農(nóng)村地區(qū)低壓燃?xì)夤芫€水堵成因及搶修方法探索

汪建平 張淇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2012-5640-1426

摘? 要：隨著農(nóng)村“煤改氣”工程的迅速開展，對(duì)提高農(nóng)村生活質(zhì)量、改善大氣環(huán)境發(fā)揮重要作用的同時(shí)，安全問題也日益突出，其中農(nóng)村地區(qū)冬季水堵事故是其中一個(gè)較為突出的問題，對(duì)農(nóng)村燃?xì)庥脩粢约肮馄髽I(yè)造成巨大損失。本文介紹了北京市南部農(nóng)村“煤改氣”地區(qū)低壓燃?xì)夤芫€水堵狀況，通過分析水堵形成原因，針對(duì)其影響范圍大、分散性強(qiáng)、反復(fù)發(fā)生、治理困難等特點(diǎn)，結(jié)合城鎮(zhèn)燃?xì)饴竦毓芫€水堵?lián)屝薹椒?，提出一種適合農(nóng)村地區(qū)低壓燃?xì)夤芫€水堵的搶修方法——壓縮機(jī)排水法，并闡述了該方法的主要內(nèi)容、工作流程、應(yīng)用實(shí)例和效果。實(shí)踐表明，該方法適用于農(nóng)村地區(qū)低壓燃?xì)夤芫€水堵事故的搶修，有效避免或減少燃?xì)夤芫€水堵事故的反復(fù)發(fā)生，可在農(nóng)村地區(qū)水堵事故中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村地區(qū)? 煤改氣? 燃?xì)夤芫€? 水堵? 壓縮機(jī)排水法

中圖分類號(hào)：TU996.8 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2021）03（c）-0023-04

Exploration of the Causes of Water Blockage and Emergency Repair Methods in Low-pressure Gas Pipelines in Rural Areas

WANG Jianping? ZHANG Qi

（Beijing Gas Group Co.， Ltd.， Beijing， 100035 China）

Abstract： With the rapid development of the rural "Coal to gas" project， while playing an important role in improving the quality of life in rural areas and improving the atmospheric environment， safety issues have also become increasingly prominent. Among them， water blockage accidents in rural areas in winter are one of the more prominent issues ， Causing huge losses to rural gas users and gas supply companies. This article introduces the water blockage of low-pressure gas pipelines in the rural "coal-to-gas" area in southern Beijing. Through analysis of the causes of water blockage， it is based on the characteristics of large impact， strong dispersion， repeated occurrence， and difficult governance， combined with urban gas buried The emergency repair method of pipeline water blockage， a emergency repair method suitable for water blockage of low-pressure gas pipelines in rural areas-compressor drainage method， and the main content， work flow， application examples and effects of the method are described. Practice has shown that this method is suitable for repairing water blockage accidents in low-pressure gas pipelines in rural areas， effectively avoiding or reducing the repeated occurrence of water blockage accidents in gas pipelines， and can be popularized and applied in water blockage accidents in rural areas.

Key Words： Rural areas; Coal to gas; Gas pipeline; Water blockage; Compressor drainage method

燃?xì)庾鳛槌青l(xiāng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，是能源供應(yīng)的重要組成部分，對(duì)提高人民生活質(zhì)量、改善大氣環(huán)境、改善生活環(huán)境起到了重要作用。北京市農(nóng)村地區(qū)“減煤換煤清潔空氣行動(dòng)”是市委、市政府貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院對(duì)于首都大氣污染防治工作的重要舉措[1]?！侗狈降貐^(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017—2021年）》要求北方重點(diǎn)城市的農(nóng)村清潔供暖率2019年達(dá)到40%以上、2021年達(dá)到60%以上[2]。在政策驅(qū)動(dòng)下，“煤改氣”工程快速開展，僅2017年北京完成了覆蓋 336個(gè)村、14.4萬戶的農(nóng)村“煤改氣”項(xiàng)目，基本實(shí)現(xiàn)了大興、房山、通州、豐臺(tái)南部四區(qū)“無煤化”。但隨著“煤改氣”的大面積實(shí)施，用戶的快速發(fā)展，管網(wǎng)的不斷延伸，安全問題也日益突出，其中農(nóng)村地區(qū)低壓燃?xì)夤芫€水堵事故是一個(gè)較為突出的問題，它不但會(huì)造成大面積停氣，影響用戶的用氣需求，且處理過程慢，還影響燃?xì)夤?yīng)企業(yè)的形象。在全面落實(shí)“接訴即辦”，不斷提升服務(wù)品質(zhì)的工作要求下，已成為供氣企業(yè)的服務(wù)痛點(diǎn)問題。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017—2019年供暖季期間，北京市南部“煤改氣”地區(qū)共發(fā)生水堵1286次，因農(nóng)村水堵導(dǎo)致各類維修工單共計(jì)600余張，堵點(diǎn)位置多為燃?xì)獗砑耙肟谇肮艿缽濐^處或地形起伏較多的區(qū)域。水堵事故對(duì)用戶安全、穩(wěn)定用氣造成困擾，極大增加了燃?xì)庾鳂I(yè)人員的作業(yè)量;當(dāng)水或天然氣水合物聚集在調(diào)壓箱、閥門等燃?xì)夤?jié)流設(shè)備處時(shí)還會(huì)損害燃?xì)庠O(shè)備設(shè)施，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失;且積水或水合物的存在，使天然氣流通面積縮小，造成積水上方壓力減小、流速增大，導(dǎo)致介質(zhì)流量計(jì)量不準(zhǔn)確，使計(jì)量儀器精度減小[3-5]。因此，如何快速準(zhǔn)確地查找水堵原因并及時(shí)采取適用方法進(jìn)行搶修工作，已成為提高農(nóng)村地區(qū)燃?xì)鈶?yīng)急搶修能力、保障農(nóng)村燃?xì)獍踩\(yùn)行的重要前提，亟需探索方法徹底排凈管線內(nèi)的積水，從根源上解決水堵事故，提高供氣的安全性和穩(wěn)定性，降低運(yùn)營成本，提升服務(wù)質(zhì)量。本文通過對(duì)農(nóng)村地區(qū)低壓燃?xì)夤芫€水堵事故原因進(jìn)行分析，就農(nóng)村地區(qū)水堵處置方法展開探討，有效解決管線水堵事故，提高搶修工作效率，供同行參考。

1? 水堵形成原因分析

一般埋地燃?xì)夤芫€水堵主要有以下幾個(gè)原因：（1）管道工程建設(shè)不合格。由于施工過程保護(hù)不足，造成地下水、雨水倒灌入管道，加之試壓時(shí)又未做排水處理，通氣后形成水堵[6-7]。（2）施工開挖造成燃?xì)夤艿朗軗p，滲入地下水形成水堵。城市建設(shè)中，一些施工單位野蠻施工，常常挖斷燃?xì)夤艿溃?dāng)水壓大于氣壓時(shí)，極易造成燃?xì)夤艿肋M(jìn)水[7]。（3）用戶私自安裝壁掛爐或熱水器造成水堵。燃?xì)獗趻鞝t或熱水器必須由具有資格證的安裝人員安裝，一些用戶由于缺乏燃?xì)獍踩R(shí)，經(jīng)常私自安裝壁掛爐或熱水器，導(dǎo)致水管與燃?xì)夤芙涌诎惭b錯(cuò)誤，造成自來水流入燃?xì)夤芫W(wǎng)形成水堵[6-8]。

經(jīng)調(diào)查分析，由于農(nóng)村“煤改氣”工程量大，工期短，存在雨季施工情況，由于施工過程中保護(hù)不足，導(dǎo)致地下水、雨水倒灌入管道，試壓時(shí)排水處理又不徹底，使農(nóng)村低壓燃?xì)夤芫€聚集大量積水。同時(shí)，由于農(nóng)村地區(qū)地質(zhì)松軟，管道基底壓實(shí)度有所欠缺，在運(yùn)營過程中管道發(fā)生不均勻沉降，對(duì)于PE管等可變形的柔性材質(zhì)管道，破壞了其已形成的燃?xì)夤艿榔露萚9]。管道沿途高低起伏落差較大，在一定范圍內(nèi)形成存水彎，使管道內(nèi)各低洼處分散積水，導(dǎo)致出現(xiàn)潛在水堵隱患。初始工況下，積水并未堵塞天然氣輸送，但在輸氣過程中，特別是供暖季期間，隨著下游用氣量的增大，水會(huì)隨著氣流逐漸向下游的低洼處運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下游水聚集到一定程度后，便形成水堵事故，如圖1所示。在冬季，由于地面以上環(huán)境溫度低，低于天然氣水露點(diǎn)，小水珠或水蒸氣隨天然氣輸送過程中，在出地面引入口處易受冷形成天然氣水合物堵塞引入口，也會(huì)形成冰堵。

2? 水堵?lián)屝薹椒斑m用性分析

對(duì)于城鎮(zhèn)及農(nóng)村埋地燃?xì)夤芫€，水堵成因主要包括施工質(zhì)量缺陷、外力破壞或腐蝕等因素導(dǎo)致管道破損致地下水滲入、以及壁掛爐或熱水器錯(cuò)誤連接導(dǎo)致燃?xì)夤艿雷⑷肫渌慈愒騕10]。水源均為外界排入，并非氣質(zhì)缺陷，對(duì)于注入甲醇等抑制劑方法并不適用。其次，城鎮(zhèn)及農(nóng)村管線管徑小且存在彎頭、三通、變徑，清管器清除積水方法也無法實(shí)現(xiàn)。針對(duì)城鎮(zhèn)及農(nóng)村燃?xì)夤芫€水堵，解決方法主要包括低點(diǎn)打孔排水、凝水缸排水、真空泵排水以及壓縮機(jī)排水4種方法：

（1）打孔排水治理水堵主要應(yīng)用于錯(cuò)誤連接或管道存在漏點(diǎn)導(dǎo)致其他水源注入所引發(fā)的水堵，其特點(diǎn)為：水聚集于一處（即低點(diǎn)處），管道其他位置尚未有水的聚集，通過打孔排水可將水一次性排凈而避免對(duì)其他管段產(chǎn)生影響。該方法需要在發(fā)生事故后及時(shí)挖探坑尋找低點(diǎn)，由于埋地管線高程的復(fù)雜性以及管線上方環(huán)境的不確定性，在尋找積水點(diǎn)時(shí)會(huì)存在較大的困難。

（2）當(dāng)?shù)忘c(diǎn)處存在凝水缸時(shí)，則在凝水缸利用抽水管排出積水。但目前燃?xì)馄毡闉樘烊粴猓–H4、C2H6），人工煤氣已逐漸淡出市場，凝水缸作為抽除人工煤氣中水分的燃?xì)夤艿琅涮自O(shè)施也已不再新建，故凝水缸排水方法使用范圍將逐漸變窄。

（3）利用真空泵或抽水泵排水多用在管線出地面后的引入口處，該方法能用最短的時(shí)間暫時(shí)性解決水堵問題，恢復(fù)用戶用氣，但無法徹底解決隱患，類似停氣事故還會(huì)繼續(xù)發(fā)生。

（4）壓縮機(jī)排水法則是在燃?xì)夤艿赖母唿c(diǎn)斷管，并設(shè)置壓縮機(jī)進(jìn)行氣體加壓，在管線末端引入口設(shè)置多個(gè)排水口，當(dāng)壓縮機(jī)加到一定壓力時(shí)，打開末端引入口排水，多次吹掃，直至引入口無水排出。由于壓縮機(jī)排水的過程只有空氣排出，是比較安全的，該方法需要停氣后斷管吹掃，雖耗時(shí)較長，但可以一次性排出作業(yè)范圍管道內(nèi)所有積水，對(duì)于大范圍、分散性水堵最為有效。

目前新農(nóng)村低壓燃?xì)夤芫€普遍使用SDR17.6 的聚乙烯管，管徑主要包括DE63、DE110、DE160、DE200、DE315等，埋地坡度一般為0.003，且農(nóng)村地區(qū)低壓燃?xì)夤芫€水堵存在影響范圍大、積水點(diǎn)多且分散等特點(diǎn)。壓縮機(jī)排水法原理是利用壓縮氣體流動(dòng)的沖量，將分散在管道內(nèi)的積水、雜物從管道中排出。排出雜物與積水的效率與壓縮氣體密度、氣體流速、吹掃時(shí)間、管長、管徑及坡度相關(guān)，當(dāng)管道內(nèi)吹掃氣體密度降低、流量增大、流速提高、管徑減小、坡度越小時(shí)，排水效率提高[11-12]。吹掃時(shí)，出口（排水口）壓力為大氣壓，當(dāng)吹掃前管道內(nèi)壓力提高時(shí)，壓差增大會(huì)使氣體加速流動(dòng)，從而提高吹掃氣體流速，提高排水效率。因此，當(dāng)吹掃氣體、燃?xì)夤艿兰皦嚎s機(jī)規(guī)格確定后，提高排水效率需加快吹掃氣體流速，即提高吹掃前管道內(nèi)壓力。根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》規(guī)范，該材質(zhì)PE管投產(chǎn)通氣前強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為0.2MPa[13]，吹掃壓力不得超過管道強(qiáng)度試驗(yàn)壓力[7]，因此最佳吹掃壓力為0.2MPa。

綜上所述，選用壓縮機(jī)排水法對(duì)農(nóng)村地區(qū)低壓燃?xì)夤芫€水堵?lián)屝尢幚恚?dāng)吹掃壓力為0.2MPa時(shí)，水堵?lián)屝扌首罡摺⑿Ч顑?yōu)，可一次性徹底消除水堵問題。

3? 農(nóng)村地區(qū)水堵?lián)屝迣?shí)例及成效

基于水堵?lián)屝薹椒ㄟm用性分析，選取南六環(huán)外水堵事故較為嚴(yán)重的梨園村、車站村、賀北村和西麻各莊村四座村莊，開展壓縮機(jī)排水法水堵?lián)屝拮鳂I(yè)。本文以車站村低壓燃?xì)夤芫€水堵情況（見圖1）及其搶修作業(yè)為例說明。

2017—2019年供暖季期間，北京市大興區(qū)魏善莊鎮(zhèn)車站村反復(fù)出現(xiàn)多戶無氣現(xiàn)象，無氣用戶均在同一條街道上。經(jīng)核實(shí)，該村氣源為液化天然氣（LNG）點(diǎn)供站，2017年驗(yàn)收通氣，查詢GIS圖檔系統(tǒng)，無氣用戶氣源管線為一條東西向DE315的聚乙烯管主線，各引入口為南北向DE63的聚乙烯管支線，主管線上游端為高點(diǎn)，東西長度約為203m，下游帶12個(gè)引入口、新農(nóng)村用戶25戶。經(jīng)在低壓閘放散口及其他街道引入口檢測壓力均正常，推斷為該條街道燃?xì)夤芫€低洼處水堵阻斷燃?xì)廨斔?。采取入戶檢查等措施后，排除了因用戶私自安裝壁掛爐或熱水器造成水堵的可能性。因此，判定水堵極有可能為施工時(shí)保護(hù)不足導(dǎo)致雨水進(jìn)入管道，隨著供暖季用氣量增大，天然氣攜帶積水聚集至下游低洼處所致。期間，曾多次在引入口處利用抽水泵排水，該方法雖可暫時(shí)排出引入口處積水或水合物，但隨燃?xì)獾某掷m(xù)輸送，管道中積水會(huì)再次吹掃至引入口處，導(dǎo)致反復(fù)發(fā)生水堵。為徹底消除該村水堵問題，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采用壓縮機(jī)排水法搶修水堵作業(yè)，作業(yè)示意圖如圖2所示。在圖2中的c位置處開挖、斷管、觀測壓力、吹掃;在f位置處進(jìn)行放散、排水;在u位置處觀測壓力。在圖2中c處利用PE管封堵機(jī)下堵，封堵完成后在引入口f處將下游壓力降為零，完成斷管作業(yè)，并在斷管處焊接三通及端帽，搶修現(xiàn)場如圖3所示。應(yīng)急作業(yè)人員關(guān)閉下游12個(gè)引入口防塵球閥，并關(guān)閉燃?xì)獗砬昂箝y門，將燃?xì)獗聿鸪乐箟毫p壞燃?xì)獗?。利用空氣壓縮機(jī)在斷管三通處對(duì)管道進(jìn)行打壓，壓力設(shè)定在0.2MPa，待吹掃管段升壓至0.2MPa后，穩(wěn)壓5min，打開最東側(cè)末端引入口防塵球閥放散口排水，使用壓縮機(jī)繼續(xù)加壓吹掃。吹掃初期，大量水由放散排水口排出，37min后末端放散口無水排出，依次打開其余11個(gè)引入口防塵球閥放散口，每個(gè)放散口均有大量水排出，放散口排水現(xiàn)場如4所示。均無水排出后停止吹掃，進(jìn)行嚴(yán)密度試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，去除端帽三通后與上游管線利用套袖電熔焊接。打開封堵機(jī)堵板，在下游引入口進(jìn)行燃?xì)庵脫Q，置換刷漏合格后對(duì)下游25戶用戶進(jìn)行復(fù)氣作業(yè)。

搶修后對(duì)下游25戶新農(nóng)村用戶用氣情況持續(xù)關(guān)注，該村采用壓縮機(jī)排水前發(fā)生水堵事故120余次，搶修作業(yè)后一個(gè)月內(nèi)無水堵事故發(fā)生，壓縮機(jī)排水搶修作業(yè)取得良好的效果。結(jié)合此次搶修作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)南六環(huán)外水堵頻發(fā)的另外3個(gè)農(nóng)村低壓管線采用壓縮機(jī)排水法進(jìn)行搶修，搶修后均無水堵事故發(fā)生，極大增加了新農(nóng)村用戶使用燃?xì)獾陌踩院头€(wěn)定性，將農(nóng)村燃?xì)夥?wù)由“接訴即辦”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔丛V先辦”，有效提升了服務(wù)品質(zhì)和服務(wù)質(zhì)量。

4? 結(jié)語

燃?xì)夤芫€水堵是影響用戶安全、穩(wěn)定使用燃?xì)獾某Ｒ娛鹿?，不但?huì)造成大面積停氣，影響用戶使用，且搶修起來極為復(fù)雜，難以準(zhǔn)確找出水堵點(diǎn)，施工需要多處開挖，給供氣企業(yè)造成很大的財(cái)力和物力損失，因此水堵的預(yù)防和徹底消除尤為重要。農(nóng)村“煤改氣”地區(qū)因施工過程管控問題，存在大規(guī)模的水堵隱患，并頻繁導(dǎo)致下游用戶停氣，采取一般水堵處置辦法無法有效根治水堵。經(jīng)理論分析與實(shí)踐探索，壓縮機(jī)排水法有效解決了北京市南六環(huán)外四座新農(nóng)村水堵問題，取得顯著的效果。與其他方法比較，該方法廉價(jià)且安全性高，只需開挖一個(gè)作業(yè)坑即可根治水堵，不僅減少了治理水堵時(shí)的土方開挖工作量，降低了搶修成本和風(fēng)險(xiǎn)，還能起到一次性根治水堵的效果，提高了工作效率。經(jīng)實(shí)踐證明，該方法對(duì)于農(nóng)村地區(qū)大范圍分散性的水堵是最有效的，可在全市乃至全國范圍內(nèi)所有“煤改氣”地區(qū)大面積推廣，保障農(nóng)村地區(qū)燃?xì)獍踩€(wěn)定運(yùn)營。

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