長(zhǎng)輸管線(xiàn)絕緣接頭氣密性試驗(yàn)泄露分析及檢測(cè)方案

王冬林， 張佳寧， 祝 龍， 吳金輝， 蔡 彬

（1. 中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院， 西安710077；2. 北京隆盛泰科石油管科技有限公司， 北京100101；3. 陜西省天然氣股份有限公司， 西安710016）

絕緣接頭是在長(zhǎng)輸管道中起絕緣、 密封、 防止電化學(xué)腐蝕作用的特殊管道接頭[1-3]， 這類(lèi)接頭已經(jīng)替代絕緣法蘭廣泛應(yīng)用于西氣東輸管道工程、 中俄東線(xiàn)天然氣管道工程、 潛江到韶關(guān)管道工程等各大工程項(xiàng)目[4-7]。 隨著石油行業(yè)的日益發(fā)展， 絕緣接頭使用越來(lái)越多， 出現(xiàn)事故可能性也大大提高[8]， 因此提高絕緣接頭使用安全性已經(jīng)變得極為重要。 本研究針對(duì)某國(guó)家項(xiàng)目采購(gòu)的絕緣接頭出現(xiàn)的氣密性試驗(yàn)泄露現(xiàn)象， 從鋼制短管、 鍛件質(zhì)量、 焊縫質(zhì)量、 密封件、 絕緣件質(zhì)量、 絕緣填料注入、 壓裝工藝質(zhì)量等幾個(gè)方面進(jìn)行了分析， 提出解決方案并進(jìn)行應(yīng)用。

1 絕緣接頭制造流程及工作原理

1.1 絕緣接頭制造流程

絕緣接頭制造流程為： 絕緣接頭原材料驗(yàn)收→各零部件機(jī)加工→左右組件組焊→焊縫射線(xiàn)檢測(cè)→絕緣接頭壓裝→固定套與左組件組焊→焊縫超聲檢測(cè)→熱處理→壓力測(cè)試→包覆、 涂漆→電絕緣性能檢測(cè)→包裝、 入庫(kù)→發(fā)運(yùn)[9]。 其中，壓力測(cè)試包括水壓強(qiáng)度試驗(yàn)、 水壓加彎矩試驗(yàn)、水壓循環(huán)試驗(yàn)以及氣密性試驗(yàn)， 壓力測(cè)試作為保證安全性使用的重要試驗(yàn)， 應(yīng)該加以重點(diǎn)關(guān)注。

1.2 絕緣接頭工作原理

絕緣接頭結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。 該絕緣接頭由左右短管、 左右法蘭、 固定套、 密封件、 絕緣填料、 絕緣環(huán)組成， 其中左右法蘭、 固定套為鍛件， 由工廠采購(gòu)半成品自行機(jī)加工完成。 絕緣接頭工作原理是利用左法蘭、 右法蘭和固定套之間的環(huán)形空間， 在環(huán)形空間中填充密封件、 絕緣件和絕緣填料形成既絕緣又密封的結(jié)構(gòu)， 從而實(shí)現(xiàn)絕緣接頭兩端管道良好的電絕緣性能。

圖1 絕緣接頭結(jié)構(gòu)示意圖

2 絕緣接頭氣密性試驗(yàn)

某國(guó)家項(xiàng)目在某廠采購(gòu)的10 套PN10 MPa、DN1 000 規(guī)格絕緣接頭， 為了檢測(cè)絕緣接頭的氣密性， 根據(jù)SY/T 0516—2016[10]中 “9.2 嚴(yán)密性試驗(yàn)” 規(guī)定， 工廠在深坑里面進(jìn)行氣密封性測(cè)試，測(cè)試要求見(jiàn)表1。 其中1 套在進(jìn)行水壓強(qiáng)度試驗(yàn)、 水壓+彎矩試驗(yàn)、 水壓循環(huán)試驗(yàn)時(shí)合格， 但在進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)， 低壓升到0.4～0.5 MPa 時(shí)，壓縮機(jī)壓力無(wú)法升高， 可能是絕緣接頭泄露導(dǎo)致。 由于PN10 MPa、 DN1 000 規(guī)格絕緣接頭氣密性試驗(yàn)需要?dú)怏w量過(guò)大， 因此不能靠近。

表1 絕緣接頭壓力測(cè)試項(xiàng)目及要求

3 絕緣接頭氣密性試驗(yàn)泄露原因分析

3.1 鋼制短管、 鍛件質(zhì)量分析

10 套PN10 MPa、 DN1 000 規(guī) 格 的 絕 緣 接頭鋼管材質(zhì)為L(zhǎng)485M， 規(guī)格為Φ1 016 mm×26.2 mm； 鍛件的材質(zhì)為F70， 負(fù)責(zé)采購(gòu)的單位均為甲級(jí)供貨資質(zhì)單位， 鋼管、 鍛件的質(zhì)證書(shū)均符合要求。 鋼管、 鍛件入廠后均進(jìn)行了理化復(fù)檢， 鋼管復(fù)檢結(jié)果符合GB/T9711—2017要求[11]， 鍛件復(fù)檢結(jié)果符合ASTM A694/A694M—2016 要求[12]， 因此可以排除鋼制短管、 鍛件質(zhì)量原因。

3.2 焊縫質(zhì)量分析

絕緣接頭焊縫包括管材與左法蘭、 右法蘭環(huán)焊縫 （圖1 中焊縫1） 及固定套與左法蘭環(huán)焊縫（圖1 中焊縫2）， 兩種焊接工藝見(jiàn)表2， 焊接過(guò)程未見(jiàn)異常， 焊接工藝評(píng)定報(bào)告符合NB/T 47014—2011 規(guī)定[13]。 對(duì)管材與左、 右法蘭環(huán)焊縫進(jìn)行射線(xiàn)檢測(cè)， 檢查底片符合NB/T 47013.2—2015 中的II 級(jí)規(guī)定， 對(duì)管材與左、 右法蘭環(huán)焊縫以及固定套與左法蘭環(huán)焊縫進(jìn)行超聲檢測(cè)， 檢測(cè)結(jié)果符合NB/T 47013.3—2015 中的I 級(jí)規(guī)定[14]。 絕緣接頭焊縫外觀及無(wú)損檢測(cè)要求應(yīng)符合SY/T 0516—2016[11]，詳細(xì)要求見(jiàn)表3， 因此可以排除焊縫質(zhì)量原因。

表2 絕緣接頭焊接工藝參數(shù)

表3 絕緣接頭焊縫外觀及無(wú)損檢測(cè)要求

3.3 密封件、 絕緣件質(zhì)量分析

密封件、 絕緣件是工廠根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)計(jì)， 由工廠技術(shù)人員根據(jù)多年的生產(chǎn)和反饋經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本項(xiàng)目采用的密封件為U 形結(jié)構(gòu)， 密封件中間包裹絕緣環(huán)。 檢查密封件、 絕緣件質(zhì)量證明文件， 均符合要求。 拆開(kāi)絕緣接頭取出密封件、 絕緣件進(jìn)行測(cè)試， 絕緣件測(cè)試外觀、 尺寸、絕緣值， 尺寸符合圖紙要求， 外觀及絕緣值符合SY/T 0516—2016 要求。 密封件測(cè)試外觀、 尺寸和肖氏硬度， 外觀有破損情況， 肖氏硬度不符合SY/T 0516—2016 要求， 并且尺寸測(cè)量不符合圖紙要求， 密封件參數(shù)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。 尺寸不合格項(xiàng)目有密封圈的關(guān)鍵尺寸， 包括U 形結(jié)構(gòu)整體寬度、 U 形結(jié)構(gòu)邊緣寬度和密封件外徑， 初步懷疑為密封件尺寸和肖氏硬度不符合技術(shù)要求導(dǎo)致氣密性試驗(yàn)泄漏。

表4 密封件參數(shù)測(cè)量結(jié)果

3.4 絕緣填料注入、 壓裝工藝質(zhì)量

絕緣填料注入為常規(guī)工藝， 將絕緣膠注入絕緣件、 密封件空隙并保持靜置， 等待膠體正常凝固即可。 絕緣接頭壓裝也是常規(guī)工藝， 壓緊力為575～620 kN， 壓裝后絕緣板與左、 右法蘭間隙不超過(guò)0.3 mm， 到達(dá)指定間隙范圍后及時(shí)進(jìn)行點(diǎn)焊。本項(xiàng)目生產(chǎn)的4 套PN10 MPa、 DN1 200 規(guī)格絕緣接頭也采用此工藝和同種絕緣膠， 但無(wú)氣密性試驗(yàn)泄露情況發(fā)生， 因此可以排除填料工藝原因。此外壓裝工藝與其余9 套氣密性試驗(yàn)合格的絕緣接頭完全一樣， 因此也可以排除壓裝工藝原因。

3.5 絕緣接頭氣密性試驗(yàn)泄露綜合原因分析

由上述分析結(jié)果可知， 鋼制短管和鍛件質(zhì)量、 焊縫質(zhì)量、 絕緣件質(zhì)量、 絕緣填料注入工藝無(wú)明顯異常， 應(yīng)該可以排除， 但密封件由于外徑偏大、 U 形結(jié)構(gòu)邊緣寬度控制過(guò)厚、 U 形結(jié)構(gòu)整體寬度控制過(guò)厚并且肖氏硬度偏高， 造成絕緣接頭壓裝時(shí)， 采取同樣大小的壓裝力會(huì)造成密封件損壞。 另外該套絕緣接頭進(jìn)行了水壓＋彎矩試驗(yàn)， 水壓＋彎矩試驗(yàn)過(guò)程對(duì)絕緣接頭中間部分形成彎曲效果， 進(jìn)一步加大了密封件的損壞程度，導(dǎo)致接頭氣密性試驗(yàn)泄露。

4 泄露問(wèn)題解決方案及實(shí)際效果

4.1 加裝旋轉(zhuǎn)攝像頭檢查泄露情況

絕緣接頭氣密性試驗(yàn)泄露的位置一般為焊縫或者密封件、 絕緣件、 絕緣填料注入位置， 所以， 為了檢查氣密性試驗(yàn)泄露情況， 可以在這幾個(gè)位置加裝旋轉(zhuǎn)攝像頭， 并在氣密性試驗(yàn)前涂抹肥皂水， 觀察肥皂水起泡情況。 此方法經(jīng)過(guò)測(cè)試， 效果較好， 能夠較早、 較準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)泄露情況， 但此方法為了安裝攝像頭必須設(shè)計(jì)安裝支架， 而且對(duì)于不同規(guī)格絕緣接頭必須制備專(zhuān)門(mén)支架， 投入成本較大， 故不推薦使用。

4.2 加裝漏氣孔檢查泄露情況

由上述分析， 本項(xiàng)目絕緣接頭泄露的通道為密封件、 絕緣件、 絕緣填料注入位置， 為了使檢查更加簡(jiǎn)單方便， 可以在固定套上方開(kāi)小螺絲孔引出導(dǎo)管， 導(dǎo)管另一端插入旁邊的水盤(pán)， 水盤(pán)上方安裝高清攝像頭， 觀察水盤(pán)有無(wú)氣泡產(chǎn)生就能發(fā)現(xiàn)泄露情況， 待氣密性試驗(yàn)合格后， 小螺栓孔再加以封焊打磨處理， 由于固定套并不承壓， 固定套上方開(kāi)孔不影響絕緣接頭使用性能。 使用此方法觀察氣密性試驗(yàn)泄露與否的要點(diǎn)在于觀察氣泡情況： 升壓過(guò)程， 可能產(chǎn)生無(wú)時(shí)間規(guī)律氣泡，但不會(huì)產(chǎn)生有時(shí)間規(guī)律氣泡， 保壓過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生氣泡。 此方案已經(jīng)得到應(yīng)用， 測(cè)試結(jié)果好， 能夠更早、 更精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)泄露情況， 大大提高了檢查泄露的效率。

5 結(jié)論和建議

（1） 從鋼制短管和鍛件質(zhì)量、 焊縫質(zhì)量、 密封件和絕緣件質(zhì)量、 絕緣填料注入和壓裝工藝質(zhì)量幾個(gè)方面對(duì)絕緣接頭氣密性試驗(yàn)泄露原因進(jìn)行了分析， 最后綜合分析原因?yàn)椋?密封件由于外徑偏大、 U 形結(jié)構(gòu)邊緣寬度控制不均勻并且肖氏硬度偏高造成絕緣接頭壓裝時(shí)， 采取同樣大小的壓裝力造成密封件損壞。 另外， 該絕緣接頭進(jìn)行了水壓＋彎矩試驗(yàn)， 試驗(yàn)中接頭中間部分發(fā)生彎曲， 進(jìn)一步加重密封件的損壞程度， 導(dǎo)致最終氣密性試驗(yàn)的泄露。

（2） 為了更好地分析絕緣接頭氣密性試驗(yàn)泄露原因， 須明確絕緣接頭氣密性試驗(yàn)泄露位置，提出加裝旋轉(zhuǎn)攝像頭、 涂抹肥皂水檢查泄露位置和加裝漏氣孔檢查泄露情況兩種方案。

（3） 加裝漏氣孔檢查泄露情況的方案已經(jīng)在實(shí)踐當(dāng)中得到應(yīng)用， 測(cè)試結(jié)果好， 能夠更早、更精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)泄露情況， 大大提高了檢查泄露的效率。