微正压焊接工艺在大口径天然气管道泄漏抢修中的应用

时间：2021-02-08 16:03:03　来源：雅意学习网本文已影响人

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　　摘要：某大口径天然气管道泄漏事故抢险中采用了微正压焊接工艺。该管道材质具有较好的韧性，参考设计规范中开口补强的方案，利用库存的同规格型号、同材质管子包住受伤管道。该方案具体做法是：将两段管子分成外弧长不等的两部分，将外弧长大的两部分进行冲压扩径和坡口处理。在管道内的天然气放空压力接近零时再点燃外泄天然气。管道内凹伤口必须处理合格，以确保以后通球作业时不受影响。在原管道的外防腐层处理合格后，用已扩径的两部分管材对伤口处进行包裹并满焊。本应急抢险措施共用时13小时，比其他可行方案节约时间约改为47小时，减少直接经济损失约1174万元。
　　关键词：大口径天然气管道；泄漏；应急措施；微正压焊接工艺
　　鄂尔多斯盆地大牛地气田某集气干线（L360）为φ508×7.1，设计压力为6.3MPa，设计输气量为15×108m3/d，该干线连接的集气站共有12座之多。2013年5月因机械事故导致该埋地管线出现两个2.5cm×4cm的泄漏孔洞，幸运的是有关单位人员及时抢险，立即启动应急预案，经过对比L360钢和20#钢的化学成分，充分了解焊缝的应力情况，采用微正压焊接工艺的修补方案，该大口径天然气管道泄漏的重大险情得以避免且经济损失也较小。天然气泄漏，后果是非常严重的，必须严加防范。一旦发现泄漏，必须在最短的时间内堵漏。采取何种措施与方法最为有效，时间最短，效果最好，历来都是被关注的关键课题与技术。
　　目前我国天然气管道事业发展迅猛，管道泄漏防范与处置技术必然会愈加重视，以上述抢险事故为例，探讨天然气管道泄漏实用的处置方法、破损部位的修补工艺，总结其经验教训，这具有十分重要的作用与意义。
　　1 管道穿孔和机械损伤后抢险的习惯做法
　　我国石油行业中老的油气集输管道一般为10#或20#钢材，设计压力一般为1.6MPa以下。这些管道在出现穿孔和机械损伤时，常采用的处理方法是将主管道停输并进行清管作业，达到可以焊接动火条件后进行打“补丁”焊接处理。示意图如图1所示。
　　

　　管道打“补丁”堵漏示意图管道“打卡子”方式堵漏示意图
　　图1 图2
　　在难以停输的情况下，采用“打卡子”方式堵漏，示意图如图2所示。依靠螺母、螺栓对橡胶垫的足够挤压将漏气的孔洞密封住。
　　2 L360φ508管线出现险情时的应急措施
　　2.1 立即启动应急预案。该天然气管道瞬间泄漏时其运行压力5.2MPa，幸运的是没有形成火花引燃天然气。有关单位立即启动了应急预案，疏散施工人员，封锁交通路口，并在下风口500m外拉起警戒线，关断漏点上下游管道阀门，放空管道内天然气，并及时调来了消防车。
　　2.2 及时了解管道破损状况，防止火花形成而引起现场爆炸等次生事故。管线破损部位如何修补才是必须要关注的关键课题。首先派两名穿戴好正压呼吸器的抢险人员到事故地点进行实地考察。此处管道埋深约1.6m，推土机前斗六齿中的两齿插入管道内，两齿周围管壁伤口内凹，没有开裂，这点证明了L360管材较好的抗撕裂性能，如图3。推土机撤离时，为防止在漏点处齿与管壁引起火花，派消防车采用喷淋加以防护。
　　

　　图3
　　2.3 核算焊缝的应力情况，研判修补方案。当用图1打“补丁”方式，采用E6010焊条进行补焊时，熔焊后焊缝的屈服强度σb= 450MPa，焊缝的抗拉强度σs=520MPa。应力分析如图4和图5，由应力分析可知，“补丁”的抗拉应力σ1= 94.1MPa，抗弯曲应力σ2=2689 MPa，σ2>σb。工程经验显示，“补丁”越大，稳定性越差，越容易开裂。设计规范也不允许此种补焊方式。故此方案不可行；由焊条 E6010化学成分可知，采用图2打“卡子”的方式，靠两根螺栓对橡胶垫的挤压所产生的压力封住管内5.5MPa下的天然气亦是不可能的和不可行的。
　　

　　图4 图5 应力分析单元
　　3 修补方法
　　从L360钢和20#钢的化学成分可以看到两种钢的含碳量上限一致，均为0.22%，说明钢脆性相近。硅（Si）的最大值L360为0.45%，20#钢为0.37%，它能显著提高钢的弹性极限、屈服点和抗拉强度。说明L360钢材比20#钢的弹性性能和抗拉强度要高。锰（Mn）的最大值L360钢为1.4%，20#钢为0.65%，它在钢材中可以提高钢的常温强度、硬度及耐磨性能，说明L360的常温性能高于20#钢材。适量的锰可以提高钢材强度，消除硫、氧对钢材的热脆影响，改善钢材热加工性能，并改善钢材的冷脆倾向。L360钢材的抗拉强度为460～760MPa，20#钢的抗拉强度为410～550Mpa，L360钢材的抗拉强度范围大小比20#钢材高出50～210MPa。因此决定采用微正压焊接工艺的修补方案。
　　参考设计规范中开口补强的方案进行抢险，利用库存的Ф508×7.1管子包住受伤管道。经计算知Ф508管道外周长为1596mm，若用Ф508×7.1管子将其包裹，则处理后管道外周长应为1641mm。具体做法是：截两段长1.1m的Ф508管子，将该两段管子分别分为外弧长为809.5 mm和786.5mm不等的两部分，利用L360较好的韧性，将外弧长809.5mm的这两部分向Ф508管子冲压，扩充内径，并将四个边缘倒坡口，处理达到焊接要求。在泄漏管道的天然气放空压力接近零时，点燃外泄天然气，处理内凹伤口，防止影响将来管道的通球，并将原管道的外防腐层处理合格后，用已扩径的两部分管对伤口处进行包裹并满焊。图6为焊接后的照片。
　　

　　图6 采用微正压焊接的修补方案焊接后的照片
　　4 结语
　　该大口径的天然气管道泄漏抢险方案，若利用建管道时余下的管道将受损管道整段换下来，更换管段长度约1m，此方案需要将管道内的天然气放空，并需要利用阻燃气体N2进行置换。置换段管道长度32km，需要气态N2约12000m3，相当于液态N2约20m3。完成整个过程需要约2.5天时间，影响天然气产量约1030×108m3，直接经济损失约1600万元。显然此方案经济损失是较大的亦是不可取的。本应急抢险措施共用时13小时，比其他可行方案节约时间约47小时，减少直接经济损失约1174万元。充分利用管材特性，方法简单易行且符合现行设计施工规范，该大口径的天然气管道泄漏抢险修补方案无疑提供了一套因地制宜的实用方法。
　　作者简介：
　　聂洋，2010年毕业于天津工程技术学院电子信息专业，助理工程师，从事管道施工和采气工艺研究4年。

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