法兰垫片式注氮口的制作及应用

谢欢欢，倪秀云，张小玉，段海博(江西省天然气投资有限公司，江西 南昌 330096)

1 背景介绍

西二线赣州分输清管站改扩建项目为在该站预留分输阀门(2002)后增加计量撬、节流设备、出站截断阀等分输设施，以实现向新增CNG加气母站用户分输的功能。主体工程完工后，需将新增分输支路的排污、放空管线与站场原排污、放空管线进行焊接连接，按照相关管理规定连头施工属于二级动火施工作业。由于赣州分输站已投产运行[1]，并有一家24 h分输用户(最大日输量40万m3/d)，场站无法停输，并实施站场整体氮气置换，动火作业前需对原排污、放空管线进行逐一置换，以确保动火连头施工作业的安全性。

按照站场工艺设计，放空管线与工艺主管线间通常设置球阀和节流截止放空阀两个阀门，排污管线与工艺主管线间通常设置球阀和套式排污阀阀两个阀门。排污、放空管线要实现氮气置换，常规做法是需拆卸套式排污阀或节流截止放空阀，为确保安全还需在上游端法兰处加装法兰盲板封堵，在下游端法兰处安装法兰注氮盲板，以实现注氮功能。但该种方案存在以下四个方面的缺点：(1)拆装工作量大，拆卸难度大。场站放空、排污支管较多，造成存在大量拆卸点，且经多年运行及表面防腐等原因，法兰螺栓不易拆修，常需两人配合才能完成。(2)封堵操作需采购安装高压密封法兰盲板，盲板安装及阀门恢复安装需更换采购3个高压垫片，将发生一定的成本费用。(3)若排污或放空管线上的球阀存在内漏，实施过程中的拆卸及恢复安装均存在一定的安全隐患。(4)法兰盲板及法兰盲板注氮口安装在取掉的阀门留下的空间内，安装操作空间受限。

以上缺点在不同程度上影响着动火施工的安全性，难易度、成本及作业时间等方面，制约着作业的顺利实施。而安装使用法兰垫片式注氮口这一工具，只需松解套式排污阀或节流截止放空阀阀门下游侧法兰，取出密封垫片后将法兰垫片式注氮口安装在法兰间，稍作螺栓紧固即可注氮使用，大大改善了拆卸阀门安装注氮法兰盲板存在的缺点问题。

2 法兰垫片式注氮口的制作

法兰垫片式注氮口需按照注氮处法兰的规格大小情况进行制作，实施工艺简单易行，一般管工、焊工均可自主完成。下面以2吋的阀门法兰为例进行制作说明。

2.1 法兰垫片式注氮口的结构组成及作用

法兰垫片式注氮口结构示意图如图1所示。

图1 法兰垫片式注氮口结构示意图

(1)密封钢环。替代法兰密封垫片，起到密封作用。

(2)注气管。与钢环配合向管道内注入氮气。

(3)内螺纹接口三通。实现两瓶氮气同时注入。

(4)气孔。实现钢环和注气管联通，以便氮气进入管道。

(5)入口控制阀门。注氮气瓶更换时截断气路，不影响另一支路供气。

2.2 法兰垫片式注氮口各部分构件的制作、连接及要求

(1)密封钢环。钢环一般采用5 mm钢板切割制作，钢板质地不宜过硬，厚度不宜过大，钢环表面平整无弯曲，以实现确保紧固后连接处的密封性。钢环外径为110～120 mm，钢环宽为20～30 mm，外径及钢环宽度的确定要确保钢环可以顺利插入两法兰间，并与两个法兰的凸面(密封面)相匹配结合，实现紧固后不漏气。钢环径向开通气孔2～5个，气孔直径大小为3 mm，一般根据注氮量的大小进行确定。气孔直径以小为好，以减小钢板的厚度，气孔的数量应满足注氮速度的要求。

(2)注气管。2寸的法兰垫片式注氮口注氮管可选用DN25的镀锌钢管，钢管一端压扁后与钢环焊接连接，一端采用车出外螺纹与三通件连接。钢管压扁的一段应保证有一定的通气能力，与钢环上气孔连接，同时压扁后厚度应不影响法兰的紧固；焊接处焊道应打磨平整，不影响密封。

(3)内螺纹接口三通。可在市场上直接采购。实际作业中可根据注氮速度的大小来确定使用三通或四通。

(4)入口控制阀门。阀门可在市场上直接采购1/2吋阀门，尺寸应与三通接口配合。

3 法兰垫片式注氮口的使用方法

法兰垫片式注氮口是在法兰密封面处向管道内注入氮气等气体的设备，考虑到密封性及可操作性等原因，该工具一般适应于小口径法兰，建议法兰口径不宜大于DN200。该部件主要适应于场站放空、排污等局部支管路小规模的氮气置换作业。下面以放空管线为例说明其使用方法：

(1)关闭放空管线上的球阀，打开节流截止放空阀，放空球阀与节流截止放空阀间管段内的高压气体，完成后关闭节流截止放空阀。

(2)松解节流截止阀下游处法兰螺栓，取出原密封垫片，并将法兰垫片式注氮口钢环插入法兰之间。

(3)检查钢环与法兰密封面的配合，紧固法兰螺栓，打开氮气瓶注气后，无明显漏气即可，实际安装如图2所示。

(4)注氮软管一端卡扣在入口控制阀门上，另一端通过减压阀连接氮气瓶。

(5)打开入口控制阀门，打开氮气瓶及减压阀，开始注入氮气，注入量可通过减压阀的开度以及入口控制阀门的开关进行控制。

(6)氮气置换完成后，松解法兰螺栓，取出钢环，安装新的法兰密封垫片，紧固螺栓，恢复现场安装。

图2 现场安装图

4 法兰垫片式注氮口与法兰盲板式注氮口的比较

与常规的法兰盲板式注氮口相比，法兰垫片式注氮口能够适应局部置换的要求，特别是在站场不停输状态下对排污和放空管路进行氮气置换。

两种注氮方式在同尺寸管道条件下氮气置换的优缺点比较如表1所示。

表1 两种注氮方式在同尺寸管道条件下氮气置换的优缺点比较

5 拓展设计及应用

文章设计及应用的法兰垫片式注氮气设备钢环为通透型的，可进行进一步优化设计以实现其他功能或效果。

优化设计方案一：将钢环做成非通透的钢片，钢片上的气孔通往钢片的一侧。此优化可以使注氮工具起到盲板的作用，有效应对安装时上游阀门存在轻微内漏的问题，可以实现新增管线截断的功能。

优化设计方案二：将钢环做成非通透的钢片，钢片上设置两个注气管，两个气管分别与钢片两侧联通。此优化可以使注氮工具起到盲板的作用，还可以分别向两侧注气互不影响。

优化使用方案三：对于置换时部分部位无可控检测口，如该部位有较小的法兰，该设备安装后可以作为检测口使用。检测时只要管道内有一定压力，打开控制阀即可在该处进行气体检测，以避免直接打开法兰敞口引流排气检测带来的风险。

6 结语

法兰垫片式注氮口是根据现场动火施工氮气置换作业的实际需要设计并制作而成的，该设备已应用于西气东输二线赣州分输清管站等5座站场动火连头施工的氮气置换作业，能够在站场不停输并保证多处截断满足施工安全的前提下，实现放空、排污管道的置换，减少氮气置换作业时间及人力物料的消耗，最终实现动火作业安全快速顺利完成。