大口径长输天然气管道阀室引压管卡套失效的危害及处理技术

方舒东 王坤 康滨 解应涛

中国石油化工集团公司天然气分公司川气东送管道宜昌维抢修中心

大口径长输天然气管道阀室引压管卡套失效的危害及处理技术

方舒东 王坤 康滨 解应涛

中国石油化工集团公司天然气分公司川气东送管道宜昌维抢修中心

在介绍引压管卡套连接的结构和密封原理的基础上，分析了引压管卡套失效的原因：①施工方人员在施工过程中没有按操作规程操作；②施工方人员不了解引压管卡套的结构原理，将前后卡套的顺序装反或是将前后卡套的各自方向装反；③后卡套位置安装不正确。指出了引压管卡套失效的危害：会造成气体泄漏的突发事件，容易引发燃烧、爆炸、干线停输、阀室内设备损坏、环境污染等事故。并由此制订了相应的处理流程，提出了引压管卡套失效处理作业的关键措施、技术要求及HSE要求。运用实例表明，“川气东送”管道应用此项技术对所有阀室引压管卡套进行整改后，运行良好，其一次检查合格率为100%。

大口径长输天然气管道 引压管 卡套 失效 泄漏 措施 技术要求 HSE

目前国内大口径长输天然气管道“西气东输”和“川气东送”管道的阀室引压管都采用了卡套式管接头连接。阀室内的线路截断阀共有3根引压管，其中1根安装在截断阀的下游，用于检测主干线的压力，此引压管称为压力信号检测管；另外2根称为动力引压管，分别安装在截断阀的上下游，为气液联动执行机构提供动力气源。

1 引压管卡套的结构

卡套式管接头结构较为简单，由接头体、前、后卡套和螺母组成（图1）。卡套式管接头的工作原理是利用钢管插入卡套内，利用卡套螺母锁紧，抵触卡套，切入管道而起到密封作用。

2 引压管卡套式管接头的特点

2.1 引压管卡套式管接头的优点

1）结构简单，密封性能可靠，使用方便，制作精良，外形轻巧美观［1］。

2）不用加垫圈，节省材料，反复装拆性能好。

图1 引压管卡套式管接头的实物分解图

3）不用焊接，不存在管道焊接杂质对系统性能的影响。

2.2 卡套式管接头在安装中的问题

1）安装过程用力过猛，卡套刃口易咬伤管壁，降低引压管的承压能力。

2）卡套安装不到位，易导致卡芯变形失效，造成天然气泄漏。

3）前卡套套入管口过短（小于2 mm），易导致卡套脱落。

4）安装过程中易将前、后卡套装反或漏装，导致引压管蹦出。

3 引压管卡套失效的危害

在输气管道的生产运行中，一旦引压管卡套失效，处置不当将会造成严重后果，主要有以下危害：①安装过程如果用力过猛，卡套刃口会咬伤管壁，降低引压管的承压能力，容易导致引压管破裂；②如果安装不正确，易导致引压管连接处密封不严或卡套脱落，导致引压管蹦出。这两种情况都会造成气体泄漏的突发事件，容易引发以下事故。

1）引起燃烧爆炸事故。引压管脱落的瞬间，管内的高压天然气会将引压管瞬间打弯、弹射到周围，如果引压管弹射到周围金属设备仪器上，碰撞产生的火花会引发燃烧爆炸事故的发生。

2）天然气大量泄漏，引起干线的停输。管道正常运行时，引压管与主管线相通，一般承压6～9 MPa。一旦引压管失效，管内天然气会立即向外大量喷射，操作人员很难靠近关断引压管的一次阀，必须将两阀室间管段放空、降压后才能处理卡套失效故障。

3）引压管密封不严易造成阀室内天然气聚集，浓度达到天然气爆炸极限（体积分数为5%～15%）时，如遇到雷雨天气的闪电以及移动火源会引起爆炸事故的发生［2］。

4）天然气喷射造成阀室内设备的损坏。引压管卡套失效的一瞬间，大量高压气体从引压管内喷出，喷到周围的仪器设备上，会对仪器设备造成不同程度的破坏。

5）天然气大量泄漏，造成环境污染。

4 以“川气东送”管道为例统计的引压管卡套失效情况

“川气东送”管道阀室曾经发生过引压管卡套失效事件，当时阀室内线路截断阀上游动力气源引压管与执行机构三通阀卡套脱离，承受7.8 MPa高压的引压管瞬间与一次阀连接断开，引压管被打弯，天然气大量泄漏。

为了防止类似事件的再次发生，“川气东送”管道对沿线所辖阀室共564处引压管卡套进行了拆解排查。排查范围包括气液联动执行机构上下游动力气源引压管、压降速率引压管、压力变送器引压管和绝缘接头引压管4个地方。表1为引压管卡套失效隐患排查问题汇总表。

表1 引压管卡套失效隐患排查问题汇总表

5 引压管卡套失效原因分析及处理工作流程

5.1 引压管卡套失效的原因

引压管卡套失效的原因主要在于施工安装人员的不当操作，归结起来有以下3点［3］：

1）施工方人员在施工过程中没有按操作规程操作。

2）施工方人员不了解引压管卡套的结构原理，将前后卡套的顺序装反或是将前后卡套的各自方向装反。

3）后卡套位置安装不正确。

5.2 引压管卡套失效的处理流程

在对隐患原因进行全面统计分析的基础上，制订了严格的引压管卡套失效处理技术方案。引压管卡套失效处理工作流程图如图2所示。

图2 引压管卡套失效处理工作流程图

6 引压管卡套失效处理作业的关键措施及技术要求

6.1 引压管卡套失效处理关键措施

1）准备好拆装阀室引压管卡套的工具，包括250 mm和300 mm的活动铜质防爆扳手（各1个）、擦机布、黄油、防爆敲击扳手、便携式可燃性气体检测仪和正压式空气呼吸器等。

2）阀室属于受限空间，在进入阀室前，操作人员穿戴好劳动保护用品，戴好安全帽，先用便携式可燃气体检测仪检测阀室内气体的浓度是否超标，确认可燃性气体未超标后，操作人员和监护人员进入阀室。

3）对阀室执行机构进行断电，待确认断电后，放空ESDV101储气罐内的气体（气体通过阀室放空管线排至阀室外的大气中）。

4）储气罐内气体散尽后，首先关闭引压管两端的阀门，确认阀门关闭后，进行引压管拆卸。操作过程中，轻拿轻放扳手，严禁敲击地面、设备及管线，拧动卡套帽时，应缓慢操作，听到有气体泄出时，停止拆卸，待引压管内气体完全泄出后，再完全拆卸卡套帽，取下引压管。若一端引压管卡套帽处拧动后气体无法泄出，则将此引压管卡套帽重新拧紧，再拧动另一端引压管卡套帽进行气体放空。

5）引压管拆除后，对卡套帽、大小卡芯和卡座进行检查，用擦机布把大小卡芯、卡帽和卡座擦拭干净。对合格的引压管卡套连接进行重新安装，不合格的引压管卡套连接需要更换前后卡套。

6）当引压管外壁划痕严重导致后卡套不能紧紧切入管壁，或者引压管由于配管不适无法垂直插入双接头内锥孔时，必须更换此管段的引压管。

7）引压管卡套重新安装后，缓慢打开阀门进行通气，用肥皂水进行检漏。若存在气体泄漏现象，则对泄漏处重新用扳手进行拧紧，直至气体泄露现象消除。

8）上述操作合格后对执行机构恢复供电。

9）待恢复阀室正常通气流程后，对阀室内所有流程进行检查，确定一切正常后，如实记录排查处理情况，作为重要技术参考资料。

6.2 引压管卡套失效处理技术要求

6.2.1 人员要求

引压管卡套失效隐患治理技术人员须接受必要的专业培训，并具有管道运行方面的工作经验。

6.2.2 设备工具要求

引压管卡套失效处理中所有设备工具都经过有关专业技术部门的检验并取得合格证，具备在高压管线和密闭阀室空间等条件下使用的资质［4］。

6.2.3 操作要求

1）拆下引压管后将其所带24°锥口的前卡套和后卡套拆下。此步骤中尤其需要注意的是确保在拆卸卡套过程中不得损坏管壁。拆卸的顺序是先用外力拆下带24°锥口的接头体，然后再拆下卡套。

2）检查引压管与整个管路的整体装配吻合程度，保证引压管垂直连接时双接头垂直插入双接头的锥碗内。此步骤可通过调整引压管的弯度或必要时重新配管来达到要求。引压管的配管过程建议使用手动割刀来切断钢管，这样可以保证管段的端面不需要太多的修理，操作中要去掉端面毛刺并倒角0.2×45°，同时保证钢管端面与轴线垂直度小于0.5°。

3）安装卡套及带24°锥口的接头体后进行预装配。首先去掉管接头各零件表面的防锈油并清洗干净，在卡套刃口、螺纹及各接触部位涂少量润滑油，然后将螺母、卡套、带24°锥口的接头体按先后顺序套在管子上，抓住引压管并使端面与接头体台阶保持2 mm左右的间隙，拧紧螺母，保证钢管不跟转，拧1.3～1.5转后，再卸下螺母并检查卡套切入情况。此步骤完成后要求卡套牢牢卡在管壁上，卡套和带24°锥口的接头体不得有松动现象，引压管端面距离带24°锥口接头体的环状锥底处3～6 mm。

4）装配卡套。引压管垂直插入双接头内锥孔，卡套塞在双接头内锥面与管子形成的间隙内，拧紧螺母使卡套刃口切入管子完成装配。此步骤中要注意的是引压管一定要保证垂直插入双接头内锥孔，这样刚开始拧紧螺母时只需用手拧即可，等到螺母拧紧开始带力时可用扭力扳手进行操作，根据厂家提供的扭力数据设定扭力扳手，然后上紧螺母。

7 引压管卡套失效处理作业的HSE要求

1）作业人员应带好防护眼镜，穿戴好劳动保护用品，准备好空气呼吸器，以便可燃气体或有毒气体浓度过高时及时撤离［5］。

2）确认阀门关闭后，方可进行引压管拆卸。在整个处理过程中，所用工具必须是防爆工具，工器具轻拿轻放，严禁野蛮施工，至少有1名安全监管人员监管整个施工过程［5］。

3）拧动卡套帽时，拆卸人员要侧身进行拆卸，不能正对引压管或将头部伸向引压管上方。拆卸过程中，应缓慢拧动螺母，防止引压管内气体喷出伤人，操作过程中，严禁交叉作业。

4）若对多根引压管进行拆卸或需要对其他设备进行隐患排查时，拆卸1根引压管后，用可燃气体检测仪检测气体浓度。若气体浓度超过正常作业浓度时，阀室所有人员应撤出阀室，待气体浓度降低后，再进入阀室拆卸其他引压管或检修其他设备。

8 效果评价

1）复查结果统计显示，“川气东送”管道所有阀室引压管卡套经过更换正确安装后，都运行良好，检查一次合格率为100%。

2）“川气东送”管道阀室引压管卡套整改后，经过半年多时间的运行考验，引压管工作全部正常，未发生引压管卡套失效事件。

［1］董洪强，袁杰红，周杰.火箭发动机燃烧室压力测试中引压管设计［J］.中国测试，2010，36（4）：13－17.

［2］李秋英，王莉，巨永林.含氧煤层气液化流程爆炸极限分析［J］.化工学报，2011，62（5）：1471－1477.

［3］孙寅辉，王宏洲，史洪徽，等.压缩机仪表引压管泄漏原因分析［J］.腐蚀科学与防护技术，2007，19（5）：380－383.

［4］姜永涛.线路截断阀气液联动执行机构引压管安装［J］.管道技术与设备，2007（1）：34－35.

［5］彭忍社，王龙帅.在线封堵技术在西气东输引压管改造的应用［J］.油气储运，2009，28（8）：52－53.

Damages and treatment measures of ferrule failures of pressure guiding tubes in valve chambers of large－diameter and long－distance gas pipelines

Fang Shudong，Wang Kun，Kang Bin，Xie Yingtao
（Yichang Emergency Repair Center of Sichuan－to－East Gas Transmission Pipeline Project，Natural Gas Subcompany of Sinopec，Yichang，Hubei 443000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 11，pp.93－95，11／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Based on the detailed introduction to the structures and sealing principles of ferrule connecting of pressure guiding tubes，three reasons for ferrule failures have been obtained.The first is the incompliance to operation rules.The second is that the constructors are not so familiar with the structures and sealing principles as to make mistakes with the setting direction of the ferrules.And the third is that the installation position of the back ferrule is incorrect.This paper also explains the potential hazards caused by ferrule failures，including the risk of gas leakage and explosion，the shutdown of trunk lines，damages to the facilities in valve chambers，and pollution to the environment，etc.Therefore，the relevant treatment process is proposed，including the essential measures，technical codes，and HSE requirement.The case history shows that the Sichuan－to－East Gas Transmission Pipeline runs perfectly and smoothly after the modification of the ferrules of the pressure guiding tubes in all the valve chambers.

large－diameter and long－distance natural gas pipeline，pressure guiding tube，ferrule，failure，leakage，measure，technical requirement，HSE

方舒东等.大口径长输天然气管道阀室引压管卡套失效的危害及处理技术.天然气工业，2011，31（11）：93－95.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.023

方舒东，1963年生，高级工程师；主要从事天然气管道安全相关工作。地址：（443000）湖北省宜昌市伍家岗区沿江大道189号致远广场3楼宜昌维抢修中心。电话：（0717）6262626，15871609777。E－mail：aqkfsd＠163.com

（修改回稿日期 2011－09－11 编辑 何 明）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.023

Fang Shudong，senior engineer，born in 1963，is mainly engaged in operation works concerning natural gas pipeline safety.

Add：3rdFloor，Zhiyuan Square，No.189，Yanjiang Avenue，Wujiagang District，Yichang，Hubei 443000，P.R.China

Tel：＋86－717－6262 626 Mobile：＋86－15871609777 E－mail：aqkfsd＠163.com