天然气管道绝缘接头泄漏在线抢修方法

李熠辰 王志方 刘 杰 马 剑

1.中国石油大学(北京)机械与储运工程学院, 北京 102249；2.中国石油西气东输管道公司, 上海 200122；3.四川德源石油天然气工程有限公司, 四川 成都 610041；4.北京华油国际物流工程服务有限公司, 北京 100010

0 前言

为了防止站外埋地管道阴极保护电流非正常流失,通常在长输天然气管道沿线站场进、出站安装了绝缘接头。绝缘接头由于装配不合格、密封圈与密封槽的契合度不够、密封圈老化等原因,或受外力作用密封圈发生位移,导致密封失效[1-8],泄漏点通常在对接点端面绝缘填料处。与干线相连的绝缘接头一旦发生泄漏,进行停输处置对管网的运行影响较大。通过对绝缘接头结构分析,提出了在线堵漏的抢修方法。对于渗漏的情况,可采用复合材料包敷的方法进行在线堵漏抢修；对于泄漏量无法实施引流的情况,通过吹扫在满足卡具安装的条件下,可采用卡具堵漏的抢修方法。

1 绝缘接头结构

绝缘接头是目前长输天然气管道阴极保护系统的重要组成部分,结构示意图见图1。绝缘接头通常包括一对钢质凸缘法兰、勾圈、两法兰间及法兰与勾圈间的绝缘密封件[9],绝缘零件以及与法兰小端面分别相焊的一对钢质短管。绝缘接头不仅具备埋地钢质管道要求的密封性能和强度性能等,还具备电化学保护要求的电绝缘性能和耐击穿性能。在绝缘接头的左凸缘法兰、右凸缘法兰和勾圈之间,夹有绝缘密封件和密封圈,形成具有绝缘性能的密封结构。勾圈采用坡口焊接形式,将绝缘件和左凸缘法兰、右凸缘法兰固封在里面,形成“密封容器”,从而既保证了良好的绝缘效果,又提高了绝缘结构的承压能力。

图1 绝缘接头结构示意图

2 绝缘接头泄漏分析

为了防止站外埋地管道阴极保护电流非正常流失,通常在长输天然气管道沿线工艺站场的进、出口处和阀室放空阀后的管道上安装绝缘接头。与干线相连的绝缘接头一旦发生泄漏,将影响干线的运行,严重时需要截断放空进行处置,造成天然气放空损失。

通过多年来国内天然气管道绝缘接头发生泄漏的案例和绝缘接头的结构分析,绝缘接头发生泄漏的原因通常有两种：一是绝缘接头自身原因,如装配不合格、密封圈与密封槽的契合度不够、密封圈老化等[10]；二是绝缘接头受外力作用,密封圈发生了位移,导致密封失效。泄漏点通常在对接点端面绝缘填料处,泄漏点位置见图2。

图2 绝缘接头泄漏点示意图

3 绝缘接头泄漏在线抢修方法

3.1 渗漏的抢修方法

对于绝缘接头对接点端面绝缘填料处渗漏的情况,可采用复合材料包敷的方法进行在线堵漏抢修。复合材料包敷堵漏方法是在引流的情况下,利用复合材料和高强度填料对绝缘接头进行整体包敷,待复合材料和填料完全固化后注入柔性密封剂进行堵漏密封,复合材料和高强度填料通过受力分析,其强度完全满足工艺要求。

复合材料包敷堵漏方法的实施过程如下：

1)表面处理。对绝缘接头进行表面打磨处理,使其表面光洁,达到ST 3标准；从对接点端面剔除20 mm绝缘接头勾圈与右凸缘法兰之间的绝缘填料。

2)填充密封剂。在渗漏面处,靠近绝缘接头一侧接缝处缠绕玻璃纤维,形成注胶嘴夹具支架的固定层,同时将夹具支架与右凸缘法兰隔离绝缘；在玻璃纤维固定层和渗漏面之间预埋密封剂,填实渗漏面。密封剂必须要填实、平缓,以便下一步安装注胶嘴夹具支架时能够充分地接触,避免出现空洞。

3)安装注胶嘴。将注胶嘴夹具支架与预埋密封剂贴实,并紧靠绝缘接头,另一侧与夹具固定层搭接。将夹具开口两端进行连接,并用螺丝将其固定；预埋密封剂,通过注胶嘴引流渗漏的天然气。

4)对注胶嘴进行加固。检测绝缘接头绝缘性能,若不满足要求调整注胶嘴支架,直至满足要求后,用玻璃纤维丝对其加固。

5)第一次加固填充。制作安装套筒模具,根据绝缘头的大小制作选择相应的套筒模具,模具外径与绝缘接头外径一致,在管道一侧模具制作成锥形。用卡箍将模具固定在绝缘头上,在12点钟位置预留灌注口和排气孔；灌注高强度填料,填料基本固化后,取下套筒模具,并对其表面进行处理。

6)第一次外加强层加固。用高强度玻璃纤维布将高强填料层整体缠绕,包括管道一侧的锥面,与绝缘接头处搭接不低于10 cm；使用碳纤维布对整体进行对位缠绕,在绝缘接头与高强填料层相交处、原位无位移缠绕。

7)第二次加固填充。根据绝缘头的大小制作选择相应的套筒模具,模具外径比绝缘接头外径高5 cm,在模具两侧制作成锥形。用卡箍将模具固定在绝缘接头上,在12点钟位置预留灌注口和排气孔；灌注高强度填料,填料基本固化后,取下套筒模具,并对其表面进行处理。

8)第二次外加强层加固。首先用高强度玻璃纤维布将高强填料层整体缠绕2层,与绝缘接头处搭接不低于10 cm；使用碳纤维布对整体进行对位缠绕；然后,在绝缘接头与高强填料层相交处、原位无位移缠绕2层。

9)待补强层完全固化后注入密封剂。待完全固化后,往注胶嘴内分阶段注入柔性密封剂,先从不是引流气体出入的注胶嘴内注入,最后再从有气体引流作用的注胶嘴注入密封剂。注入密封剂完成后,使用封堵螺栓将注胶嘴封堵。

整体堵漏结构示意图见图3,现场作业完成后效果见图4。

图3 整体堵漏结构示意图

图4 作业完成后效果

第一道密封高性能柔性密封剂,第二道密封为第一次高强度填料和内加强层,第三道密封为第二次高强度填料和外加强层。

作业完成后进行渗漏检测,特别是注胶嘴和高强度填充层与管道连接面处；再次检测绝缘接头的绝缘性能是否满足要求。复合材料包敷堵漏有效寿命主要取决于碳纤维布,有效寿命20年,安装在地面上寿命超过20年。

3.2 中小型泄漏的抢修方法

对于绝缘接头对接点端面绝缘填料处泄漏量无法实施引流和复合材料包敷的情况下,通过风机吹扫在满足卡具安装的条件下,可采用卡具堵漏的抢修方法。卡具结构见图5,通过卡具轴向螺栓受力分析和计算满足强度要求,卡具通过橡胶密封圈、密封胶和纤维绝缘盘根进行密封堵漏。

图5 卡具结构图

卡具堵漏方法的实施过程如下：

1)防腐层清除及表面预处理。除去绝缘接头两侧的防腐层(环面积为80 mm×管道周长),应使管体完全裸露；清理、平整泄漏处端面凸出的绝缘填料。

2)夹具安装及密封。在夹具安装前对夹具关键部位使用机械喷砂工具进行Sa 2.5级粗糙度的处理；将纤维绝缘盘根装入夹具绝缘槽内,并将纤维配合密封树脂覆盖于密封夹具耳板表面；将橡胶密封圈放于绝缘接头处,贴合于漏点；检查管道的椭圆情况,将密封夹具上半部扣合在管道泄漏点,再吊起下半部分,用螺栓穿过夹具耳板,适当预紧至两侧合拢；用拉紧螺杆将两套夹具连接起来,分别紧固夹具耳板两侧螺丝和夹具正上、下方螺丝并锁紧到位,螺丝紧固受力均匀；将两套夹具的扣合螺母锁紧到位,双螺帽锁紧螺丝后,在夹具耳板注胶孔处注入密封胶,卡具堵漏结构示意图见图6；检查第一道密封及绝缘效果；向密封夹具内注入密封胶,进行第二道密封；检查第二道密封及绝缘效果；在密封夹具两端面特定开槽部位进行纤维复合材料缠绕,实施第三道密封操作；待整个复合密封材料基本固化后,再次检测确认密封及绝缘效果。

图6 卡具堵漏结构示意图

第一道密封卡具和橡胶密封圈,第二道密封高压力下注入密封胶,第三道密封纤维绝缘盘根。

卡具堵漏抢修有效寿命主要取决于橡胶密封圈和纤维复合材料寿命,但是卡具安装后已与空气隔离,避免了橡胶密封圈老化,纤维复合材料寿命一般超过20年。

3.3 中大型泄漏的抢修方法

对于绝缘接头对接点端面绝缘填料处泄漏量较大,泄漏气体为柱状、喷射状或伴有啸叫声,通过工艺调整泄漏量变化不大或无法实施工艺调整的,则采用隔离放空、氮气置换、更换的抢修方法。对于站场与管道阴极保护联保的情况,绝缘接头已失去绝缘性能,除了选用更换的抢修方法外也可选择补焊的方式进行处置[11]。

4 实施案例

4.1 西一线无锡站绝缘接头在线堵漏

2017年2月8日西一线东段无锡分输站进站绝缘接头发生渗漏,管径DN 400,设计压力10 MPa,与干线相连,停输更换对无锡分输站下游管网运行影响较大,由此确定采用复合材料包敷的方式进行处置，现场渗漏情况见图7。2月11日,对进站绝缘接头进行了打磨、表面处理、底层纤维布的缠绕、注胶嘴夹具支架的安装,注胶嘴夹具支架安装见图8。2月13日完成第一次补强模具的安装、高强度填充料灌注,补强模具拆卸后的效果见图9。2月14日完成第一次填充面包敷,包敷后效果见图10。2月15日完成第二次高强填充料灌注和玻璃纤维、碳纤维包敷。2月17日完成填充料固化,并灌注柔性密封剂。密封剂灌注后通过7 d观察,现场无渗漏,通过测量绝缘接头电位差绝缘性能完成,恢复正常运行。

图7 渗漏情况

图8 注胶嘴夹具支架安装

图9 第一次加固填充后效果

图10 第一次外加强层加固

4.2 中贵线铜梁站绝缘接头在线堵漏

2015年10月中贵线铜梁站进站绝缘接头发生泄漏,管径DN 600,设计压力10 MPa,由于泄漏量无法实施复合材料包敷,并且铜梁站与相国寺储气库相连,正在进行入冬前的注空气作业,运行压力较大,为了避免停输造成的影响,确定采用卡具在线堵漏的方法。卡具安装堵漏后通过1年多的运行观察无泄漏,绝缘接头绝缘性能完成。

5 结论

天然气管道绝缘接头失效，通过对绝缘接头结构分析,研究在线堵漏的抢修方法。对于渗漏的情况,可采用复合材料包敷的方法进行在线堵漏抢修；对于泄漏量无法实施引流和复合材料包敷的情况下,通过吹扫在满足卡具安装的条件下,可采用卡具堵漏的抢修方法。通过2017年2月西一线东段无锡分输站进站绝缘接头复合材料包敷堵漏和2015年10月中贵线铜梁站进站绝缘接头卡具堵漏的实施案例,进一步验证了抢修方法的应用有效。

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