管道泄漏及帶壓堵漏夾具設計

摘要：現代化學工業生產中受到液體介質溫度、腐蝕、沖刷、壓力、密封材料受損以及焊接缺陷等因素干擾，生產裝置及管道設備有可能存在跑、冒、滴、漏等不良情況，針對此種情況應及時采取應對措施，以免發生嚴重事故，帶壓堵漏是堵漏工藝中技術要求相對較高的一種。文章探討了密封夾具設計以及管道泄漏與處理方案。

關鍵詞：管道泄漏；堵漏工藝；帶壓堵漏；夾具設計；工業生產 文獻標識碼：A

中圖分類號：TQ055 文章編號：1009-2374（2016）14-0023-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.012

1 概述

隨著現代化學工業生產的發展，新技術裝備的生產裝置以及高水平管理方法逐漸應用于化工生產中，但受到流體介質腐蝕、振動、沖刷、溫度、壓力、密封材料以及焊接缺陷等因素影響，“跑、冒、滴、漏”現象依然較為常見。注劑式帶壓密封技術是現階段管道泄漏帶壓堵漏技術中最為主要的一種，其選擇合適的夾具安裝在泄漏區域，泄漏區域外表面和夾具之間形成密封空腔，密封劑在壓力作用下注入密封空腔，密封劑在短時間內固化，新的密封結構形成，從而發揮快速堵漏的作用。一般常用的密封注劑分為熱固化密封注劑和非熱固化密封注劑兩類，前者在常溫環境下處于固體狀態，需要在一定溫度狀態下方可從塑料體向彈性體轉化；后者在低溫、常溫和高溫環境下用于動態密封操作，該類密封注劑一般制備為雙組分膩狀材料或者棒狀固體，裝入高壓注槍備用，其填充性與注射工藝性在一定壓力環境下較為突出，且可保持閥門開關功能。要想保證堵漏工作質量，操作人員不僅應嚴格遵循操作工藝，同時還應采用密封夾具，這也是注劑式帶壓密封技術操作中不可或缺的一部分，其加裝于泄漏缺陷外部或者泄漏區域外表面，重新形成密封空腔，其作為一種金屬受壓元件直接承受注射密封劑壓力以及泄漏介質壓力，并用于包容密封劑。本文筆者著眼于密封夾具設計以及管道泄漏處理方面，探討了帶壓堵漏夾具的設計。

2 密封夾具設計

在設計密封夾具時應結合泄漏環境以及具體條件，參考介質的壓力與溫度，選擇相應的材料并合理確定結構。

2.1 選擇密封夾具材質

應結合泄漏工況合理選定密封夾具材質，對泄漏介質、材料基本性能、泄漏溫度以及泄漏壓力等多種因素加以綜合考量。通常無特殊要求時以普通碳素鋼為主，該型材料具有良好的塑性和強度，二者配合較好，且特定溫度下可保持優良的機械性能，滿足夾具材質要求。常規碳素鋼材質適應范圍較廣，切削加工較為簡便，價格相對低廉，且具有優異的焊接性能。對于強酸強堿等一部分具有強烈腐蝕性的介質，夾具本體僅在注入密封劑的瞬間才與介質接觸，以Q235鋼材料為主的夾具亦可保持優良的機械性能。所以在制作密封夾具時可選擇Q235鋼這一較為常見的普通碳素鋼，符合大多數介質泄漏情況下密封夾具的制作要求。對于高溫泄漏介質而言，選擇密封夾具時一般應考慮具有優異耐高溫性能的同類設備材質以及不銹鋼材質，以免金屬受到高溫作用或者應力因素影響而出現蠕變現象。

2.2 設計夾具結構

2.2.1 設計人員在設計密封夾具時應對如下四個因素予以充分的考慮：（1）夾具強度，通常情況下耳板焊縫強度、夾緊螺栓強度以及夾具本體強度是關系夾具整體強度的重要影響因素；（2）夾具剛度。密封夾具不僅應保持足夠強度，同時還應具備一定剛度性能，以確保堵漏操作的有效性，延長夾具的使用壽命，確保夾具在高溫高壓狀態下不會發生形變問題。通常來說，夾具設計厚度數值為強度計算厚度數值的2～4倍；（3）溫度因素。高溫效應下引發熱膨脹，往往會導致夾具幾何尺寸發生變化，因此高溫環境下的密封夾具應注意尺寸設計，嚴格控制加工余量；（4）壓力因素。一旦發生高溫介質泄漏，在補救過程中應注意強化夾具封閉性能，例如選擇在夾具卡環與法蘭外邊緣交接部分設置密封槽等。

2.2.2 夾具設計應符合如下條件：（1）密封夾具強度與剛度性能應達標；（2）泄漏區域和夾具之間應形成密閉空腔，并具備良好的封閉性能；（3）密封夾具應屬于不少于2塊的分體裝置，以便于快速組合安裝；（4）密封夾具上應設置內螺紋注劑孔，應合理設置孔的位置，保證足夠的數量，確保密封注劑能夠充填整個密封腔；（5）泄漏區域和密封夾具之間應保持適度間隙，一般以密封劑不外溢為準，精確數值應不超過0.3mm。

3 管道泄漏與應對策略

一般情況下管道泄漏多見于相鄰管道連接區域、流體轉向區域以及焊接部位，其中以法蘭以及直管等典型部位最容易出現泄漏問題。

3.1 法蘭泄漏與應對方法

3.1.1 鋼絲圍堵法。該方法適用于低壓力的泄漏介質、間隙量均勻以及間隙較小的2個法蘭的帶壓堵漏，可選擇直接將螺栓專用注劑接頭安放在拆下的螺栓上，其數量通常控制在2個以上。安裝注劑接頭時首先松開其中一枚螺母，妥善安裝后快速擰緊螺母，然后開始安裝另一注劑接頭，不可同時松開兩枚接頭螺母，以免墊片密封比發生變化，引發泄漏量增加等不良問題，甚至會導致泄漏介質對外部壓力過大而吹/沖走墊片，最終造成難以控制的嚴重后果。對于嚴重泄漏情況，可采取G形夾子方案，以保持均衡的密封比壓。完成注劑螺栓安裝工作后取銅絲（直徑略小于法蘭間隙）嵌入法蘭間隙，然后將法蘭外緣沖出唇口，從而良好地固定法蘭間隙內的銅絲，進而形成新密封腔。上述操作完成后即可與高壓注劑槍相連接并開展動態密封作業，從泄漏區域相反處開始依次注劑，泄漏點附近為注劑終點。

3.1.2 鋼帶圍堵法。對于間隙略大且≤8mm的兩個法蘭，且介質壓力<2.5MPa的情況下，可選擇鋼帶圍堵法開展動態密封作業，該操作對2個法蘭同軸度要求相對較高，但并未嚴格要求法蘭間隙均勻程度。通常情況下選擇鋼帶的厚度和寬度保持在1.5～3.0mm、20～30mm，制作方法以焊接為主或者選擇鉚接方式亦可，2個接頭下方應注意加設過渡墊片，同時應結合法蘭尺寸確定所裝注劑接頭的具體數量。鋼帶安裝操作時應在2個法蘭間隙部位設置鋼帶，稍擰緊連接螺栓后將過渡墊片加入，確認完全包裹法蘭間隙后將螺栓擰緊，完整密封空腔形成，此時即可開始動態密封操作，如圖1所示：

3.1.3 凸形夾具堵法。一旦泄漏法蘭間隙超過8mm，同時介質壓力超過2.5MPa，所用法蘭夾具應具備耐高壓性能、加工尺寸精確且具有良好的整體密封性能。該技術的應用較為廣泛，用于動態密封作業具有較高的成功率。作業開始前應將旋塞閥安裝在夾具上，旋塞閥應保持開啟狀態，作業人員選擇在上風口進行操作，盡量避免與泄漏介質有過多接觸。如果泄漏流量或者介質壓力相對較大，則應采用壓縮空氣吹掃泄漏介質至一側，亦可選擇將長桿連接至夾具來間接操作，盡量避免操作過程中作業人員與泄漏介質的非必要性接觸。夾具安裝時注劑孔位置為2個法蘭連接螺栓的中部，泄漏區域周圍部分應設置若干注劑孔，其中注劑孔不可直接與螺栓對準，以免注劑浸入導致阻力升高。夾具螺栓應擰緊固定，法蘭和夾具之間間隙數值最高不宜超過0.5mm。通常情況下應從距離泄漏事故點最遠處開始逐次注入注劑，逐漸靠近泄漏區域，直至介質泄漏停止。該操作同樣適用于管道帶壓堵漏。

3.2 直管泄漏與應對方法

直管泄漏位置一般位于對接兩管的環向焊縫區域，其發生泄漏的原因主要為氣孔、未焊透、夾渣或者裂紋等一系列焊接缺陷。而管壁也會因為流體介質振動、金屬內部缺陷、介質腐蝕沖刷等各類因素影響而出現薄弱環節，進而發生腐蝕穿孔和泄漏的問題。該部分的密封夾具結構設計如圖2所示：

3.2.1 直管卡具。一般情況下對于公稱直徑不超過DN50的泄漏管道，同時泄漏介質具有較強的滲透性以及較高的壓力，泄漏量較大，可考慮通過小直徑直管卡具完成堵漏操作。

3.2.2 直管焊制夾具。對于公稱直徑超過DN50的泄漏管道，可直接利用直管焊制夾具進行堵漏，其結構類似于凹形法蘭夾具，二者僅存在尺寸差別。

4 結語

（1）帶壓堵漏作業環境相對惡劣，勞動強度較高且作業時間長，操作過程中存在諸多不確定因素，而且作業風險較大，所以安全準備工作極為必要，充分分析作業中已存在的和可能發生的問題，切實落實安全保護措施；（2）帶壓堵漏具有極強的專業性，作業人員應具備充分的現場應變能力，并掌握扎實的機械專業知識，要求熟練應用帶壓堵漏各類工具，總而言之，帶壓堵漏對作業人員操作水平以及專業素質有較高的要求；（3）帶壓堵漏是特定條件和特定環境下的一項應急修補技術，對漏點進行帶壓堵漏處理也僅僅是臨時應對方案，其操作難以避免地帶有一定局限性和時效性。實際情況允許時作業人員應全面、徹底檢修泄漏部位，將事故發生點“跑、冒、滴、漏”等現象予以徹底消除，才能從根本上改善設備運行質量，保障設備健康水平，這就要求我們合理制定檢修計劃，并不斷提高設備檢修維護技術與工藝水平；（4）作為一項新技術，帶壓堵漏方案有待于持續改進、逐步完善，帶壓堵漏并非適用于所有介質泄漏問題，因為造成泄漏的原因千差萬別，單一方案無法做到全面應對。夾具設計質量直接影響著堵漏操作成功率以及夾具自身使用壽命，雖然我們已結合泄漏的實際情況和特點來設計出功能型式多樣化的堵漏夾具，但應用于實踐中依然難以避免地會遇到其他復雜情況。該項技術接觸的介質以及泄漏部位存在較大差異，所以密封夾具設計合理性與堵漏作業成效之間有著密切的關聯。我們應結合泄漏情況的差異來設計相應的夾具結構，同時還應進一步研究更復雜的情況，不斷總結實踐經驗，改進和完善堵漏夾具結構，使之得到更廣泛的應用。

參考文獻

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作者簡介：萬川（1983-），男，重慶人，中核核電運行管理有限公司工程師。

（責任編輯：黃銀芳）