管道积水引起的天然气焊枪堵塞事件处置

2019-03-18耿同敏侯凤林杜科理刘小玲

煤气与热力 2019年3期

耿同敏，侯凤林，杜科理，刘小玲

(郑州华润燃气股份有限公司,河南郑州450006)

1 背景

国内某空调公司，使用天然气作为燃料焊接空调铜管及元件。自2015年投产后，每年都会出现焊接生产线助焊剂结晶、焊枪组堵塞的情况，影响正常生产，怀疑是天然气管道有积水导致，要求燃气公司排查并彻底解决。该空调公司位于中压管网末端，共有4个车间，其中3个车间使用天然气。用气设备设计34台，实际安装24台，设计总流量为1 600 m3/h(本文涉及的流量是温度20 ℃、压力101.325 kPa标准状态下的流量)。2台调压柜，设计最高出口压力分别为0.08 MPa、0.15 MPa，天然气使用温度为-20～60 ℃，高热值为38.038 MJ/m3，未对天然气湿度作特别约定。

2 用气情况调查及原因分析

① 空调公司用气情况

空调公司共有钣金一车间、钣金二车间、两器车间和总装车间4个车间，使用天然气的车间是钣金二车间、两器车间和总装车间。空调公司天然气管道布置见图1。

天然气从附近市区中压、公称直径为500 mm钢质的干管过路接入，进庭院后设置2台调压柜，1台为钣金2车间和两器车间部分设备供气，设计流量为600 m3/h，最高运行压力为0.15 MPa；另1台为两器车间另外一部分设备和总装车间供气，最高运行压力为0.08 MPa，设计流量为1 500 m3/h。从市区中压接气点之后到调压柜入口前，以及调压柜出口后到各车间引入口的庭院燃气管道，均为埋地PE管，PE管通过钢塑转换接头与调压柜的进出口钢质管道、进车间的架空钢质管道连接。项目自2014年4月开工，2015年1月底之前竣工验收通过，置换通气后投用。空调公司自2015年6月开始用气，年用气量为40×104m3，每月用气量很不均衡，且实际最大小时用气量不足设计流量的20%。

据空调公司技术人员介绍，自项目投用后，每年夏季都会有气焊枪堵塞的情况，2016年曾经在天然气调压柜处做过排污处理，处理后情况有所好转，但2017年又频繁出现多个气焊枪堵塞，其中总装车间天然气气焊枪堵塞情况尤为突出。

② 焊枪堵塞的原因

技术人员到空调公司总装车间实地走访调查，总装车间焊接生产线使用天然气作燃料，选用硼酸三甲酯为助焊剂，助焊剂被加入到焊剂发生器中，以蒸气的形式与通入焊剂发生器的天然气进行混合，进入焊枪。工作时混合气燃烧发出明亮的绿色火焰，火焰提高钎料的湿润性、流动性，减少针孔的产生，提高焊缝质量，钎焊区金属表面无氧化，焊接后不用酸洗，从而提高生产效率，降低成本。查看现场发现，总装车间天然气焊枪附近地面上有零星乳白色的芝麻大小的固体颗粒，这是助焊剂与水形成的水合物，也是造成焊枪口堵塞的小颗粒结晶体。技术人员已排除助焊剂含水量高的因素，初步判定是天然气含水量高造成的。

③ 水露点测试情况

采用标定过的SHAW水露点测试仪可以在线较为准确地测试天然气水露点，然后根据GB/T 22634—2008《天然气水含量与水露点之间的换算》换算出天然气的含水量。为判定空调公司天然气含水量情况，2017年7月对空调公司供气系统进行了检测，选取了6个关键点进行测试，测试点位置见图1。测试结果显示总装车间入户处、总装车间末端水露点远远高于其他位置。为避免出现测试误差，燃气公司用测试仪在不同环境温度下选取不同时段多次测试，数据虽然有差异，但规律基本一致。水露点测试结果见表1。

表1 水露点测试结果

④ 含水量异常的分析

天然气管网正常运行情况下处于密闭状态，管网游离水来源有两种可能。一种是庭院管网在施工阶段进水，在投产前未能吹扫干净；另一种是游离水从上游市区管网随天然气流入到庭院管网末端。

a.市区管网供气系统进水排查

利用市区阀门井放散口(见图1中位置①)，对管网末端天然气进行放散，未发现游离水；对调压柜过滤器进行排污，拆除调压器前过滤器进行观察，也未发现游离水。根据表1，市区末端阀门井处和调压柜出口处，含水量均较低，可以判定从上游市区管网随天然气流入到庭院管网末端的可能性不大。

b.庭院管道破损检查

用激光甲烷遥距遥测仪对庭院管道反复3次检测均未发现天然气泄漏，排除了庭院管道破损进水的可能。拆除总装车间内计量表前过滤器进行检查，发现过滤器干燥，无游离水。

c.庭院管道施工积水

查阅竣工资料，该项目2014年4月开工，2015年1月底之前竣工验收通过，庭院埋地管道为PE管，公称管径为200 mm，管径较大。管道施工期间为夏季，当年雨水较多，管网末端有可能积存雨水。

d.气焊枪堵塞的原因判定

根据表1分析，总装车间引入管处含水量最高，该处又是埋地管道的末端，理论上可以判定该处存在积水。总装车间末端含水量较高但低于总装车间引入管处，有可能是天然气通过该积水处进入车间架空管道，到达车间内气焊枪前端，水分子随天然气通过助焊剂，与助焊剂产生结晶体，然后随气流进入气焊枪，堵塞枪口。

综合分析以上情况可判定：总装车间引入管前埋地管网是管网末端，存有积水，施工阶段进水的可能性最大，游离水在投产前未吹扫干净，长时间存留于庭院管网末端。

3 积水的排查及处置

2017年9月，燃气公司与空调公司联合，制定了天然气检修处置实施方案。在工厂停产放假期间，对庭院燃气管道先进行保压，之后进行停气置换，然后对管道内残留的水分进行排除，主要包含以下3方面。

① 保压

将调压柜出口端压力表更换为0.4级、量程范围为0～0.4 MPa的精密压力表。确保调压柜进口阀门和进各车间的支管总阀门处于关闭状态。利用庭院管网内天然气余压并稳压24 h后，观察管道内天然气压力没变化，证明管道无泄漏。

② 吹扫

a.放散：通过总装车间内原有的放散系统排空庭院管网内的天然气余气。

b.用氮气进行置换：在调压柜出口处，用氮气瓶组通过软管与调压器后用户侧压力表接口处连接。在调压器后用户侧打压口向管道打入氮气，用氮气对吹扫管段进行置换。打开总装车间放散阀进行放散，直至检测到天然气体积分数小于1%，关闭总装车间放散阀。埋地管道末端(见附图1中位置a)与总装车间管道的连接管，并加装PE管帽。在庭院埋地管道末端加装吹扫口，开挖符合要求的作业坑，确保管网末端天然气管道四周与下部保证有0.5 m以上的空间。在埋地管道末端割掉一段管道，熔接钢塑转换接头后，焊接同管径的钢质蝶阀，作为吹扫控制阀，阀门之后接1.5 m的同管径的钢质管道作为吹扫口，正对吹扫口的坑壁设置木板护坡，木板距离吹扫口约0.5 m。

c.用氮气进行吹扫：在调压器后用户侧向管道充入氮气，加压到0.2 MPa停止，打开末端吹扫控制阀进行吹扫。管道压力降低为0 MPa时，关闭末端吹扫控制阀，重新打压，反复吹扫。

d.吹扫结果：从吹扫口排出大量积水，反复吹扫9次后，积水才完全排出。吹扫结果证明了庭院管网存在较多积水，与前文分析一致。

③ 恢复通气

吹扫合格后，卸除氮气瓶组，管道内氮气排空，精密压力表更换为原压力表。割除埋地管道末端的钢塑转换接头，拆卸吹扫控制阀门及阀门之后1.5 m的钢质管道，在埋地管道末端加装PE管帽；熔接埋地管道末端与总装车间管道的连接管(先割除该处的PE管帽)。缓慢打开调压柜进、出气阀门，打开总装车间的进气阀门，使用检漏仪对焊口进行检漏，通过总装车间的放散系统进行管道置换，通过总装车间内适宜阀门接口处检测燃气浓度，确认置换合格。打开其他支管总阀门及车间内阀门，恢复供气。正常后回填作业工作坑。