摘　要：天然气长输管道干线输送压力较高且往往无法停输，一旦与干线连接的法兰部位出现泄漏，在线堵漏很困难。通过对管道法兰连接部位出现的各类泄漏隐患原因进行分析，组建模拟试验系统，结合实际开展管道法兰在线治理技术的试验研究，提出了采用专用高压卡具、不停输开孔封堵和复合材料修复技术治理管道阀门法兰泄漏的技术方案。在实际应用过程中，需要针对法兰泄漏的不同情况，在确保作业安全的前提下选择一种经济有效的技术方案，是有效治理管道法兰泄漏的关键。

关键词：天然气管道；法兰；泄漏；在线治理；方案

西气东输管道工程自投产以来，受管道输量和压力提升及局部管道下沉等因素的影响，站场、阀室与干线连接的一些法兰连接部位陆续出现泄漏现象，给管道安全平稳运行带来严重隐患。泄漏位置有 3 种情况：干线阀室与干线连接的 DN356 旁通管上阀门连接法兰部位；站场内与干线连接的 DN50 和 DN80 小口径燃料气管道阀门法兰部位；气液联动执行机构引压管、阀室 TEG 管道与干线连接的阀门法兰部位。截至2009 年 12 月，西气东输干线共有十几个线路阀室与干线连接的阀门法兰部位出现了泄漏现象。

1 泄漏原因分析

输气管道阀门采用法兰连接，其密封效果主要靠连接螺栓产生的预紧力获得，通过紧固螺栓使法兰垫片达到足够的密封比压以阻止气体外漏，实现密封^[1]。

影响法兰密封性能的主要因素：法兰安装连接螺栓预紧力不足或不均；管道内压波动或管道下沉移动导致连接螺栓受力变化；管道振动导致连接螺栓松动；密封材料耐压等级不符合规范要求；密封材料老化导致垫片回弹力下降；密封垫结构选型不当。这些因素对管道法兰密封性能存在直接或间接的影响^[2]，特别是管道进气投产后，由于管道下沉、移动等因素影响，法兰连接螺栓受力情况的变化难以避免，因此，泄漏隐患的治理值得高度重视。

对于法兰部位泄漏，条件允许的情况下，首选方案是在降压和放空后进行法兰修复。如果可以停输，则关闭泄漏点两侧阀门，放空置换后，采取更换新垫片，重新紧固螺栓等措施。但是，对于正在运行的干线管道，停输对生产影响很大，因此，如何实现不停输在线法兰堵漏，是长输管道法兰泄漏治理的难点所在。

2 技术方案及应用

2.1 专用高压卡具堵漏技术

基本原理：使用专用金属夹具安装于渗漏法兰的密封面外，利用机械夹持力和通过在法兰面注入密封胶的方法，实现对泄漏点的密封^[3]。此种卡具堵漏技术方案主要用于治理管道阀室旁通管道法兰连接部位的泄漏（图 1）。

专用高压卡具堵漏技术方案的主要特点是能够在保留原有管道法兰结构的情况下，实施快速堵漏或抢修。但是，堵漏效果往往受两法兰外表面同心同轴度等影响，在对法兰连接面实施密封后，高压气体可能从法兰两侧的螺栓连接处再次泄漏。另外，在向夹具内注入密封胶时，还需要根据管道内压，调整注入密封剂的操作压力等，一旦管道内压变化较大，势必影响密封效果。

2.2 不停输开孔封堵技术

基本原理：采用不停输封堵专用设备，先将泄漏段管道与主管道堵断，然后局部泄压放空后更换泄漏法兰内的密封垫片，待更换完毕后解除封堵，恢复管道的正常输送^[4]。

2008年1月，在西气东输管道111#线路阀室应用不停输开孔封堵技术，对旁通管道上 DN356 连接阀门的法兰垫片实施更换。2006－2008 年，对全线线路截断阀气液联动执行机构的引压管和阀室 TEG 小口径管道第一道连接法兰的阀门进行更换。

不停输开孔封堵技术方案可以实现管道不停输更换垫片或法兰，解决法兰泄漏问题，但其需要动火作业，经济成本高。另外，施工作业受环境和现场操作等条件限制。

2.3 复合材料修复技术

基本原理：对连接法兰面间隙填充高强度堵漏密封材料，再用由高强度纤维与环氧粘结剂组成的复合材料对法兰连接部位进行整体外包覆，待复合材料结构固化后，形成一个高强度壳体结构，实现整体加固，达到预防法兰泄漏的目的（图 2）。

为验证使用碳纤维复合材料进行法兰泄漏治理技术方案的实际效果，2008 年 3 月，在南京龙潭维抢修中心，模拟实际工况，组建一套专用试验系统，进行堵漏试验。试验法兰外径630 mm，管道外径360 mm，试验前首先拆卸 4～6 个法兰螺帽，人为制造法兰密封面

泄漏，然后按照上述施工流程对法兰进行碳纤维复合材料堵漏加固处理，待复合材料养护固化后，进行耐压密封试验。结果表明：采用碳纤维复合材料进行管道法兰渗漏治理，管道系统连接法兰在 10 MPa 介质压力下，露天环境下稳压 14 d，堵漏区域无任何泄漏。可见，该套技术方案对存在泄漏隐患的管道法兰泄漏治理非常有效。由于该套技术方案具有作业不动火、操作安全、成本费用低等特点，2008－2011年，采用复合材料修复技术对西气东输全线 220 多个线路阀室旁通管道 DN356 阀门连接法兰及各站场与干线连接的DN50 和 DN80 管道法兰泄漏隐患进行治理（图 3），在确保管道安全平稳运行的同时，节约了大量维修费用。复合材料修复对法兰结构具有一定的加固作用，可提高法兰的抗轴向拉伸、弯曲能力，防止密封面泄漏情况进一步恶化。但是，对于已经出现明显泄漏的高压（7 MPa 以上）法兰，治理效果不佳。

3 结束语

根据管道阀门法兰连接部位泄漏隐患类型和实际环境，选择不同的泄漏治理技术方案，在确保作业安全的前提下，采用经济有效的技术方案是成功治理管道法兰泄漏的关键。对于存在泄漏隐患的法兰，预防性治理采用玻璃纤维或碳纤维复合材料加固技术；对于严重泄漏的法兰，紧急抢修治理采用专用高压法兰卡具堵漏及不停输封堵技术，在条件允许的情况下，置换放空更换垫片；对于轻微渗漏的法兰，早期治理采用复合材料＋引流堵漏技术。

参考文献：

[1]吴宇. 法兰连接中螺栓预紧力及垫片密封性的研究[J]. 炼油技术与工程，2006，36（1）：45

[2]黄泽俊，王小平. 输气管道的法兰泄漏预防治理技术[J]. 石油化工腐蚀与防护，2011，28（1）：62-64.

[3]蒋新梁. 带压堵漏技术简介及应用[J]. 齐齐哈尔大学学报，2009（4）：50.

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