长输管道干线相连法兰泄漏治理

长输管道运行期间如发生天然气泄漏极易在局部区域扩散蔓延，由于天然气具有易燃易爆、有毒等危险特性，处置不当很容易引发火灾爆炸、中毒等事故。法兰密封是一种应用最为广泛的密封结构形式，同时法兰泄漏在日常运行中是较为常见的。在处理普通的法兰泄漏时，通常可对泄漏处采取放空降压后进行漏点消除，但当处理与长输管道干线相连的法兰泄漏时，停输并放空干线相应管段，这样做不但严重影响管道的正常运行，而且还势必会造成大量的资源浪费，放空干线局部管段至少需要放空几十万立方米的天然气[1]。2016年川气东送某输气站场与干线相连的一处法兰发生泄漏，对日常生产运行带来了严重的安全隐患，针对这一治理难点制定出合理的堵漏措施尤为重要。

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1 泄漏位置及原因分析

川气东送出现这处法兰泄漏位置较为特殊，该处法兰连接为输气站场干线越站截断阀的旁通管路上游球阀与干线管道的结合处(如图1、图2)。输气站场干线截断阀的旁通管路管径为DN250，旁通管路配备上下游球阀，中间设置旋塞阀；同时还设置放空管路，能实现对事故管段紧急放空。该处泄漏现象在法兰连接处顶端呈现扇形面，泄漏较为明显，用验漏液检漏时出现连续冒泡现象。

法兰密封形式一般是依靠其连接螺栓产生的预紧力，通过各种垫片得到足够的工作密封比压，来阻止被密封介质的外泄，属于强制密封范畴[2]。通常情况下，法兰泄漏形式主要有界面泄漏、渗透泄漏、扩散泄漏以及破坏性泄漏[3]，密封失效的主要原因是受管道沉降应力影响、螺栓压紧力不足、安装操作不当、密封材料老化失效、密封垫片选型问题以及温度压力变化等因素引起。因此在处理法兰泄漏时受泄漏因素及泄漏位置影响，缜密分析与合理选择处置方案至关重要。

图1 泄漏位置区域

图2 法兰泄漏部位

2 方案对比分析

2.1 带压封堵处理

带压开孔封堵技术在国内外被广泛应用于油气管道维抢修作业中，此项技术应用成熟，可以对泄漏管段进行局部封堵并且放空泄压，使用效果良好，适用管径范围广，施工周期短，安全风险小，成本低等特性[4],此项技术在处理川气东送法兰泄漏问题时存在明显缺陷，由于泄漏处法兰与输气干线相连接直管段长度较小，没有开孔封堵位置，开孔刀无法下刀，作业场地及操作空间较为狭小，同时带压开孔封堵技术任何疏忽都可能引发重大事故[5]，作业无法开展实施。因此带压开孔封堵作业技术在处理这一泄漏现象时受操作空间与直管段长度影响无法处理。

*Yuan Peng is President of China Institutes of Contemporary International Relations.

从泄漏现象来看，本文讨论的此处泄漏位于法兰连接处的顶部位置，且泄漏区域呈现扇形面，在与干线相连无法泄压查看密封面失效情况的前提下，可根据泄漏表现作出埋地管道沉降受应力拉扯的假设。工艺埋地管道在运行中受地基、回填土不均匀沉降及地面载荷等因素影响极易造成工艺管道变形弯曲产生泄漏[10]，因此在处理漏点之前应首先对泄漏法兰相连接的管道进行应力释放。从工艺流程上分析，此处泄漏点所涉及到的埋地管道是主干线管道与放空管路，大面积开挖对主干线管道及放空管道进行应力释放，从安全性与经济性出发点考虑不切实际。从图1中可以看出泄漏点处于旁通管路，而旁通管路同时与放空管路相连，并且在正常运行状态下放空管路为不带压状态，在进行应力释放时可通过放空管路来实施。拆卸掉放空阀CV101与放空管路法兰连接螺栓，查看CV101与放空管路法兰之间的错位情况，同时对地面以上放空管路进行切割，根据实际错位情况降低或延长放空管路长度以消除应力。

2.2 碳纤维复合材料修复

碳纤维材料具有高抗拉性能，柔韧性能好，抗腐蚀性强等特点，现被广泛应用于法兰泄漏治理，管道损伤补强。在处理法兰密封泄漏问题时，碳纤维复合材料堵漏修复技术主要是利用在法兰中缝处填充密封胶剂，再用碳纤维复合材料进行整体包裹缠绕，等复合材料整体固化以后，再在外部进行整体包裹固定[7]。碳纤维复合材料堵漏技术在线处理法兰泄漏时具有成本低，无需停输，避免动火作业降低风险等级，操作灵活等特点[8]，此项技术在西气东输多次应用于治理法兰泄漏，治理效果良好。但是通过治理效果分析，碳纤维复合材料加固技术在处理管线运行压力7 MPa以下治理时效果较好，特别适用于运行管道法兰泄漏的预防性治理。本文探讨的法兰泄漏点与输气干线相连接，而川气东送主干线运行压力往往高于7 MPa,同时碳纤维复合材料的时效性没有作明确定论，目前大部分厂家给出的建议是3～5年，因此不能把这项处理措施作为永久性处理对待[9]。因此，碳纤维复合材料堵漏修复技术从运行压力及时效性角度考虑，不建议应用于处理与干线直接相连的法兰泄漏。

2.3 应力消除紧固法

“发明本心”是陆九渊心学的另一个核心观念。关于什么是“发明本心”没有众说纷纭的不同说法，它的含义很明确。“发明”不是“发明创造”的“发明”，“发明”是发现彰明的意思。“发明本心”就是去发现本心彰显本心。

川气东送王振洪等人研制出的一种不停输带压更换高压缩径球阀的装置[6]，在原理上同样能对泄漏法兰进行处理修复。针对此处法兰泄漏点，在正常运行状态下旁通管路BV102球阀(如图1)处于关闭状态，BV102球阀下游侧相连管路可拆除，将封堵装置与BV102下游侧法兰连接固定，在高压密封仓的封闭状态下，通过分瓣式横梁和操纵杆把穿过阀门的封堵头推送到管道内的封堵位置，通过旋转操纵杆使封堵头挤压膨胀，实现对管道介质压力的封堵，然后可对泄漏法兰进行处理修复。目前此项技术是针对DN50球阀及管段，同时还未在现场实际应用，本文介绍的泄漏法兰相连管道直径为DN250，管径明显增大，封堵难度明显提高，实施起来存在诸多不确定因素，因此此项技术在封堵大管径压力时还需通过实验检测。

正常作业情况下严禁带压紧固连接部件，本文探讨的法兰泄漏点与主干线相连，放空主干线压力会导致干线停输，严重影响正常生产运行，因此在应力消除后，可根据文献[11]中规定修理及带压密封安全要求：“出现紧急泄漏需进行带压密封时，使用单位应当按照设计规定提出有效的操作要求和防护措施，并且经过使用单位安全管理负责人批准。”参照上述要求可对泄漏点的法兰连接螺栓用G形卡具(如图3)采取局部加固做好安全防范措施，逐一对每一根螺栓重新缓慢紧固，紧固螺栓时要对角紧固，确保受力均匀，通过重新紧固螺栓消除由应力引起螺栓松动变形带来的泄漏问题。如通过应力消除紧固法依然不能消除泄漏，可排除掉受应力因素引起泄漏，后续可采取其他封堵措施。

图3 G形卡具

2.4 卡具封堵技术

卡具封堵技术是带压封堵技术的重要组成部分之一，是加装在泄漏缺陷的外部与泄漏部位的部分外表面共同组成新的密封空腔的金属构件[12]。在处理法兰泄漏问题时，使用高压卡具进行封堵一般将卡具设计成卡环式夹具[13]，同时卡具也需要根据实际情况提前设计，使卡具与法兰外表面相匹配。由于在进行卡具封堵时要求装配面平整度极高，当泄漏法兰外表面同心同轴度不一致时，应首先考虑应力因素影响，消除应力使法兰外表面同心同轴度相一致，并且对法兰外表面进行清洁打磨，确保无锈蚀杂质，进而使卡具与法兰接触面密封良好。作为当前使用最为广泛的一种新兴堵漏技术，卡具封堵技术是利用液压工具人为作用下将密封胶剂强行注入所构建密封腔体内[14]，因此封堵卡具的设计强度、刚度以及吻合性要严格符合要求，安装时接触面确保严密，同时在注胶操作时要根据管道内部压力，合理调整注入密封胶剂的压力[7]。

3 方案确定及效果

通过上述对与输气干线相连法兰泄漏处置方案措施的探讨分析，针对川气东送某输气站场对应的法兰泄漏案例，对泄漏处采取了应力消除紧固法应对措施，作业之前认真编写作业方案，提前做好突发紧急事件应急处置措施，加强作业风险识别和过程控制，作业时拆卸掉放空阀CV101与放空管路法兰连接螺栓，查看CV101与放空管路法兰之间存在明显错位，放空管路有明显下沉现象。针对这一现象对地面以上放空管路进行切割，重新焊接加长消除应力影响，在做好防范措施后对螺栓重新紧固，确保在不影响干线停输的前提下成功消除了泄漏点，消除了站场安全隐患，确保输气站场安全生产平稳运行。

4 结语

当高压长输管道与干线相连的法兰泄漏时，鉴于以上对各技术方案探讨分析研究，笔者认为应注意以下几点：①在处理干线相连法兰泄漏时，如受作业空间、需要开孔封堵的管段较短以及风险等级等因素影响，不建议采取带压封堵作业开展实施；②受干线管内运行压力和时效性所限，如采取碳纤维复合材料封堵修复技术治理效果不佳，起不到一劳永逸的效果；③采取紧固法与卡具封堵技术处理干线相连法兰泄漏时，都应首先消除管段沉降引起的应力作用，并且在实施紧固法时做好法兰局部加固防范措施，制定应急预案；④运行过程管理的核心是按照管道完整性管理的要求实施管理，发生泄漏要及时解决处理，消除隐患，并对维修后的作业点建立隐患整改记录，后续做好监控观察工作。

5 参考文献

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[7] 周卫军，郭瑞，张勇，等.不停输带压开孔封堵技术的应用[J].管道技术与设备，2009，17(06)：35-38.

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