高压储罐弧形部位裂缝带压封堵技术

张晨晨，王 健，范 杰，金 锋

（交通运输部上海打捞局，上海 200082）

石油行业产品的需求量与日俱增，促进了石油行业生产的快速发展，石油工业现已发展成为中国的重要支柱产业之一[1]。在石油化工生产和运输过程中，液化石油气泄漏事故在全国范围内曾多次发生，有的甚至形成恶性爆炸事故，造成了众多的人员伤亡和巨大的财产损失。在管道或储罐等出现泄漏时，运用正确的堵漏方法，不仅能取得抢险的成功，而且可以避免和减少人员伤亡。

目前已有的封堵技术集中在对规则的管道或光滑规则曲面的封堵，包括不停产带压开孔及封堵技术在供水管道施工中的应用、深水桥墩施工中的钢吊箱底板封堵方法[2]、天然气高压管上道不停输带气封堵技术的应用以及油气管道泄漏的内封堵机器人等，这些都无法应用到如图1 所示的高压储罐弧形部位裂缝的带压封堵中。

图1 高压储罐弧形部位裂缝

本文通过设计一种专用的堵漏装置，进行储罐弧形部位裂缝的封堵，以减缓气体泄漏速度，防止天然气大量泄漏导致的闪爆等风险，为后续采取整体救援方案争取时间。

1 带压封堵技术的基本原理

高压储罐弧形部位出现裂缝产生气体泄漏情况时，应采用专用工具将封堵吸盘通过储罐的管道送入储罐内部，利用专用工具上的空气弹簧将吸盘顶推至储罐泄漏点附近的内壁上并紧密贴合，在内外压差的作用下，封堵吸盘会紧贴泄漏点周围的罐体，从而使得储罐内部气体与裂缝隔离，达到封堵的效果，为后续从外部封堵裂缝争取宝贵的时间。

这项技术由橡胶吸盘、空气弹簧、专用工具和封堵操作技术4 部分组成。

2 封堵工具结构及操作工艺

2.1 封堵工具结构形式

高压储罐内部封堵专用工具主要由橡胶吸盘、空气弹簧、进给管道、推进丝杆、充气管线、转动手柄组成，详细的结构形式如图2 和图3 所示。

图2 封堵工具结构形式（单位：mm）

图3 封堵工具的三维示意图

高压封堵工具在连接球阀之前，所有的结构件都回收储存于进给管道内，包括空气弹簧、橡胶吸盘、滑座、滑块等，且在滑道内存放弹簧充气管，充气管一端与丝杆内部的管孔连接，另一端与空气弹簧的充气口连接，用于给空气弹簧充气，顶推橡胶吸盘。丝杆具有外螺纹，滑座端部安装铜螺母，铜螺母具有与丝杆外螺纹相匹配的内螺纹，从而可以通过旋转转盘，带动丝杆旋转，将滑座、橡胶吸盘以及空气弹簧等沿着水平方向往储罐管壁方向推动，直至推送至储罐内部。滑座的长度需根据球阀外法兰面至储罐内壁的距离以及空气弹簧外端面至吸盘的开口面的距离确定，确保能将吸盘送至储罐内部。

2.2 封堵工艺

根据高压封堵工具的工作原理，详细的操作工艺流程如下：①作业时操作人员需要佩戴有防护眼镜的安全帽、耐温长袖手套，穿防静电服和防静电鞋进行施工。②提前将所有结构件都回收储存于进给管道内，包括空气弹簧、橡胶吸盘、滑座、滑块等。③利用防静电扳手，将封堵工具的法兰面同球阀的法兰面连接，中间设置橡胶垫圈做密封，防止气体泄漏。④根据球阀法兰面至储罐内壁的长度，计算需要推进的距离，通过旋转转盘，带动丝杆旋转，将空气弹簧、橡胶吸盘送至高压储罐内部。⑤反向旋转转盘，使得空气弹簧和橡胶吸盘向储罐内壁方向移动，直至橡胶吸盘紧贴于储罐内部。⑥通过机构末端的充气口，给充气弹簧充气，压力高于储罐内部压力0.1 MPa，使得充气弹簧膨胀，压紧橡胶吸盘的背面，从而使得橡胶吸盘紧贴于储罐内部。在橡胶吸盘的隔绝下，储罐内部与漏缝之间被完全隔离，从而达到堵漏的效果。⑦高压储罐泄漏点从内部完全封堵或泄漏速度明显降低后，采取外部堵漏的方式，完成泄漏点的最终封堵。之后按照反向操作程序，将封堵机构退出储罐内部，并拆除封堵工具与球阀的连接。

3 封堵试验

为了验证高压封堵工具的实际使用效果，根据常规高压储罐的曲率半径以及内部储存天然气等气体的压力值，加工制作一套曲率半径为3 m、设计压力1.5 MPa 的高压储罐，用于进行封堵工具的堵漏试验。

3.1 试验储罐

试验储罐整体尺寸为长宽高各1 m，采用Q345钢板制作而成，其中4 个侧面的曲率半径为3 m，4 个拐角的曲率半径为0.53 m。储罐2 个侧面设置观察窗，用于观测封堵机构在储罐内部工作状态及贴合状态。储罐管路下方的罐体上开设泄漏缝，用于模拟储罐弧形连接部位泄漏的状态。储罐顶部设置充气阀及压力表，分别用于储罐充气以及观测储罐内压力变化情况。试验储罐开设泄漏缝之前进行气密性试验，确保储罐严密性完好。试验储罐加工图纸如图4 所示。

图4 试验储罐加工图纸（单位：mm）

3.2 试验过程

试验储罐及封堵工具均加工制作完成后，开始进行封堵试验，储罐起始内部压力为1.2 MPa。试验总体步骤如下：①将储罐充气至1.2 MPa 之后，观察1 h，记录压力变化情况；②将储罐重新补压至1.2 MPa，按照封堵操作工艺，将封堵工具连接至储罐管路的球阀上，旋转转盘将空气弹簧及橡胶吸盘送至储罐内部，并通过反向旋转转盘，使橡胶吸盘压在储罐内壁上，如图5 所示；③通过给空气弹簧充气使其膨胀，从而压缩橡胶吸盘紧贴储罐内壁，如图6 所示；④在封堵工具安装过程中，储罐会出现一定的压降，为了便于进行数据对比，重新将储罐补压至1.2 MPa，观察1 h，记录在封堵工具的作用下，储罐内压力变化情况。

图5 封堵工具安装

图6 橡胶吸盘贴合情况

3.3 试验结果

试验过程分储罐无泄漏缝、泄漏缝未封堵和泄漏缝封堵3 种情况进行，分别记录各种情况下试验储罐内部压力在1 h 内的变化情况，从而判断封堵工具的封堵效果。各种情况下储罐内部压力变化情况及趋势如表1 及图7 所示。由上述试验记录可得如下结论：①试验储罐在未开泄漏缝之前，密封性完好，无泄漏；②试验储罐开泄漏缝之后，在未进行封堵的情况下，内部压力在1 h 内从12 bar 下降至3.72 bar，压降为8.28 bar，平均压降速率为0.138 bar/min；③使用封堵工具对泄漏缝进行封堵后，试验储罐内部压力在1 h 内从12 bar 下降至11.65 bar，压降为0.35 bar，平均压降速率为0.006 bar/min；④试验储罐泄漏缝使用封堵工具进行封堵后，泄漏速度较未封堵的情况下降了约23 倍，大大降低了试验储罐内压力下降速度。

图7 试验储罐压力变化趋势图

表1 试验储罐压力变化情况表

综上可以看出，封堵工具具有较好的储罐内部封堵效果，较为明显地减缓了储罐内部气体泄漏速度。

4 结束语

对于高压储罐弧形连接部位的裂缝，目前无有效的快速封堵技术。本文通过设计一款内部封堵工具，可以快速地从储罐内部进行弧形裂缝的封堵，经试验证明封堵效果良好，大大地降低了裂缝气体泄漏速度，为后续采取整体封堵救援赢得了宝贵的时间。