壓力管道帶壓堵漏卡具設計改進

(中國石化揚子石油化工有限公司,江蘇 南京 210048)

石油化工生產的特點就是連續性和裝置的大型化，由于工藝管線在長期生產運行中，處在復雜的環境里，導致工藝管線會極易發生局部腐蝕。由于這類腐蝕的機理比較復雜，通常情況下主要以應力腐蝕、電化學腐蝕較為常見。同時腐蝕減薄的普遍存在，導致工藝管道的泄漏,需要進行帶壓堵漏。

帶壓堵漏原理是在泄漏點外部建立一個新的密封面，從而阻止泄漏的繼續發生。在進行帶壓堵漏作業時，通常會采用以下措施：①卡箍法；②壓釬法；③包焊法；④壓緊法；⑤粘堵法；⑥包裹法；⑦注膠法。

1 石化裝置的腐蝕問題

2016年，抽提裝置主環丁砜溶劑管線發生嚴重泄漏，主要原因是該管線發生腐蝕，腐蝕的部位為該管線放空支管的周圍，并直接導致該管線發生泄漏事故，給裝置生產帶來了波動，給安全、環保帶來了極大壓力。

該工藝管線主管為φ273 mm×10 mm，支管為φ48 mm×5 mm。現場測量發現管線減薄嚴重，最薄處僅為1.0 mm，見圖1。該管線介質為環丁砜溶劑，操作溫度為180 ℃，操作壓力為1.6 MPa，減薄的范圍為主管線軸向長度160 mm、管線上部90°扇形的表面上。

2 對帶壓堵漏承壓卡具的改進設計

在裝置正常運行時，該管線不能單獨切出來進行檢修，只能采取帶壓堵漏的方式進行維修。在石油化工領域廣泛運用的帶壓堵漏技術，大多數情況下，使用卡箍法和注膠法。而在本案例中，卡箍法無法實施，有可能由于施加的壓力太大，反而將工藝管線夾傷，使管線泄漏無法控制。

圖1 泄漏的T字管

注膠法是用注膠槍向密封腔內注入等于或大于內部介質壓力的密封膠，用以填充密封腔，從而阻止介質泄漏的一種方法。由于這種方法會向卡具內注入大量高壓的密封膠泥，會增加腐蝕管線的外力，從而將管線的腐蝕部位壓變形，甚至壓壞，造成更大的泄漏。

因為管線表面已經嚴重減薄，一旦受到外力就會對管線造成更大的破壞，為了不至于傷及工藝管線，必須對現場常用的帶壓堵漏承壓卡具進行改進設計，選擇丁字管上沒有減薄且表面光滑的部位作為帶壓堵漏承壓卡具的接觸面，即帶壓堵漏卡具與管道之間的密封面。圖2是焊制的帶壓堵漏承壓卡具結構示意圖。

圖2 焊制的帶壓堵漏承壓卡具

該卡具采用厚度為16 mm碳鋼鋼板焊制兩個對稱帶壓堵漏承壓盒，承壓盒的腔體長度為500 mm、橫向寬度為200 mm、縱向寬度為300 mm，然后在前蓋板和后蓋板上開出直徑為273 mm的主管線管口，在頂板上開出直徑為48 mm的放空管管口；以盒子的端面和上面所開的管口作為兩個對稱承壓盒的密封面，內、外側密封面安裝完成后，其縫隙應小于0.02 mm，以確保貼合性好。在密封面上銑出寬6 mm、深3.5 mm的密封槽，在密封面的外側焊一個40 mm寬的裙邊，開12個φ18 mm的螺栓孔(見圖3)。該卡具采用12套8.8級M16×80 mm的螺栓來固定，為了保證密封膠泥在帶壓堵漏承壓卡具的密封槽內有良好的流動性，每隔100 mm設一個注膠孔，該承壓卡具一共設12個密封膠注入口，密封膠注入壓力為3.0 MPa。

3 對帶壓堵漏承壓卡具的校核計算

所用鋼板的面積為0.462 62 m2,所用材料的質量為58.2 kg,帶壓堵漏承壓卡具內溶劑的質量為75.66 kg。

(1)管線所受剪應力計算

S管=4.21×10-4(m2)

管線所受的剪應力：τ許用=110 MPa

τ= (FS+FR)/S管=(0.582+0.757)/4.21×10-4=3.18×106=3.18 MPa<τ許用

圖3 帶壓堵漏承壓卡具的側視圖

(2)螺栓受力計算

螺栓所受的拉力為溶劑的壓力和密封膠的壓力所產生的：

溶劑所產生的拉力：

F1=P1×S1=0.24 MPa

F2=P2×S2=0.03 MPa

FN=(F1+F2)/12=0.023 MPa

M16的截面積：

S螺栓=3.14×0.0162/4=201×10-6(m2)

M16螺栓的許用應力為：σ許用=640 MPa

σmax=FN/S螺栓=114.43 MPa <σ許用

4 結束語

通過對承壓卡具的重新設計，解決了以往對腐蝕減薄工藝管線堵漏效果不佳的局面，使帶壓堵漏卡具在安裝和使用過程中，不會傷及已經嚴重減薄的工藝管線，而且沒有對工藝裝置產生安全和環保的隱患，同時也給那些由于腐蝕減薄而無法消漏的工藝管線提供了一個全新的解決方案，這種解決方案可以使用在作業空間比較寬松的任何部位管道。