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          管道研究

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          天然氣管道球閥內漏在線檢測方法研究

          來源:《管道保護》2022年第6期 作者:任福建 時間:2022-12-22 閱讀:

          任福建

          山東運維中心德州作業區

           

          摘要:天然氣管道球閥內漏會帶來安全運行風險。通過分析各種閥門內漏在線檢測方法,提出利用流量計對球閥內漏量進行測量的方法,實現球閥內漏量測量的量化和直觀化,可為閥門維檢修、輸氣工藝調整等提供重要的技術依據,為閥門內漏處理提供實時監測數據,特別是為管道動火作業“單閥隔離”提供重要的理論依據。該方法簡便易行,易于推廣。

          關鍵詞:天然氣管道;球閥內漏; 在線測量;流量計

           

          輸氣管道球閥內漏會給工藝運行帶來麻煩,特別是干線截斷閥內漏會嚴重干擾管道動火作業,甚至造成大的經濟損失。針對球閥內漏的在線檢測方法一般采取定性判斷或是定量測量,但各有缺點。本文提出利用流量計測量球閥內漏量的方法,為閥門維檢修、輸氣工藝調整及動火作業提供技術依據。

          1  閥門內漏在線檢測方法

          1.1  閥腔放空法

          對于閥腔帶有泄放口(排污口或放空口或兩者都有)的球閥(以下簡稱帶泄放口球閥),可通過關閉閥門、打開閥腔泄放口放空氣體來判斷閥門是否內漏。如果閥腔內的氣體能夠一次性放空至常壓,說明閥門無內漏;如果氣體一直排放不完,說明閥門內漏或閥門限位不正確?上日{整閥門限位再觀察閥門內漏情況。這是最常用的球閥內漏在線檢測方法,操作簡單易行,但只能定性判斷,不能定量檢測,現場就地排污或放空天然氣存在一定的安全風險[1],特別要做好排污嘴打開后無法完全關閉情況下的應急預案和應急處置。

          1.2  工藝判斷法

          常關閥門可根據閥門后端工藝系統的壓力變化來判斷閥門是否內漏;如果工藝條件允許,常開閥門可通過關閉閥門后對閥門上游或下游的工藝系統進行放空來判斷閥門是否內漏。

          閥門內漏率 Q 按式(1)計算:


          式中:P1、P2分別為閥腔和閥門后管線或壓力容器初始壓力、檢查時壓力,MPa;V0為閥腔、閥門后管線或壓力容器容積,m3;T為時間,h;D為管線公稱直徑,mm。

          這種方法既可以定性檢測,也可以定量測量,但定量計算公式基層人員不易掌握應用,涉及參數較多不易獲取,現場可操作性差。

          1.3  儀器檢測法

          超聲波檢測是一種無損檢測技術,通過檢測超出人耳聽覺范圍(大于20 kHz)的聲波來判斷設備狀態,閥門內漏產生的湍流超聲波被檢測儀檢測后轉化成數值顯示出來。超聲相控陣檢測是一種較為新穎的技術手段,融合超聲檢測技術與相位陣列控制技術,實現了閥門構成部件檢測及閥門泄漏量評估[2]。聲發射檢測作為一種新型無損檢測技術得到廣泛應用,閥門泄漏過程中,氣體通過縫隙會產生高速噴流噪聲并經閥壁傳播,利用聲發射傳感器可檢測到這種“應力波”,分析應力波大小即可判斷閥門是否泄漏以及泄漏程度。

          儀器檢測的缺點是抗外界干擾能力不強,對環境噪音比較敏感,同時檢測儀器需通過閥門閥體及連接管道進行檢測,不適用于埋地球閥檢測,且檢測儀器價格高昂,不易推廣應用。

          1.4  閥腔壓力檢測法

          帶泄放口球閥,可在泄放口安裝壓力表觀察閥腔壓力上升速率或閥腔壓差來判斷閥門是否內漏及計算泄漏量。根據理想氣體狀態方程,可計算出閥腔氣體在標準狀態下的體積V0(溫度影響可忽略):


          則時間t內的閥門內漏量Qt為:


          這種方法可以定量檢測球閥內漏量,但涉及閥門關位水容積等參數不易獲取,計算公式不易掌握應用,現場可操作性差。

          1.5  示蹤法

          通過在閥門上游注入示蹤介質(如氫氣等),關閉閥門后在閥腔和下游檢測示蹤介質,或在閥門閥腔注入示蹤介質然后在閥門上下游檢測示蹤介質,判斷閥門內漏情況[3]。此方法需要配備示蹤介質和示蹤介質檢測儀,工藝系統應具備合適的示蹤介質注入口和示蹤介質檢測口。

          1.6  流量計法

          在球閥泄放口安裝流量計,計量閥腔流出的氣體量來確定閥門內漏量[4],優點是測量設備現場抗干擾能力強、測量數據準確、便攜易操作,可第一時間得知閥門內漏泄漏量,真正實現閥門內漏測量的量化和直觀化。缺點是只能對帶有泄放口的閥門進行測量,因流量計量程范圍和壓力等級不同,可能需要準備不止一臺流量計。

          由于泄放后期泄放壓力會變小且可控,推薦選用超聲波流量計,精度不低于1.5,見圖 1。量程上限根據閥門內漏量經驗值并參照閥門內漏影響仿真模擬計算結果設定(如,DN1000球閥內漏且向下游泄漏量為25 m3/h左右時,經過24 h,球閥下游1 km處的天然氣濃度為0.5%左右。此時球閥下游管段內的天然氣已置換成常壓氮氣);量程下限盡可能小。


          圖 1 測量中的超聲波流量計示例

          2  輸氣站場球閥內漏判斷及測量

          采用流量計法判斷閥門上下游哪一個閥座發生內漏,則需要對閥門下游(或上游)管段/容器放空。如將閥門下游管段/容器的氣體放空至常壓(閥門上游壓力保持不變),觀察流量計讀數,如果較前次測量的閥門上下游閥座總內漏量小,說明閥門下游閥座有內漏,此時讀數即閥門上游閥座內漏量,讀數減少的量是閥門下游閥座內漏量;如果讀數不變,說明閥門下游閥座無內漏,讀數為閥門上游閥座的內漏量。設計專用卡具(圖 2)或接口連接到排污嘴或放空口上,將排污嘴/放空口排出的氣體引出來,再通過管路連接到流量計上,從而實現對閥門內漏量的測量。


          圖 2 閥門排污嘴/放空口專用卡具

          測量步驟如下:閥門上下游工藝系統內的氣體不放空,關閉球閥,手動打開閥腔排污嘴將污物排放干凈。繼續放空閥腔氣體,如果氣體一直排放不完,說明閥門發生內漏,需要測量內漏量。關閉排污嘴,安裝專用卡具及流量計,再緩慢打開排污嘴使氣體進入流量計進行計量?刂婆盼圩扉_度使氣體流量不超過流量計量程,必要時更換更大量程流量計。待排污嘴全開、流量計讀數穩定后,記錄此讀數即為閥門總內漏量。關閉閥腔排污嘴,拆卸流量計,打開球閥,恢復工藝流程。

          3  天然氣管道干線截斷閥(埋地球閥)內漏檢測

          天然氣管道干線截斷閥(埋地球閥)閥腔泄放管線已引至地面,通過截斷閥或排污嘴進行泄放控制,流量計可接入截斷閥出口(圖 3)或通過專用卡具連接到排污嘴上進行計量。


          圖 3 埋地球閥閥腔泄放管線示意圖

          內漏檢測前征得調度同意,打通球閥旁通管路,全關球閥。條件允許時,先通過閥腔排污管線將閥腔內的污物徹底排放干凈,有利于后續對泄漏氣體進行計量。打開閥腔放空閥人工放空,如果氣體能放空至常壓,說明閥門上下游閥座均無內漏;如果閥腔氣體一直排放不完,則說明閥門內漏。

          關閉閥腔泄放口,在放空管線出口安裝接頭及流量計,流量計出口連接大氣。緩慢打開閥腔放空閥使氣體流入流量計進行計量,控制放空閥開度使流量不超過量程,必要時更換更大量程的流量計。待放空閥全開、流量計讀數穩定后,記錄此讀數為第1次測量結果,即閥門上下游閥座總內漏量,記入干線球閥內漏檢查表(表 1)。關閉閥腔放空閥,拆卸流量計,打開球閥,關閉旁通管路,恢復工藝流程。

          表 1 干線球閥內漏檢查表示例


          經第1次測量的球閥,檢查確認球閥處于關閉狀態,球閥下游(或上游)管段放空。打開閥腔泄放口放空,直至泄放口全開、放空氣流穩定為止,關閉泄放口,在放空管線出口安裝接頭及流量計,重復前述步驟,記錄流量計讀數為第2次測量結果,記入表 1。比較前后2次測量結果,如果數值不變則說明只有閥門上游閥座內漏,第2次測量結果為其泄漏量,如果數值減少則說明閥門上下游閥座均內漏,第1次測量結果減去第2次測量結果的差值是閥門下游閥座泄漏量。需要注意的是,如果對閥門進行了注清洗液、密封脂等維護操作減輕或消除了內漏,則第2次測量結果就不能再作為對比依據。

          管道動火作業前,干線所有涉及閥門進行內漏檢查,對確認發生內漏的閥門進行在線測量,根據閥門內漏測量結果,實施動火作業“單閥隔離”。動火作業期間,對閥腔放空氣體進行連續測量,以便實時掌握氣體壓力變化情況。動火作業結束后,關閉閥腔放空閥,拆卸流量計,恢復工藝流程。

          4  結論

          目前,針對天然氣球閥內漏檢測和判斷的理論研究較少,可提供的依據不足,阻礙了其技術發展,F有在線檢測方法各有缺點,可操作性不強。本文提出的流量計法,另辟蹊徑,簡潔實用,配合工藝系統調整即可第一時間準確判斷閥門是否內漏,在線計量閥門泄漏量,避免了計算帶來的不確定性,為動火等各種管道打開作業提供強有力的技術支撐,確保安全生產。計量設備測量準確、易于操作、便于攜帶,非常值得推廣。

           

          參考文獻:

          [1]張思楊.長輸天然氣管道大口徑球閥內漏故障分析與檢測方法探討[J].價值工程,2016,25:178-180

          [2]林浩.閥門內漏簡易判斷及分級處置[J].城市建設理論研究,2014(14):11330-11332

          [4]張海龍. 綜述長輸管道閥門內泄漏在線檢測的幾種方法 [J]. 科學管理,2020(7):230-231.

          [5]趙英武,鄧育江. 閥門在線檢測技術在石油化工裝置中的應用前景 [J]. 技術與應用,2007(9):41-43.


          作者簡介:任福建,1978年生,研究生學歷,高級工程師,從事輸油氣生產設備維檢修工作。聯系方式:13605346683,395713510@qq.com。


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