方舒東 王坤 康濱 解應濤

中國石油化工集團公司天然氣分公司川氣東送管道宜昌維搶修中心

大口徑長輸天然氣管道閥室引壓管卡套失效的危害及處理技術

方舒東 王坤 康濱 解應濤

中國石油化工集團公司天然氣分公司川氣東送管道宜昌維搶修中心

在介紹引壓管卡套連接的結構和密封原理的基礎上，分析了引壓管卡套失效的原因：①施工方人員在施工過程中沒有按操作規(guī)程操作；②施工方人員不了解引壓管卡套的結構原理，將前后卡套的順序裝反或是將前后卡套的各自方向裝反；③后卡套位置安裝不正確。指出了引壓管卡套失效的危害：會造成氣體泄漏的突發(fā)事件，容易引發(fā)燃燒、爆炸、干線停輸、閥室內設備損壞、環(huán)境污染等事故。并由此制訂了相應的處理流程，提出了引壓管卡套失效處理作業(yè)的關鍵措施、技術要求及HSE要求。運用實例表明，“川氣東送”管道應用此項技術對所有閥室引壓管卡套進行整改后，運行良好，其一次檢查合格率為100%。

大口徑長輸天然氣管道 引壓管 卡套 失效 泄漏 措施 技術要求 HSE

目前國內大口徑長輸天然氣管道“西氣東輸”和“川氣東送”管道的閥室引壓管都采用了卡套式管接頭連接。閥室內的線路截斷閥共有3根引壓管，其中1根安裝在截斷閥的下游，用于檢測主干線的壓力，此引壓管稱為壓力信號檢測管；另外2根稱為動力引壓管，分別安裝在截斷閥的上下游，為氣液聯(lián)動執(zhí)行機構提供動力氣源。

1 引壓管卡套的結構

卡套式管接頭結構較為簡單，由接頭體、前、后卡套和螺母組成（圖1）。卡套式管接頭的工作原理是利用鋼管插入卡套內，利用卡套螺母鎖緊，抵觸卡套，切入管道而起到密封作用。

2 引壓管卡套式管接頭的特點

2.1 引壓管卡套式管接頭的優(yōu)點

1）結構簡單，密封性能可靠，使用方便，制作精良，外形輕巧美觀［1］。

2）不用加墊圈，節(jié)省材料，反復裝拆性能好。

圖1 引壓管卡套式管接頭的實物分解圖

3）不用焊接，不存在管道焊接雜質對系統(tǒng)性能的影響。

2.2 卡套式管接頭在安裝中的問題

1）安裝過程用力過猛，卡套刃口易咬傷管壁，降低引壓管的承壓能力。

2）卡套安裝不到位，易導致卡芯變形失效，造成天然氣泄漏。

3）前卡套套入管口過短（小于2 mm），易導致卡套脫落。

4）安裝過程中易將前、后卡套裝反或漏裝，導致引壓管蹦出。

3 引壓管卡套失效的危害

在輸氣管道的生產運行中，一旦引壓管卡套失效，處置不當將會造成嚴重后果，主要有以下危害：①安裝過程如果用力過猛，卡套刃口會咬傷管壁，降低引壓管的承壓能力，容易導致引壓管破裂；②如果安裝不正確，易導致引壓管連接處密封不嚴或卡套脫落，導致引壓管蹦出。這兩種情況都會造成氣體泄漏的突發(fā)事件，容易引發(fā)以下事故。

1）引起燃燒爆炸事故。引壓管脫落的瞬間，管內的高壓天然氣會將引壓管瞬間打彎、彈射到周圍，如果引壓管彈射到周圍金屬設備儀器上，碰撞產生的火花會引發(fā)燃燒爆炸事故的發(fā)生。

2）天然氣大量泄漏，引起干線的停輸。管道正常運行時，引壓管與主管線相通，一般承壓6～9 MPa。一旦引壓管失效，管內天然氣會立即向外大量噴射，操作人員很難靠近關斷引壓管的一次閥，必須將兩閥室間管段放空、降壓后才能處理卡套失效故障。

3）引壓管密封不嚴易造成閥室內天然氣聚集，濃度達到天然氣爆炸極限（體積分數(shù)為5%～15%）時，如遇到雷雨天氣的閃電以及移動火源會引起爆炸事故的發(fā)生［2］。

4）天然氣噴射造成閥室內設備的損壞。引壓管卡套失效的一瞬間，大量高壓氣體從引壓管內噴出，噴到周圍的儀器設備上，會對儀器設備造成不同程度的破壞。

5）天然氣大量泄漏，造成環(huán)境污染。

4 以“川氣東送”管道為例統(tǒng)計的引壓管卡套失效情況

“川氣東送”管道閥室曾經發(fā)生過引壓管卡套失效事件，當時閥室內線路截斷閥上游動力氣源引壓管與執(zhí)行機構三通閥卡套脫離，承受7.8 MPa高壓的引壓管瞬間與一次閥連接斷開，引壓管被打彎，天然氣大量泄漏。

為了防止類似事件的再次發(fā)生，“川氣東送”管道對沿線所轄閥室共564處引壓管卡套進行了拆解排查。排查范圍包括氣液聯(lián)動執(zhí)行機構上下游動力氣源引壓管、壓降速率引壓管、壓力變送器引壓管和絕緣接頭引壓管4個地方。表1為引壓管卡套失效隱患排查問題匯總表。

表1 引壓管卡套失效隱患排查問題匯總表

5 引壓管卡套失效原因分析及處理工作流程

5.1 引壓管卡套失效的原因

引壓管卡套失效的原因主要在于施工安裝人員的不當操作，歸結起來有以下3點［3］：

1）施工方人員在施工過程中沒有按操作規(guī)程操作。

2）施工方人員不了解引壓管卡套的結構原理，將前后卡套的順序裝反或是將前后卡套的各自方向裝反。

3）后卡套位置安裝不正確。

5.2 引壓管卡套失效的處理流程

在對隱患原因進行全面統(tǒng)計分析的基礎上，制訂了嚴格的引壓管卡套失效處理技術方案。引壓管卡套失效處理工作流程圖如圖2所示。

圖2 引壓管卡套失效處理工作流程圖

6 引壓管卡套失效處理作業(yè)的關鍵措施及技術要求

6.1 引壓管卡套失效處理關鍵措施

1）準備好拆裝閥室引壓管卡套的工具，包括250 mm和300 mm的活動銅質防爆扳手（各1個）、擦機布、黃油、防爆敲擊扳手、便攜式可燃性氣體檢測儀和正壓式空氣呼吸器等。

2）閥室屬于受限空間，在進入閥室前，操作人員穿戴好勞動保護用品，戴好安全帽，先用便攜式可燃氣體檢測儀檢測閥室內氣體的濃度是否超標，確認可燃性氣體未超標后，操作人員和監(jiān)護人員進入閥室。

3）對閥室執(zhí)行機構進行斷電，待確認斷電后，放空ESDV101儲氣罐內的氣體（氣體通過閥室放空管線排至閥室外的大氣中）。

4）儲氣罐內氣體散盡后，首先關閉引壓管兩端的閥門，確認閥門關閉后，進行引壓管拆卸。操作過程中，輕拿輕放扳手，嚴禁敲擊地面、設備及管線，擰動卡套帽時，應緩慢操作，聽到有氣體泄出時，停止拆卸，待引壓管內氣體完全泄出后，再完全拆卸卡套帽，取下引壓管。若一端引壓管卡套帽處擰動后氣體無法泄出，則將此引壓管卡套帽重新擰緊，再擰動另一端引壓管卡套帽進行氣體放空。

5）引壓管拆除后，對卡套帽、大小卡芯和卡座進行檢查，用擦機布把大小卡芯、卡帽和卡座擦拭干凈。對合格的引壓管卡套連接進行重新安裝，不合格的引壓管卡套連接需要更換前后卡套。

6）當引壓管外壁劃痕嚴重導致后卡套不能緊緊切入管壁，或者引壓管由于配管不適無法垂直插入雙接頭內錐孔時，必須更換此管段的引壓管。

7）引壓管卡套重新安裝后，緩慢打開閥門進行通氣，用肥皂水進行檢漏。若存在氣體泄漏現(xiàn)象，則對泄漏處重新用扳手進行擰緊，直至氣體泄露現(xiàn)象消除。

8）上述操作合格后對執(zhí)行機構恢復供電。

9）待恢復閥室正常通氣流程后，對閥室內所有流程進行檢查，確定一切正常后，如實記錄排查處理情況，作為重要技術參考資料。

6.2 引壓管卡套失效處理技術要求

6.2.1 人員要求

引壓管卡套失效隱患治理技術人員須接受必要的專業(yè)培訓，并具有管道運行方面的工作經驗。

6.2.2 設備工具要求

引壓管卡套失效處理中所有設備工具都經過有關專業(yè)技術部門的檢驗并取得合格證，具備在高壓管線和密閉閥室空間等條件下使用的資質［4］。

6.2.3 操作要求

1）拆下引壓管后將其所帶24°錐口的前卡套和后卡套拆下。此步驟中尤其需要注意的是確保在拆卸卡套過程中不得損壞管壁。拆卸的順序是先用外力拆下帶24°錐口的接頭體，然后再拆下卡套。

2）檢查引壓管與整個管路的整體裝配吻合程度，保證引壓管垂直連接時雙接頭垂直插入雙接頭的錐碗內。此步驟可通過調整引壓管的彎度或必要時重新配管來達到要求。引壓管的配管過程建議使用手動割刀來切斷鋼管，這樣可以保證管段的端面不需要太多的修理，操作中要去掉端面毛刺并倒角0.2×45°，同時保證鋼管端面與軸線垂直度小于0.5°。

3）安裝卡套及帶24°錐口的接頭體后進行預裝配。首先去掉管接頭各零件表面的防銹油并清洗干凈，在卡套刃口、螺紋及各接觸部位涂少量潤滑油，然后將螺母、卡套、帶24°錐口的接頭體按先后順序套在管子上，抓住引壓管并使端面與接頭體臺階保持2 mm左右的間隙，擰緊螺母，保證鋼管不跟轉，擰1.3～1.5轉后，再卸下螺母并檢查卡套切入情況。此步驟完成后要求卡套牢牢卡在管壁上，卡套和帶24°錐口的接頭體不得有松動現(xiàn)象，引壓管端面距離帶24°錐口接頭體的環(huán)狀錐底處3～6 mm。

4）裝配卡套。引壓管垂直插入雙接頭內錐孔，卡套塞在雙接頭內錐面與管子形成的間隙內，擰緊螺母使卡套刃口切入管子完成裝配。此步驟中要注意的是引壓管一定要保證垂直插入雙接頭內錐孔，這樣剛開始擰緊螺母時只需用手擰即可，等到螺母擰緊開始帶力時可用扭力扳手進行操作，根據(jù)廠家提供的扭力數(shù)據(jù)設定扭力扳手，然后上緊螺母。

7 引壓管卡套失效處理作業(yè)的HSE要求

1）作業(yè)人員應帶好防護眼鏡，穿戴好勞動保護用品，準備好空氣呼吸器，以便可燃氣體或有毒氣體濃度過高時及時撤離［5］。

2）確認閥門關閉后，方可進行引壓管拆卸。在整個處理過程中，所用工具必須是防爆工具，工器具輕拿輕放，嚴禁野蠻施工，至少有1名安全監(jiān)管人員監(jiān)管整個施工過程［5］。

3）擰動卡套帽時，拆卸人員要側身進行拆卸，不能正對引壓管或將頭部伸向引壓管上方。拆卸過程中，應緩慢擰動螺母，防止引壓管內氣體噴出傷人，操作過程中，嚴禁交叉作業(yè)。

4）若對多根引壓管進行拆卸或需要對其他設備進行隱患排查時，拆卸1根引壓管后，用可燃氣體檢測儀檢測氣體濃度。若氣體濃度超過正常作業(yè)濃度時，閥室所有人員應撤出閥室，待氣體濃度降低后，再進入閥室拆卸其他引壓管或檢修其他設備。

8 效果評價

1）復查結果統(tǒng)計顯示，“川氣東送”管道所有閥室引壓管卡套經過更換正確安裝后，都運行良好，檢查一次合格率為100%。

2）“川氣東送”管道閥室引壓管卡套整改后，經過半年多時間的運行考驗，引壓管工作全部正常，未發(fā)生引壓管卡套失效事件。

［1］董洪強，袁杰紅，周杰.火箭發(fā)動機燃燒室壓力測試中引壓管設計［J］.中國測試，2010，36（4）：13－17.

［2］李秋英，王莉，巨永林.含氧煤層氣液化流程爆炸極限分析［J］.化工學報，2011，62（5）：1471－1477.

［3］孫寅輝，王宏洲，史洪徽，等.壓縮機儀表引壓管泄漏原因分析［J］.腐蝕科學與防護技術，2007，19（5）：380－383.

［4］姜永濤.線路截斷閥氣液聯(lián)動執(zhí)行機構引壓管安裝［J］.管道技術與設備，2007（1）：34－35.

［5］彭忍社，王龍帥.在線封堵技術在西氣東輸引壓管改造的應用［J］.油氣儲運，2009，28（8）：52－53.

Damages and treatment measures of ferrule failures of pressure guiding tubes in valve chambers of large－diameter and long－distance gas pipelines

Fang Shudong，Wang Kun，Kang Bin，Xie Yingtao
（Yichang Emergency Repair Center of Sichuan－to－East Gas Transmission Pipeline Project，Natural Gas Subcompany of Sinopec，Yichang，Hubei 443000，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 11，pp.93－95，11／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

Based on the detailed introduction to the structures and sealing principles of ferrule connecting of pressure guiding tubes，three reasons for ferrule failures have been obtained.The first is the incompliance to operation rules.The second is that the constructors are not so familiar with the structures and sealing principles as to make mistakes with the setting direction of the ferrules.And the third is that the installation position of the back ferrule is incorrect.This paper also explains the potential hazards caused by ferrule failures，including the risk of gas leakage and explosion，the shutdown of trunk lines，damages to the facilities in valve chambers，and pollution to the environment，etc.Therefore，the relevant treatment process is proposed，including the essential measures，technical codes，and HSE requirement.The case history shows that the Sichuan－to－East Gas Transmission Pipeline runs perfectly and smoothly after the modification of the ferrules of the pressure guiding tubes in all the valve chambers.

large－diameter and long－distance natural gas pipeline，pressure guiding tube，ferrule，failure，leakage，measure，technical requirement，HSE

方舒東等.大口徑長輸天然氣管道閥室引壓管卡套失效的危害及處理技術.天然氣工業(yè)，2011，31（11）：93－95.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.023

方舒東，1963年生，高級工程師；主要從事天然氣管道安全相關工作。地址：（443000）湖北省宜昌市伍家崗區(qū)沿江大道189號致遠廣場3樓宜昌維搶修中心。電話：（0717）6262626，15871609777。E－mail：aqkfsd＠163.com

（修改回稿日期 2011－09－11 編輯 何 明）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.023

Fang Shudong，senior engineer，born in 1963，is mainly engaged in operation works concerning natural gas pipeline safety.

Add：3rdFloor，Zhiyuan Square，No.189，Yanjiang Avenue，Wujiagang District，Yichang，Hubei 443000，P.R.China

Tel：＋86－717－6262 626 Mobile：＋86－15871609777 E－mail：aqkfsd＠163.com