人工煤气转换天然气后管道泄漏处理技术_技术研究

摘要

摘要：分析了人工煤气转换成天然气后城市燃气管网中法兰连接处燃气泄漏的原因，研发了对已经出现泄漏和未发生泄漏的法兰进行外密封的处理技术和设备，取得了较好的效果。关键词：天

摘要：分析了人工煤气转换成天然气后城市燃气管网中法兰连接处燃气泄漏的原因，研发了对已经出现泄漏和未发生泄漏的法兰进行外密封的处理技术和设备，取得了较好的效果。

关键词：天然气转换；管道泄漏；法兰外密封

Treatment Technology of Pipeline Leakage after Conversion from Manufactured Gas to Natural Gas

YANG Jing，LI Hua-zhang

Abstract：The reasons for gas leakage at flange joints of city gas network after conversion from manufactured gas to natural gas are analyzed.The treatment technology and device for external sealing of flange joints where leakage or no leakage occurs are developed，with good results.

Key words：natural gas conversion；pipeline leakage；external sealing of flange

1 概述

目前，青岛市地下燃气管道已逾1800km。原来的输配介质一直是焦炉煤气。2002年年底，青岛市为加强环境保护，减少大气污染，引进了洁净能源——天然气，并于2003年—-2005年先后分批对约1000km的地下燃气管网由人工煤气转换成了天然气。天然气是一种优质、高效、清洁、无毒的城市燃气，天然气中不含水和煤焦油等杂质。

原人工煤气管网转输天然气后的1年左右时间内，运行一直比较平稳。然而自2004年冬季起，青岛市的燃气管网运行管理公司发现已转换成天然气的区域泄漏抢修次数明显比往年增加许多，在不到3个月的时间内，燃气管网泄漏抢修近300次。在随后的2005年冬季燃气管网泄漏抢修289次，2006年冬季燃气管网泄漏抢修310次。

频繁的燃气管网泄漏不但带来了大量的抢修工作量，而且给城市燃气管网的安全运行带来巨大隐患。由于许多泄漏点都是轻微泄漏，一般不容易发现，而且有些泄漏点临近电缆井、电信井及其他沟渠，泄漏的燃气容易在这些位置形成积聚，遇到静电或电火花后会发生爆炸，引发严重后果。因此，分析泄漏原因并制定合适的解决方案是亟待研究的问题。

2 原因分析

针对人工煤气转换成天然气后管道易泄漏的问题，通过对频繁出现的燃气泄漏情况进行汇总分析后发现，泄漏点主要集中在已经转换成天然气的区域内，而且大部分是在阀门井或钢制中压凝水缸的连接法兰处。发生这类问题的主要原因是：在青岛市早期敷设的燃气管网中，阀门前后的法兰连接处一般采用的是耐油橡胶垫片，其主要成分为丁腈橡胶。在原来的输配介质焦炉煤气中，除H₂、C0、CH₄等主要成分外，还含有一定量的水、煤焦油以及苯类芳香烃等杂质。根据相似相溶原理，苯等芳香烃，尤其是苯，对橡胶具有较强的溶解作用。因此，原法兰连接处橡胶垫片由于常年与人工煤气接触，垫片中的橡胶就会不断地吸收人工煤气中的苯。

管道中法兰密封通过法兰间的垫片来实现。随着季节的变换，地下管道会受地温变化的影响而不断地收缩或膨胀，进而会造成连接管道及附件的法兰的间隙在管道胀缩过程中不断地发生变化，虽然这种间隙的变化很小，但是在客观上存在。在法兰间隙的变化过程中，要实现法兰的密封就需要法兰之间的垫片具有一定的可压缩性和回弹性。

在人工煤气为介质的管网系统中，法兰垫片中的橡胶由于吸收了人工煤气中的苯而溶解变得膨胀。这种膨胀了的橡胶垫片，在人工煤气管网中作为法兰密封垫片，并不失去可压缩性和回弹性。因此，在介质为人工煤气的管网中，这种膨胀的法兰垫片的密封作用还有效，输送人工煤气时并没有出现阀门井和钢制中压凝水缸的连接法兰处泄漏的现象。

然而，对于同样的管网系统，同样的压力级制，输送介质由人工煤气转换成天然气后，由于天然气中不含苯等杂质，而原先渗入到垫片的苯族化合物反而会从垫片中析出，而且苯族化合物溶解了橡胶中主要成分——丁腈橡胶，在苯族化合物从垫片中析出的过程中，被溶解的丁腈橡胶也会随之析出，从而导致橡胶垫片收缩变干，甚至会失去或局部失去橡胶的可压缩性和回弹性。在冬季地下燃气管网因地温下降而收缩时，法兰之间的间隙变大，而橡胶垫片由于干缩失去了弹性，无法随法兰间隙变大而回弹，或者垫片变形不均匀，导致燃气在法兰连接处泄漏。

3 采取的措施

3.1 常规抢修方法的尝试

对于以上原因形成的燃气泄漏，我们在抢修过程中曾经尝试过常用的方法，然而效果都不好。

① 紧固螺栓

按照常理，采用紧固螺栓压紧橡胶垫片的方法应该可以解决法兰泄漏的问题。但在实际操作中发现，这种方法根本不适用上述的燃气泄漏问题。在冬季管道会随着温度的下降而收缩，螺栓本身已经承受了非常大的拉应力，采取强紧螺栓的方法，效果很不明显。虽然少部分泄漏的法兰可以暂时通过紧固螺栓而临时封堵泄漏，但是不久随着地温变化还会出现泄漏；还有一部分法兰根本无法靠紧固螺栓的方法来封堵泄漏。因此，这种方法治标而不治本。

② 更换新的法兰垫片

在无法靠紧固螺栓的方法来封堵泄漏时，只能采取更换新的法兰垫片重新密封或断管拆除凝水缸后采用管件短接的方法。这种方法在实际操作过程中也遇到了问题。无论是更换法兰垫片还是废除凝水缸采用管件短接均存在操作时间长，所需费用高，必须进行停气作业等问题。其中最不利的因素就是停气作业，停气作业会给用户的用气安全以及燃气公司对用户的服务承诺带来较大的负面影响。因此，这种方法作为一般的应急抢修处理可以使用，而对于我公司已经转换成天然气的管网中约1300处钢法兰，难度就非常大或者说非常不可取。

因此，从保障燃气用户的用气安全和燃气公司对用户的服务质量承诺等方面来考虑，应该采取在不停气或尽量少停气的情况下解决法兰泄漏问题的方法。

3.2 法兰外密封方法

对于钢法兰的外密封，我们曾考虑过采用在自来水抢修中常用的哈夫节加大尺寸后将法兰包于其中。但由于哈夫节只对两侧为直管的法兰有效，而在燃气管网中的法兰主要用于管道与阀门和管道与凝水缸之间的连接，这两种情况都是直管通过法兰与外形不规则的阀体或凝水缸体连接，因此，哈夫节技术在此无法使用。

基于对法兰进行外密封的思想，青岛泰能天然气有限公司还曾采用过哈尔滨燃气公司使用的在法兰间隙中注胶的工艺进行法兰外密封。后来在总结以往燃气管网运营经验的基础上，与上海市华焰燃气公司等单位合作，研发了一种用金属卡具加橡胶圈、橡胶垫片来对钢法兰进行外密封的处理方法。这两种方法均取得了良好的效果。

在法兰间隙中注胶进行法兰外密封的具体方法(以下简称方法1)是：先清洗法兰连接处的两个法兰外沿表面以及螺栓、螺母上的浮锈，然后用预先制作好的法兰金属卡具封闭法兰的外沿，卡具上有预留的注胶接口。从预留的注胶接口处高压注入一种半凝固的胶体，来补偿法兰间隙变大后垫片无法回弹而形成的泄漏缝隙。当法兰的间隙中完全注满胶体后封好注入口，胶体会逐渐固化，这样就完成了封堵泄漏点的工作。

采用预制的金属卡具和橡胶条、橡胶挚片对法兰进行外密封的具体方法(以下简称方法2)是：根据不同的管径，预先制作相应的金属法兰卡具以及相配套的橡胶条和橡胶挚片。在清洗掉法兰连接处的两个外沿表面以及螺栓、螺母上的浮锈后，先卸下一个法兰连接螺栓，在螺栓的螺帽处穿上预制好的橡胶垫片，穿过法兰上的螺栓孔后，加上另一个橡胶垫片再拧紧螺母。采用这种方式逐个卸下法兰的连接螺栓，在螺栓和螺母处加上预制的橡胶垫片，然后将螺栓紧固到原来的程度，实现连接法兰的螺栓孔的外密封。在两片法兰片的间隙处放入一根预制的橡胶条绕法兰间隙1周，将橡胶条拉紧后，采用一种特制的胶将橡胶条的两端粘结在一起。然后在塞入橡胶条的法兰外部用金属卡具将橡胶条局部压入法兰的间隙中，从而实现对法兰外沿间隙的外密封。

针对以上两种方法，我们分别在不同管径的法兰上进行了试验，并从安全性能、操作成本、操作的难易程度、操作时间、改造后的效果等方面进行了比较，结果如下。

采用方法1，对于已经泄漏的法兰，可以检验法兰是否还泄漏，而对未发生泄漏的法兰进行预处理时，无法检漏。进行该处理后，一旦再发生泄漏，由于法兰间隙中注入了胶体，再进行二次处理就非常麻烦。该方法对管网压力低于0.1MPa的法兰实施封堵效果较好。

采用方法2，对已经泄漏的法兰进行密封或对未泄漏的法兰进行预密封都可以实施气密性试验。随着地温的变化，一旦再出现泄漏，可以及时更换橡胶条或螺栓橡胶垫片重新进行封堵。该方法封堵后试验压力达0.6MPa，效果依然很好。

通过比较，发现采用在法兰间隙中压入橡胶条的方法在安全性能、可操作性以及操作成本等方面均具有一定的优势，而且操作时间相对较短，法兰卡具以及橡胶条均可以批量生产。因此，该方法非常有利于推广和应用。

4 特殊情况的处理

① 由于法兰标准多，不统一，尤其是阀门的配套法兰更为明显。在管网建设中，往往大外径和小外径的法兰安装连接在一起，这种现象给法兰间隙的外密封带来一定的难度。针对这种情况，可以根据法兰的实际尺寸加工异型卡具和梯形密封条来实现外密封。

② 由于施工因素造成连接法兰的螺栓孔少量错位或连接螺栓直径比螺栓孔直径小很多等问题，给螺栓孔的密封带来一定难度。针对这种现象，可以增加相配套的螺栓橡胶垫片的规格或更换合适的螺栓来实现螺栓孔的密封。

③ 对于承插接口的铸铁管道接口泄漏的问题，其形成原因和法兰泄漏的形成原因基本相同。我们采取了对天然气进行加湿的处理方法，已初见成效。

(本文作者：杨静李华章泰能天然气有限公司管网运营公司山东青岛 266071)