摘要:介绍了长输高压管道泄漏抢险的程序，引出长输高压管道抢险成功与否的关键在于堵漏方法和工具的选择。针对现有堵漏装置存在的堵漏速度慢、经济性差、工人劳动强度大等缺陷和不足,研制了一种新型堵漏夹具，现场应用效果良好。

　　关键词: 输油管道 堵漏卡具 设计

　　引言

　　随着中国经济快速发展,石油天然气管道建设方兴未艾,越来越多的管道已经进入了管道服役后期。尽管人们采取了多种防腐和防范措施，但由于腐蚀、第三方破坏、制造缺陷等原因造成的管道泄漏穿孔时有发生。所以,研究石油天然气高压管道泄漏事故的快速封堵技术是很有必要的。

　　1 管道泄漏抢险程序

　　管道泄漏抢险大致可分为以下10个步骤，如下图所示。其中以漏点的封堵和焊接为整个抢险施工工艺的关键环节。因此，如何提高封堵工具的安全性、有效性和快捷性成为提高抢险施工质量的关键因素。

首站停输 关闭上下游阀门 探测泄漏点位置、开挖导油槽 开挖收油坑、寻找漏点 封堵 焊接 焊缝检测 首站启输 焊缝检查确认 回填管线、恢复地貌 图1：管道泄漏处理程序

　　2 常用堵漏工具介绍

　　由于高压长输输油管道具有介质压力高、管径相对较大、截断阀室间管段较长、现场环境复杂等特点，限制了管道泄漏堵漏技术的应用。例如低压粘补技术、注剂式密封等技术均不适用。再加上泄漏时原油以高压喷射状态喷出，且管道本体漏点周围残留大量的油渍，限制了碳纤维补强等技术的应用。因此，适用于高压输油管道的堵漏方法非常有限。

　　2.1 木楔堵漏

　　最为传统的堵漏方法是用木楔堵漏(如图1所示)。木楔堵漏是指用圆形木楔强行敲击打入泄漏孔，达到堵漏的目的，堵漏成功后焊接圆筒形补丁，达到加固堵漏点强度的目的。此种堵漏方法简单实用，易于操作，对于形状规则、漏点偏小的泄漏点封堵较容易。但是也存在以下缺点：打入木楔时，在还没有密封严时木楔尖端就折断，或泄漏处出现不规则扩大，此时不好采取补救措施;对于 “长条形”形的穿孔，木楔方式基本上无法封堵;由于受管道内介质压力的影响，在扩挖操作坑，甚至焊接过程中，木楔都容易脱落，引发人员伤亡、火灾、爆炸等事故;常规木楔封堵方法影响管道完整性管理工作的开展，特别是内检测和清管作业都无法进行，会缩短管线使用寿命。

　　2.2 常规管卡堵漏

　　常规管卡是目前长输管道泄漏封堵的常用工具(如图2所示)，其显著的特点是结构简单，施工容易，不必直接焊接，危险性小。缺点是管卡重量过大，不方便现场操作，有时甚至需要起重机协助，从而增加了吊装作业额外风险。其次常规管卡封堵前需大面积剥离防腐层，且整个封堵面清理要求高，但抢险作业现场条件相对要求苛刻(使用打磨砂轮易引起火灾、爆炸意外事故)，不易满足实际需求。除此之外，常规管卡密封件紧固件过多，不易达到均匀紧固的要求，微渗现象不易消除，易引起现场抢险焊接作业发生火灾、爆炸等事故。

　　图1 木楔堵漏方式堵漏 图2 常规管卡堵漏

　　3 新型堵漏卡具的设计

　　3.1技术分析

夹具的主体部分包括卡瓦、顶丝、溜槽、堵漏贴片和密封垫片组成(如图3所示)。上下卡瓦之间通过螺栓 溜槽 堵漏贴片 密封垫 活动螺栓 上卡瓦 下卡瓦 紧固螺丝 联接在一起。堵漏装置的卡瓦可分成不同的直径系列，针对不同的管道直径，选用相应系列。

　　图3 卡瓦结构设计图

　　3.2 卡瓦最小厚度设计

　　一般来说，卡瓦的外径与其厚度相比要大得多，而且卡瓦的两个侧端面是自由的。因此，可认为卡瓦是处于平面应力状态、卡瓦宽度方向的应力为0。由此卡瓦就被简化成只受内压作用的复合圆环，卡瓦内的主要应力为环向拉伸应力，简化后的卡瓦结构如图所示。

　　图4 卡瓦简化结构图

　　图5 卡瓦受力分析图

　　令y方向的拉应力为σ, 合力为N。卡瓦的受力分析图如右图所示。依据y轴方向受力平衡，通过微元面上的压力积分即可求出卡瓦受力N:

式中：N为卡瓦所受的拉伸力,N;P为输送管道介质压力,Pa;D为管道外径,m;X1为密封垫的宽度,m。

　　最后得到卡瓦壁厚δ为：

　　式中:δ为卡瓦壁厚,m;L为卡瓦宽度,m;[σ]为卡瓦材料的许用拉伸应力,Pa。

　　3.3 卡具参数

　　适用于管径为Ф426mm，设计压力6.4MPa的输油管道抢险的卡具计算参数如下：

　　适用泄漏介质压力范围:≤ 6.4 MPa

　　适用管材规格: Ф426×7mm

　　卡瓦厚度：8mm

　　溜槽外形尺寸:120*80*50mm(凹槽圆弧半径为管材 外径)

　　堵漏贴片材料 :丁青橡胶

　　总重量:6kg

　　4 技术特点

　　4.1固定销

　　通过对溜槽施加较大压力使溜槽紧贴管壁，进而焊补到管道上，焊补完成后，拔掉溜槽两边固定销即可使卡瓦脱离溜槽

　　4.2顶丝

　　通过施加大于管内介质的压力顶压堵漏贴片，使其紧贴到管道泄漏处，进而堵住泄漏。

　　4.3密封垫片

　　是一种典型的具有自密封作用的压缩型密封件(一般选用丁青橡胶)，通过压缩时产生的反弹力给予泄漏点外壁和溜槽底面以初始的压缩应力，从而达到预密封作用。要求其不能被泄漏介质的冲刷力所破坏。

　　5 效益分析

　　5.1直接效益分析

　　(1)如果利用市场销售的管线封堵产品，每件成本约2万元(426管线)，利用自制层叠夹具每次节约经费：

　　20000-2000=1.8万元/次

　　累计节约1.8×4=7.2万元。

　　(2)如果用木楔封堵后再利用带压封堵技术换管，则每项工程费用约80万元，层叠夹具的成本为2000元，则经济效益：

　　800000-2000=79.8万元/次

　　5.2 间接效益分析

　　此种技术如果能够成功应用将能产生很大的间接效益，应用新型层叠卡具不影响以后的内检测、清管通球等工作，可延长管道服役寿命。应用层叠卡具能快速成功封堵漏点以后，在剥离防腐层和焊接的过程中不担心高压介质冲出造成二次泄漏、引发火灾爆炸等事故的发生。由于缩短了抢险时间，原油泄漏量也大量减少，进而降低了对周围土壤、植被等的环境污染。

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