管道積水引起的天然氣焊槍堵塞事件處置

耿同敏， 侯鳳林， 杜科理， 劉小玲

(鄭州華潤(rùn)燃?xì)夤煞萦邢薰?河南鄭州450006)

1 背景

國(guó)內(nèi)某空調(diào)公司，使用天然氣作為燃料焊接空調(diào)銅管及元件。自2015年投產(chǎn)后，每年都會(huì)出現(xiàn)焊接生產(chǎn)線助焊劑結(jié)晶、焊槍組堵塞的情況，影響正常生產(chǎn)，懷疑是天然氣管道有積水導(dǎo)致，要求燃?xì)夤九挪椴氐捉鉀Q。該空調(diào)公司位于中壓管網(wǎng)末端，共有4個(gè)車間，其中3個(gè)車間使用天然氣。用氣設(shè)備設(shè)計(jì)34臺(tái)，實(shí)際安裝24臺(tái)，設(shè)計(jì)總流量為1 600 m3/h(本文涉及的流量是溫度20 ℃、壓力101.325 kPa標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量)。2臺(tái)調(diào)壓柜，設(shè)計(jì)最高出口壓力分別為0.08 MPa、0.15 MPa，天然氣使用溫度為-20～60 ℃，高熱值為38.038 MJ/m3，未對(duì)天然氣濕度作特別約定。

2 用氣情況調(diào)查及原因分析

① 空調(diào)公司用氣情況

空調(diào)公司共有鈑金一車間、鈑金二車間、兩器車間和總裝車間4個(gè)車間，使用天然氣的車間是鈑金二車間、兩器車間和總裝車間?？照{(diào)公司天然氣管道布置見圖1。

天然氣從附近市區(qū)中壓、公稱直徑為500 mm鋼質(zhì)的干管過路接入，進(jìn)庭院后設(shè)置2臺(tái)調(diào)壓柜，1臺(tái)為鈑金2車間和兩器車間部分設(shè)備供氣，設(shè)計(jì)流量為600 m3/h，最高運(yùn)行壓力為0.15 MPa；另1臺(tái)為兩器車間另外一部分設(shè)備和總裝車間供氣，最高運(yùn)行壓力為0.08 MPa，設(shè)計(jì)流量為1 500 m3/h。從市區(qū)中壓接氣點(diǎn)之后到調(diào)壓柜入口前，以及調(diào)壓柜出口后到各車間引入口的庭院燃?xì)夤艿?，均為埋地PE管，PE管通過鋼塑轉(zhuǎn)換接頭與調(diào)壓柜的進(jìn)出口鋼質(zhì)管道、進(jìn)車間的架空鋼質(zhì)管道連接。項(xiàng)目自2014年4月開工，2015年1月底之前竣工驗(yàn)收通過，置換通氣后投用?？照{(diào)公司自2015年6月開始用氣，年用氣量為40×104m3，每月用氣量很不均衡，且實(shí)際最大小時(shí)用氣量不足設(shè)計(jì)流量的20%。

據(jù)空調(diào)公司技術(shù)人員介紹，自項(xiàng)目投用后，每年夏季都會(huì)有氣焊槍堵塞的情況，2016年曾經(jīng)在天然氣調(diào)壓柜處做過排污處理，處理后情況有所好轉(zhuǎn)，但2017年又頻繁出現(xiàn)多個(gè)氣焊槍堵塞，其中總裝車間天然氣氣焊槍堵塞情況尤為突出。

② 焊槍堵塞的原因

技術(shù)人員到空調(diào)公司總裝車間實(shí)地走訪調(diào)查，總裝車間焊接生產(chǎn)線使用天然氣作燃料，選用硼酸三甲酯為助焊劑，助焊劑被加入到焊劑發(fā)生器中，以蒸氣的形式與通入焊劑發(fā)生器的天然氣進(jìn)行混合，進(jìn)入焊槍。工作時(shí)混合氣燃燒發(fā)出明亮的綠色火焰，火焰提高釬料的濕潤(rùn)性、流動(dòng)性，減少針孔的產(chǎn)生，提高焊縫質(zhì)量，釬焊區(qū)金屬表面無氧化，焊接后不用酸洗，從而提高生產(chǎn)效率，降低成本。查看現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，總裝車間天然氣焊槍附近地面上有零星乳白色的芝麻大小的固體顆粒，這是助焊劑與水形成的水合物，也是造成焊槍口堵塞的小顆粒結(jié)晶體。技術(shù)人員已排除助焊劑含水量高的因素，初步判定是天然氣含水量高造成的。

③ 水露點(diǎn)測(cè)試情況

采用標(biāo)定過的SHAW水露點(diǎn)測(cè)試儀可以在線較為準(zhǔn)確地測(cè)試天然氣水露點(diǎn)，然后根據(jù)GB/T 22634—2008《天然氣水含量與水露點(diǎn)之間的換算》換算出天然氣的含水量。為判定空調(diào)公司天然氣含水量情況，2017年7月對(duì)空調(diào)公司供氣系統(tǒng)進(jìn)行了檢測(cè)，選取了6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試點(diǎn)位置見圖1。測(cè)試結(jié)果顯示總裝車間入戶處、總裝車間末端水露點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他位置。為避免出現(xiàn)測(cè)試誤差，燃?xì)夤居脺y(cè)試儀在不同環(huán)境溫度下選取不同時(shí)段多次測(cè)試，數(shù)據(jù)雖然有差異，但規(guī)律基本一致。水露點(diǎn)測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 水露點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

④ 含水量異常的分析

天然氣管網(wǎng)正常運(yùn)行情況下處于密閉狀態(tài)，管網(wǎng)游離水來源有兩種可能。一種是庭院管網(wǎng)在施工階段進(jìn)水，在投產(chǎn)前未能吹掃干凈；另一種是游離水從上游市區(qū)管網(wǎng)隨天然氣流入到庭院管網(wǎng)末端。

a.市區(qū)管網(wǎng)供氣系統(tǒng)進(jìn)水排查

利用市區(qū)閥門井放散口(見圖1中位置①)，對(duì)管網(wǎng)末端天然氣進(jìn)行放散，未發(fā)現(xiàn)游離水；對(duì)調(diào)壓柜過濾器進(jìn)行排污，拆除調(diào)壓器前過濾器進(jìn)行觀察，也未發(fā)現(xiàn)游離水。根據(jù)表1，市區(qū)末端閥門井處和調(diào)壓柜出口處，含水量均較低，可以判定從上游市區(qū)管網(wǎng)隨天然氣流入到庭院管網(wǎng)末端的可能性不大。

b.庭院管道破損檢查

用激光甲烷遙距遙測(cè)儀對(duì)庭院管道反復(fù)3次檢測(cè)均未發(fā)現(xiàn)天然氣泄漏，排除了庭院管道破損進(jìn)水的可能。拆除總裝車間內(nèi)計(jì)量表前過濾器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)過濾器干燥，無游離水。

c.庭院管道施工積水

查閱竣工資料，該項(xiàng)目2014年4月開工，2015年1月底之前竣工驗(yàn)收通過，庭院埋地管道為PE管，公稱管徑為200 mm，管徑較大。管道施工期間為夏季，當(dāng)年雨水較多，管網(wǎng)末端有可能積存雨水。

d.氣焊槍堵塞的原因判定

根據(jù)表1分析，總裝車間引入管處含水量最高，該處又是埋地管道的末端，理論上可以判定該處存在積水?？傃b車間末端含水量較高但低于總裝車間引入管處，有可能是天然氣通過該積水處進(jìn)入車間架空管道，到達(dá)車間內(nèi)氣焊槍前端，水分子隨天然氣通過助焊劑，與助焊劑產(chǎn)生結(jié)晶體，然后隨氣流進(jìn)入氣焊槍，堵塞槍口。

綜合分析以上情況可判定：總裝車間引入管前埋地管網(wǎng)是管網(wǎng)末端，存有積水，施工階段進(jìn)水的可能性最大，游離水在投產(chǎn)前未吹掃干凈，長(zhǎng)時(shí)間存留于庭院管網(wǎng)末端。

3 積水的排查及處置

2017年9月，燃?xì)夤九c空調(diào)公司聯(lián)合，制定了天然氣檢修處置實(shí)施方案。在工廠停產(chǎn)放假期間，對(duì)庭院燃?xì)夤艿老冗M(jìn)行保壓，之后進(jìn)行停氣置換，然后對(duì)管道內(nèi)殘留的水分進(jìn)行排除，主要包含以下3方面。

① 保壓

將調(diào)壓柜出口端壓力表更換為0.4級(jí)、量程范圍為0～0.4 MPa的精密壓力表。確保調(diào)壓柜進(jìn)口閥門和進(jìn)各車間的支管總閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。利用庭院管網(wǎng)內(nèi)天然氣余壓并穩(wěn)壓24 h后，觀察管道內(nèi)天然氣壓力沒變化，證明管道無泄漏。

② 吹掃

a.放散：通過總裝車間內(nèi)原有的放散系統(tǒng)排空庭院管網(wǎng)內(nèi)的天然氣余氣。

b.用氮?dú)膺M(jìn)行置換：在調(diào)壓柜出口處，用氮?dú)馄拷M通過軟管與調(diào)壓器后用戶側(cè)壓力表接口處連接。在調(diào)壓器后用戶側(cè)打壓口向管道打入氮?dú)猓玫獨(dú)鈱?duì)吹掃管段進(jìn)行置換。打開總裝車間放散閥進(jìn)行放散，直至檢測(cè)到天然氣體積分?jǐn)?shù)小于1%，關(guān)閉總裝車間放散閥。埋地管道末端(見附圖1中位置a)與總裝車間管道的連接管，并加裝PE管帽。在庭院埋地管道末端加裝吹掃口，開挖符合要求的作業(yè)坑，確保管網(wǎng)末端天然氣管道四周與下部保證有0.5 m以上的空間。在埋地管道末端割掉一段管道，熔接鋼塑轉(zhuǎn)換接頭后，焊接同管徑的鋼質(zhì)蝶閥，作為吹掃控制閥，閥門之后接1.5 m的同管徑的鋼質(zhì)管道作為吹掃口，正對(duì)吹掃口的坑壁設(shè)置木板護(hù)坡，木板距離吹掃口約0.5 m。

c.用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃：在調(diào)壓器后用戶側(cè)向管道充入氮?dú)猓訅旱?.2 MPa停止，打開末端吹掃控制閥進(jìn)行吹掃。管道壓力降低為0 MPa時(shí)，關(guān)閉末端吹掃控制閥，重新打壓，反復(fù)吹掃。

d.吹掃結(jié)果：從吹掃口排出大量積水，反復(fù)吹掃9次后，積水才完全排出。吹掃結(jié)果證明了庭院管網(wǎng)存在較多積水，與前文分析一致。

③ 恢復(fù)通氣

吹掃合格后，卸除氮?dú)馄拷M，管道內(nèi)氮?dú)馀趴?，精密壓力表更換為原壓力表。割除埋地管道末端的鋼塑轉(zhuǎn)換接頭，拆卸吹掃控制閥門及閥門之后1.5 m的鋼質(zhì)管道，在埋地管道末端加裝PE管帽；熔接埋地管道末端與總裝車間管道的連接管(先割除該處的PE管帽)。緩慢打開調(diào)壓柜進(jìn)、出氣閥門，打開總裝車間的進(jìn)氣閥門，使用檢漏儀對(duì)焊口進(jìn)行檢漏，通過總裝車間的放散系統(tǒng)進(jìn)行管道置換，通過總裝車間內(nèi)適宜閥門接口處檢測(cè)燃?xì)鉂舛?，確認(rèn)置換合格。打開其他支管總閥門及車間內(nèi)閥門，恢復(fù)供氣。正常后回填作業(yè)工作坑。

4 處置后的效果及借鑒意義

① 處置效果

自2017年9月對(duì)庭院管網(wǎng)積水進(jìn)行排查處理后，7 d后測(cè)試總裝車間引入管處水露點(diǎn)，含水量明顯降低，水露點(diǎn)下降至-20 ℃，總裝車間末端下降至-24 ℃；180 d后再次測(cè)試，兩處的水露點(diǎn)進(jìn)一步降低。

② 借鑒意義

a.燃?xì)夤驹谟脩糸_發(fā)時(shí)，要關(guān)注工業(yè)用戶對(duì)氣質(zhì)的特殊要求，必要時(shí)提前設(shè)置燃?xì)飧稍镌O(shè)施。b.要提高工程施工質(zhì)量，特別是針對(duì)雨季施工，要做好防雨防水措施，特別關(guān)注管道吹掃的潔凈程度。c.在管網(wǎng)末端，必要時(shí)要設(shè)計(jì)安裝排污閥門井，定期排污檢查。