任福建

山東運(yùn)維中心德州作業(yè)區(qū)

摘要：天然氣管道球閥內(nèi)漏會(huì)帶來安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。通過分析各種閥門內(nèi)漏在線檢測(cè)方法，提出利用流量計(jì)對(duì)球閥內(nèi)漏量進(jìn)行測(cè)量的方法，實(shí)現(xiàn)球閥內(nèi)漏量測(cè)量的量化和直觀化，可為閥門維檢修、輸氣工藝調(diào)整等提供重要的技術(shù)依據(jù)，為閥門內(nèi)漏處理提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，特別是為管道動(dòng)火作業(yè)“單閥隔離”提供重要的理論依據(jù)。該方法簡便易行，易于推廣。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；球閥內(nèi)漏； 在線測(cè)量；流量計(jì)

輸氣管道球閥內(nèi)漏會(huì)給工藝運(yùn)行帶來麻煩，特別是干線截?cái)嚅y內(nèi)漏會(huì)嚴(yán)重干擾管道動(dòng)火作業(yè)，甚至造成大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)球閥內(nèi)漏的在線檢測(cè)方法一般采取定性判斷或是定量測(cè)量，但各有缺點(diǎn)。本文提出利用流量計(jì)測(cè)量球閥內(nèi)漏量的方法，為閥門維檢修、輸氣工藝調(diào)整及動(dòng)火作業(yè)提供技術(shù)依據(jù)。

1  閥門內(nèi)漏在線檢測(cè)方法

1.1  閥腔放空法

對(duì)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(guān)閉閥門、打開閥腔泄放口放空氣體來判斷閥門是否內(nèi)漏。如果閥腔內(nèi)的氣體能夠一次性放空至常壓，說明閥門無內(nèi)漏；如果氣體一直排放不完，說明閥門內(nèi)漏或閥門限位不正確�？上日{(diào)整閥門限位再觀察閥門內(nèi)漏情況。這是最常用的球閥內(nèi)漏在線檢測(cè)方法，操作簡單易行，但只能定性判斷，不能定量檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)就地排污或放空天然氣存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[1]，特別要做好排污嘴打開后無法完全關(guān)閉情況下的應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急處置。

1.2  工藝判斷法

常關(guān)閥門可根據(jù)閥門后端工藝系統(tǒng)的壓力變化來判斷閥門是否內(nèi)漏；如果工藝條件允許，常開閥門可通過關(guān)閉閥門后對(duì)閥門上游或下游的工藝系統(tǒng)進(jìn)行放空來判斷閥門是否內(nèi)漏。

閥門內(nèi)漏率 Q 按式（1）計(jì)算：

式中：P1、P2分別為閥腔和閥門后管線或壓力容器初始?jí)毫�、檢查時(shí)壓力，MPa；V0為閥腔、閥門后管線或壓力容器容積，m3；T為時(shí)間，h；D為管線公稱直徑，mm。

這種方法既可以定性檢測(cè)，也可以定量測(cè)量，但定量計(jì)算公式基層人員不易掌握應(yīng)用，涉及參數(shù)較多不易獲取，現(xiàn)場(chǎng)可操作性差。

1.3  儀器檢測(cè)法

超聲波檢測(cè)是一種無損檢測(cè)技術(shù)，通過檢測(cè)超出人耳聽覺范圍（大于20 kHz）的聲波來判斷設(shè)備狀態(tài)，閥門內(nèi)漏產(chǎn)生的湍流超聲波被檢測(cè)儀檢測(cè)后轉(zhuǎn)化成數(shù)值顯示出來。超聲相控陣檢測(cè)是一種較為新穎的技術(shù)手段，融合超聲檢測(cè)技術(shù)與相位陣列控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了閥門構(gòu)成部件檢測(cè)及閥門泄漏量評(píng)估[2]。聲發(fā)射檢測(cè)作為一種新型無損檢測(cè)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，閥門泄漏過程中，氣體通過縫隙會(huì)產(chǎn)生高速噴流噪聲并經(jīng)閥壁傳播，利用聲發(fā)射傳感器可檢測(cè)到這種“應(yīng)力波”，分析應(yīng)力波大小即可判斷閥門是否泄漏以及泄漏程度。

儀器檢測(cè)的缺點(diǎn)是抗外界干擾能力不強(qiáng)，對(duì)環(huán)境噪音比較敏感，同時(shí)檢測(cè)儀器需通過閥門閥體及連接管道進(jìn)行檢測(cè)，不適用于埋地球閥檢測(cè)，且檢測(cè)儀器價(jià)格高昂，不易推廣應(yīng)用。

1.4  閥腔壓力檢測(cè)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(nèi)漏及計(jì)算泄漏量。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，可計(jì)算出閥腔氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積V0（溫度影響可忽略）：

則時(shí)間t內(nèi)的閥門內(nèi)漏量Qt為：

這種方法可以定量檢測(cè)球閥內(nèi)漏量，但涉及閥門關(guān)位水容積等參數(shù)不易獲取，計(jì)算公式不易掌握應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)可操作性差。

1.5  示蹤法

通過在閥門上游注入示蹤介質(zhì)（如氫氣等），關(guān)閉閥門后在閥腔和下游檢測(cè)示蹤介質(zhì)，或在閥門閥腔注入示蹤介質(zhì)然后在閥門上下游檢測(cè)示蹤介質(zhì)，判斷閥門內(nèi)漏情況[3]。此方法需要配備示蹤介質(zhì)和示蹤介質(zhì)檢測(cè)儀，工藝系統(tǒng)應(yīng)具備合適的示蹤介質(zhì)注入口和示蹤介質(zhì)檢測(cè)口。

1.6  流量計(jì)法

在球閥泄放口安裝流量計(jì)，計(jì)量閥腔流出的氣體量來確定閥門內(nèi)漏量[4]，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、便攜易操作，可第一時(shí)間得知閥門內(nèi)漏泄漏量，真正實(shí)現(xiàn)閥門內(nèi)漏測(cè)量的量化和直觀化。缺點(diǎn)是只能對(duì)帶有泄放口的閥門進(jìn)行測(cè)量，因流量計(jì)量程范圍和壓力等級(jí)不同，可能需要準(zhǔn)備不止一臺(tái)流量計(jì)。

由于泄放后期泄放壓力會(huì)變小且可控，推薦選用超聲波流量計(jì)，精度不低于1.5，見圖 1。量程上限根據(jù)閥門內(nèi)漏量經(jīng)驗(yàn)值并參照閥門內(nèi)漏影響仿真模擬計(jì)算結(jié)果設(shè)定（如，DN1000球閥內(nèi)漏且向下游泄漏量為25 m3/h左右時(shí)，經(jīng)過24 h，球閥下游1 km處的天然氣濃度為0.5%左右。此時(shí)球閥下游管段內(nèi)的天然氣已置換成常壓氮?dú)猓�；量程下限盡可能小。

圖 1 測(cè)量中的超聲波流量計(jì)示例

2  輸氣站場(chǎng)球閥內(nèi)漏判斷及測(cè)量

采用流量計(jì)法判斷閥門上下游哪一個(gè)閥座發(fā)生內(nèi)漏，則需要對(duì)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(jì)讀數(shù)，如果較前次測(cè)量的閥門上下游閥座總內(nèi)漏量小，說明閥門下游閥座有內(nèi)漏，此時(shí)讀數(shù)即閥門上游閥座內(nèi)漏量，讀數(shù)減少的量是閥門下游閥座內(nèi)漏量；如果讀數(shù)不變，說明閥門下游閥座無內(nèi)漏，讀數(shù)為閥門上游閥座的內(nèi)漏量。設(shè)計(jì)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(jì)上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門內(nèi)漏量的測(cè)量。

圖 2 閥門排污嘴/放空口專用卡具

測(cè)量步驟如下：閥門上下游工藝系統(tǒng)內(nèi)的氣體不放空，關(guān)閉球閥，手動(dòng)打開閥腔排污嘴將污物排放干凈。繼續(xù)放空閥腔氣體，如果氣體一直排放不完，說明閥門發(fā)生內(nèi)漏，需要測(cè)量內(nèi)漏量。關(guān)閉排污嘴，安裝專用卡具及流量計(jì)，再緩慢打開排污嘴使氣體進(jìn)入流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量�？刂婆盼圩扉_度使氣體流量不超過流量計(jì)量程，必要時(shí)更換更大量程流量計(jì)。待排污嘴全開、流量計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄此讀數(shù)即為閥門總內(nèi)漏量。關(guān)閉閥腔排污嘴，拆卸流量計(jì)，打開球閥，恢復(fù)工藝流程。

3  天然氣管道干線截?cái)嚅y（埋地球閥）內(nèi)漏檢測(cè)

天然氣管道干線截?cái)嚅y（埋地球閥）閥腔泄放管線已引至地面，通過截?cái)嚅y或排污嘴進(jìn)行泄放控制，流量計(jì)可接入截?cái)嚅y出口（圖 3）或通過專用卡具連接到排污嘴上進(jìn)行計(jì)量。

圖 3 埋地球閥閥腔泄放管線示意圖

內(nèi)漏檢測(cè)前征得調(diào)度同意，打通球閥旁通管路，全關(guān)球閥。條件允許時(shí)，先通過閥腔排污管線將閥腔內(nèi)的污物徹底排放干凈，有利于后續(xù)對(duì)泄漏氣體進(jìn)行計(jì)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(nèi)漏；如果閥腔氣體一直排放不完，則說明閥門內(nèi)漏。

關(guān)閉閥腔泄放口，在放空管線出口安裝接頭及流量計(jì)，流量計(jì)出口連接大氣。緩慢打開閥腔放空閥使氣體流入流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，控制放空閥開度使流量不超過量程，必要時(shí)更換更大量程的流量計(jì)。待放空閥全開、流量計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄此讀數(shù)為第1次測(cè)量結(jié)果，即閥門上下游閥座總內(nèi)漏量，記入干線球閥內(nèi)漏檢查表（表 1）。關(guān)閉閥腔放空閥，拆卸流量計(jì)，打開球閥，關(guān)閉旁通管路，恢復(fù)工藝流程。

表 1 干線球閥內(nèi)漏檢查表示例

經(jīng)第1次測(cè)量的球閥，檢查確認(rèn)球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，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(wěn)定為止，關(guān)閉泄放口，在放空管線出口安裝接頭及流量計(jì)，重復(fù)前述步驟，記錄流量計(jì)讀數(shù)為第2次測(cè)量結(jié)果，記入表 1。比較前后2次測(cè)量結(jié)果，如果數(shù)值不變則說明只有閥門上游閥座內(nèi)漏，第2次測(cè)量結(jié)果為其泄漏量，如果數(shù)值減少則說明閥門上下游閥座均內(nèi)漏，第1次測(cè)量結(jié)果減去第2次測(cè)量結(jié)果的差值是閥門下游閥座泄漏量。需要注意的是，如果對(duì)閥門進(jìn)行了注清洗液、密封脂等維護(hù)操作減輕或消除了內(nèi)漏，則第2次測(cè)量結(jié)果就不能再作為對(duì)比依據(jù)。

管道動(dòng)火作業(yè)前，干線所有涉及閥門進(jìn)行內(nèi)漏檢查，對(duì)確認(rèn)發(fā)生內(nèi)漏的閥門進(jìn)行在線測(cè)量，根據(jù)閥門內(nèi)漏測(cè)量結(jié)果，實(shí)施動(dòng)火作業(yè)“單閥隔離”。動(dòng)火作業(yè)期間，對(duì)閥腔放空氣體進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，以便實(shí)時(shí)掌握氣體壓力變化情況。動(dòng)火作業(yè)結(jié)束后，關(guān)閉閥腔放空閥，拆卸流量計(jì)，恢復(fù)工藝流程。

4  結(jié)論

目前，針對(duì)天然氣球閥內(nèi)漏檢測(cè)和判斷的理論研究較少，可提供的依據(jù)不足，阻礙了其技術(shù)發(fā)展。現(xiàn)有在線檢測(cè)方法各有缺點(diǎn)，可操作性不強(qiáng)。本文提出的流量計(jì)法，另辟蹊徑，簡潔實(shí)用，配合工藝系統(tǒng)調(diào)整即可第一時(shí)間準(zhǔn)確判斷閥門是否內(nèi)漏，在線計(jì)量閥門泄漏量，避免了計(jì)算帶來的不確定性，為動(dòng)火等各種管道打開作業(yè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，確保安全生產(chǎn)。計(jì)量設(shè)備測(cè)量準(zhǔn)確、易于操作、便于攜帶，非常值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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

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

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

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

作者簡介：任福建，1978年生，研究生學(xué)歷，高級(jí)工程師，從事輸油氣生產(chǎn)設(shè)備維檢修工作。聯(lián)系方式：13605346683，395713510@qq.com。