機(jī)械的方式實(shí)行搶修堵漏的作業(yè)形式。其中包括注劑式帶壓堵漏技術(shù)、帶壓粘接密封技術(shù)和帶壓頂緊式密封技術(shù)等。

2.1 注劑式帶壓堵漏技術(shù)

70年代，英國弗曼奈特公司推出了超高溫和超低溫動(dòng)態(tài)密封方法，使其“注劑式帶壓密封技術(shù)”［9］在理論和實(shí)踐上都趨于完善，并隨著占有市場的發(fā)展，其實(shí)用性也得到進(jìn)一步強(qiáng)化。

田寶恩等［10］人提出了注劑密封堵漏方式在油庫管道上的應(yīng)用，認(rèn)為針對(duì)管道破裂、閥門老化、法蘭面泄漏等一般泄漏問題能達(dá)到很好地快速堵漏效果。鄧志彬等［1］人對(duì)注劑式帶壓堵漏技術(shù)（見圖2）的技術(shù)原理、施工工藝等進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。該技術(shù)是手工液壓操作，可以在任何防火、防爆界區(qū)內(nèi)，安全地使用這項(xiàng)技術(shù)；并且，注劑式帶壓堵漏技術(shù)在長期的現(xiàn)場操作使用中獲得了極高的評(píng)價(jià)，被認(rèn)為是目前進(jìn)行有效帶壓堵漏的最好方法之一，其適用壓力在35MPa以下；通過合理地選擇注劑類型，適用溫度范圍一般為－198～1000℃；適用于直管、彎管、法蘭、閥門等疑難位置的泄漏；擁有著經(jīng)濟(jì)效益顯著、安全可靠、適用性廣、適應(yīng)性強(qiáng)、消除堵漏快、可拆卸性好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 帶壓粘接密封技術(shù)

饒志等［11］人介紹了帶壓粘堵技術(shù)原理和常用方法，并分析了將該技術(shù)應(yīng)用于化工生產(chǎn)運(yùn)行裝置中，會(huì)取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。帶壓粘接密封技術(shù)是利用膠黏劑適用范圍廣、流動(dòng)性能好、固化速度快的特點(diǎn)，通過與各種密封材料的配合使用，在泄漏缺陷處建立新的固體密封結(jié)構(gòu)，堵住泄漏，在石化大型裝置泄漏的治理中發(fā)揮主要作用［12］。目前，帶壓粘接密封技術(shù)包括填塞粘接法、頂壓粘接法、緊固粘接法、磁力壓固粘接法、引流粘接法和T形螺栓粘接法等，馬世寧［13］等對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了深入的介紹。

1）填塞粘接法 填塞粘接法是將事先調(diào)配好的堵漏膠黏劑通過外界壓力的作用填塞泄漏缺陷部位，強(qiáng)行止住泄漏，膠黏劑與泄漏介質(zhì)共存形成相平衡的特殊性能，完成固化過程，達(dá)到堵漏密封的效果，由這種動(dòng)態(tài)密封技術(shù)建立的新結(jié)構(gòu)具有良好的使用壽命。該技術(shù)的主體材料是我國80年代初期獨(dú)立研發(fā)的一種專用快速堵漏膠，適用于低壓系統(tǒng)泄漏之后的動(dòng)態(tài)密封，無需配合使用復(fù)雜的工夾具，其主要優(yōu)點(diǎn)蘊(yùn)藏在快速堵漏膠獨(dú)特的配方配比上。該方法包括熱熔膠填塞粘接法、堵漏膠填塞粘接法和注膠填塞粘接法等，具有著施工簡便、應(yīng)用范圍廣、安全有效、可拆性好和借助注射工具可處理高壓介質(zhì)泄漏的特點(diǎn)，其適用壓力小于0.2MPa，其處理溫度一般小于200℃，適用于常壓或靜壓設(shè)備及管道的堵漏。

2）頂壓粘接法 頂壓粘接法（見圖3）是借助大于泄漏介質(zhì)壓力的外力，首先使泄漏止住，然后對(duì)泄漏缺陷區(qū)域進(jìn)行必要的處理，如除銹、去污、打毛、脫脂等工序，使之滿足粘接技術(shù)施工要求，再利用膠黏劑的特性進(jìn)行修補(bǔ)加固。由于膠黏劑都有一個(gè)從流體變成固體的過程，須讓膠黏劑在沒有泄漏介質(zhì)干擾的情況下完成固化過程，即粘接過程要在泄漏介質(zhì)止住之后進(jìn)行。該方法的適用壓力小于6.0MPa，處理溫度小于400℃，適用于修補(bǔ)焊口、彎頭、三通、法蘭等小孔或微孔的泄漏。

圖2 注劑式帶壓堵漏技術(shù)原理

3）緊固粘接法 緊固粘接法根據(jù)泄漏缺陷部位設(shè)計(jì)和制作緊固卡具，擰緊螺栓產(chǎn)生大于泄漏介質(zhì)壓力的緊固力，從而堵住泄漏，再用膠黏劑或堵漏膠進(jìn)行修補(bǔ)加固，實(shí)現(xiàn)帶壓堵漏的目的?？捎糜趬毫π∮?.0MPa的場合，處理溫度小于400℃，適用于圓形等形狀固定的泄漏點(diǎn)。

4）引流粘接法 引流粘接法（見圖4）是將根據(jù)泄漏缺陷外部形狀制作的具有極好降壓、排放泄漏介質(zhì)作用的引流器粘在泄漏部位上，將泄漏介質(zhì)排放到作業(yè)區(qū)域以外，待膠黏劑充分固化后，關(guān)閉引流器的閥門，即可止住泄漏。該方法具有實(shí)現(xiàn)堵漏過程比較容易、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、作業(yè)簡單及可用于民用的特點(diǎn)，其適用壓力小于1.0MPa，處理溫度小于300℃，適用于腐蝕產(chǎn)生的特殊泄漏點(diǎn)。

圖3 頂壓粘接法模型示意圖

圖4 引流粘接法示意圖

5）磁力壓固粘接法 磁力壓固粘接法是借助磁鐵產(chǎn)生的強(qiáng)大吸力，使涂有膠黏劑或堵漏膠的非磁性材料與泄漏部位粘接，后續(xù)再加固補(bǔ)強(qiáng)，達(dá)到止漏密封的目的。適用于磁性材料發(fā)生的泄漏，同時(shí)具有作業(yè)簡單、有一定的適用范圍、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，可用于鋼、鐵等磁性材料設(shè)備、管道上出現(xiàn)的泄漏，介質(zhì)壓力小于2.0MPa，處理溫度小于150℃。

6）T形螺栓法 T形螺栓法是利用T形螺栓的獨(dú)特功能，借助粘合劑的配合，將其自身固定在泄漏部位的內(nèi)外壁面上，然后通過調(diào)整螺栓的緊固力實(shí)現(xiàn)帶壓堵漏。有內(nèi)貼式和外貼式2種操作方法，適用壓力為低壓，適用溫度沒有要求，且只能用于孔洞大，壓力低，介質(zhì)為水、空氣、煤氣等的容器、管道所出現(xiàn)的泄漏。

2.3 帶壓頂緊式密封技術(shù)

帶壓頂緊式密封技術(shù)是借助頂緊材料或工具在泄漏缺陷上產(chǎn)生大于泄漏介質(zhì)壓力的人為外力，從而使泄漏停止，原理類似緊固粘接法，但方法不同。具體方法包括緊固法、塞楔法和氣墊止漏法，其基本原理類似，不同之處在于堵漏材料的使用。緊固法是通過較大的緊固力，配合使用特殊的密封材料，可以是橡膠、石棉橡膠板或石墨材料等；塞楔法（圖5（a））是將具有大韌性的金屬、木質(zhì)或塑料等的材料擠塞入泄漏孔洞或裂縫內(nèi)，目前國外已有多種尺寸規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化木楔，專用于處理裂縫及孔洞狀的泄漏事故；氣墊止漏法（圖5（b））是將氣墊或氣袋固定在泄漏口處，利用充氣后的鼓脹力，壓住泄漏口。該技術(shù)多用于處理溫度小于120℃，壓力小于0.3MPa，且具備一定操作空間的泄漏。

圖5 帶壓頂緊式密封技術(shù)示意圖

3 動(dòng)火堵漏技術(shù)

動(dòng)火堵漏技術(shù)，即堵漏作業(yè)過程中借助了明火的條件，主要是指帶壓焊接堵漏技術(shù)。燃?xì)廨斉涔艿赖妮斔徒橘|(zhì)為天然氣，為易燃易爆氣體，在泄漏動(dòng)態(tài)狀況下進(jìn)行補(bǔ)焊將嚴(yán)重威脅施焊人員的人身安全；同時(shí)，沒有完全凝固的熔融金屬極易被泄漏燃?xì)獯蹬?，因此，帶壓焊接技術(shù)在很長一段時(shí)間一直被認(rèn)為是禁區(qū)。但考慮到燃?xì)廨斉涔艿啦馁|(zhì)為金屬，不動(dòng)火堵漏技術(shù)“治標(biāo)不治本”，只能暫時(shí)性的起到補(bǔ)漏作用，達(dá)不到長期有效的目的。因而，如果能夠?qū)⒐艿澜橘|(zhì)放空和置換，焊接法是最理想的金屬管道泄漏堵漏方法，楊永磊［14］等憑借自身豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了一些帶壓焊接堵漏技術(shù)要點(diǎn)。韋占江［15］等運(yùn)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，得出面對(duì)管線穿孔問題時(shí)，能達(dá)到有效堵漏的焊接方法。

早在50年代末期，我國鋼鐵行業(yè)的工人師傅，憑借多年的工作經(jīng)驗(yàn)及對(duì)各種泄漏缺陷的細(xì)致觀察，逐步摸索和完善出一種“帶壓焊接密封技術(shù)”這種技術(shù)對(duì)于具有良好可焊性的金屬容器及管道上出現(xiàn)的泄漏缺陷，可以在動(dòng)態(tài)的條件下迅速加以消除，當(dāng)時(shí)人們把這項(xiàng)技術(shù)稱之為頂壓焊技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)為我國鋼鐵行業(yè)消除了許多可能發(fā)生危害生產(chǎn)的泄漏事故。進(jìn)入80年代，這項(xiàng)技術(shù)在理論上和實(shí)踐上進(jìn)一步得到鞏固和提高。目前該技術(shù)由逆向焊接法和引流焊接法2部分內(nèi)容組成。

管道帶壓焊接堵漏是借助熔化的金屬作為填充材料將裂紋連接成整體的焊接接頭或在可焊金屬的泄漏位置上加焊一個(gè)封閉結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到重新密封的目的。焊接法應(yīng)用極為廣泛，它具有處理效果好、適應(yīng)范圍廣、壽命長、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，能將管道功能幾乎恢復(fù)到最初的狀態(tài)。對(duì)于直接在管道上施焊補(bǔ)漏，要求的條件比較嚴(yán)格，需提前做好一切安全防護(hù)措施，再對(duì)管道進(jìn)行泄壓，相關(guān)燃?xì)夤艿缼汉附硬僮饕?guī)程規(guī)定必須保證管道壓力控制在100～300Pa范圍內(nèi)，另外對(duì)焊接的人員技術(shù)水平要求比較高，需要豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)，方可進(jìn)行相關(guān)操作。

4 帶壓堵漏技術(shù)發(fā)展趨勢

眾所周知，中高壓燃?xì)夤艿浪貌馁|(zhì)都是金屬材料，并隨著流動(dòng)介質(zhì)壓力的升高，管道材質(zhì)的韌性、強(qiáng)度都會(huì)有大大地增強(qiáng)，這給帶壓堵漏作業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。如何在不停輸情況下對(duì)燃?xì)夤艿肋M(jìn)行安全堵漏作業(yè)，是目前國內(nèi)外燃?xì)膺\(yùn)營商生產(chǎn)中面臨的主要難題。高李等［16］進(jìn)行了高壓管道搶修卡具的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，闡述并介紹了新型對(duì)開式高壓管道卡具，這對(duì)未來新型搶修器具的研制奠定了基礎(chǔ)。分析總結(jié)當(dāng)前國內(nèi)外輸氣管道帶壓堵漏技術(shù)，對(duì)于新型燃?xì)夤艿缼憾侣┘夹g(shù)的研發(fā)有著很好的前期指導(dǎo)作用，該新型堵漏技術(shù)需要具有以下基本特點(diǎn)：

1）適用性廣，可在較大壓力、溫度范圍內(nèi)使用，滿足由于意外事件造成管道破裂、在施工空間小的條件下，高效率搶修受損管道，同時(shí)適應(yīng)特殊的工作環(huán)境和要求。

2）操作安全可靠、靈活快捷，不需要系統(tǒng)停機(jī)、不需泄壓，不損害設(shè)備的安全性和使用壽命。

3）能夠高效、快速地堵漏，消除泄漏時(shí)不動(dòng)火，不破壞設(shè)備或管道的原有結(jié)構(gòu)，新的密封結(jié)構(gòu)易拆除，能為以后的設(shè)備檢修提供方便。泄漏部位不需做任何處理，帶溫、帶壓操作，方法簡便。

4）實(shí)現(xiàn)長久堵漏，降低二次泄漏隱患，堵漏效果好。

筆者認(rèn)為，在未來城市中高壓管線堵漏技術(shù)中，焊接法將會(huì)是一種具有長遠(yuǎn)前景的方式，值得進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。

［1］鄧志彬，袁宗明，楊振聲，等 .帶壓堵漏技術(shù)及其在油庫中的應(yīng)用 ［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2010，29（3）：204～205.

［2］蘇忠杰，吳瑩 .帶壓堵漏技術(shù)在燃?xì)鈸屝薜膽?yīng)用 ［J］.煤氣與熱力，2013，33（5）：71～74.

［3］高順利，顏丹平，于燕平，等 .城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)不停輸堵漏技術(shù)的研究 ［J］.城市燃?xì)猓?008（7）：19～22.

［4］孟軍政 .石油天然氣管道泄漏的快速封堵 ［J］.油氣田地面工程，2009，28（7）：83～84.

［5］王永 .化工管道的帶壓堵漏處理技術(shù) ［J］.管道技術(shù)與設(shè)備，2012（6）：33～35.

［6］薛挺 .高壓堵漏工藝的發(fā)展 ［J］.科技與企業(yè)，2014（20）：106～106.

［7］范樹孫，柯洪剛 .城市燃?xì)夤芫W(wǎng)不停輸堵漏技術(shù)與工藝研究 ［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（19）：99～99.

［8］王忠平，陳思 .帶壓堵漏技術(shù)和管道補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在燃?xì)夤芫W(wǎng)搶修的聯(lián)合應(yīng)用 ［A］.賀明健等 .2013中國燃?xì)膺\(yùn)營與安全研討會(huì)論文集 ［C］.2013：437～446.

［9］尹國耀，屈文理 .管道泄漏帶壓封堵技術(shù) ［J］.石油工程建設(shè)，2000，26（1）：54～55.

［10］田寶恩，馬佳杰，秦建合，等 .油庫管道快速堵漏實(shí)用技術(shù) ［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32（9）：971～975.

［11］饒志，康寧 .帶壓粘堵技術(shù)在石化生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用 ［J］.化工管理，2014（33）：100～101.

［12］王皓，焦維光 .帶壓粘接密封技術(shù)在石化大型裝置維修中的應(yīng)用 ［J］.粘接，2006，27（2）：59～60.

［13］馬世寧，李新 .應(yīng)急維修技術(shù)（續(xù)一）——快速粘接堵漏技術(shù) ［J］.中國修船，2003（2）：38～40.

［14］楊永磊，王瓊，高春榮，等 .淺析帶壓管道的焊接堵漏 ［J］.焊接技術(shù)，2006，35（6）：68～70.

［15］韋占江，胡榮，岳愛民，等 .輸油管道帶壓堵漏技術(shù) ［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011（19）：107～108.

［16］高李，梁政 .高壓管道搶修卡具的優(yōu)化設(shè)計(jì) ［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2013，32（7）：740～744.