法蘭墊片式注氮口的制作及應(yīng)用

謝歡歡，倪秀云，張小玉，段海博(江西省天然氣投資有限公司，江西 南昌 330096)

1 背景介紹

西二線贛州分輸清管站改擴建項目為在該站預(yù)留分輸閥門(2002)后增加計量撬、節(jié)流設(shè)備、出站截斷閥等分輸設(shè)施，以實現(xiàn)向新增CNG加氣母站用戶分輸?shù)墓δ?。主體工程完工后，需將新增分輸支路的排污、放空管線與站場原排污、放空管線進行焊接連接，按照相關(guān)管理規(guī)定連頭施工屬于二級動火施工作業(yè)。由于贛州分輸站已投產(chǎn)運行[1]，并有一家24 h分輸用戶(最大日輸量40萬m3/d)，場站無法停輸，并實施站場整體氮氣置換，動火作業(yè)前需對原排污、放空管線進行逐一置換，以確保動火連頭施工作業(yè)的安全性。

按照站場工藝設(shè)計，放空管線與工藝主管線間通常設(shè)置球閥和節(jié)流截止放空閥兩個閥門，排污管線與工藝主管線間通常設(shè)置球閥和套式排污閥閥兩個閥門。排污、放空管線要實現(xiàn)氮氣置換，常規(guī)做法是需拆卸套式排污閥或節(jié)流截止放空閥，為確保安全還需在上游端法蘭處加裝法蘭盲板封堵，在下游端法蘭處安裝法蘭注氮盲板，以實現(xiàn)注氮功能。但該種方案存在以下四個方面的缺點：(1)拆裝工作量大，拆卸難度大。場站放空、排污支管較多，造成存在大量拆卸點，且經(jīng)多年運行及表面防腐等原因，法蘭螺栓不易拆修，常需兩人配合才能完成。(2)封堵操作需采購安裝高壓密封法蘭盲板，盲板安裝及閥門恢復(fù)安裝需更換采購3個高壓墊片，將發(fā)生一定的成本費用。(3)若排污或放空管線上的球閥存在內(nèi)漏，實施過程中的拆卸及恢復(fù)安裝均存在一定的安全隱患。(4)法蘭盲板及法蘭盲板注氮口安裝在取掉的閥門留下的空間內(nèi)，安裝操作空間受限。

以上缺點在不同程度上影響著動火施工的安全性，難易度、成本及作業(yè)時間等方面，制約著作業(yè)的順利實施。而安裝使用法蘭墊片式注氮口這一工具，只需松解套式排污閥或節(jié)流截止放空閥閥門下游側(cè)法蘭，取出密封墊片后將法蘭墊片式注氮口安裝在法蘭間，稍作螺栓緊固即可注氮使用，大大改善了拆卸閥門安裝注氮法蘭盲板存在的缺點問題。

2 法蘭墊片式注氮口的制作

法蘭墊片式注氮口需按照注氮處法蘭的規(guī)格大小情況進行制作，實施工藝簡單易行，一般管工、焊工均可自主完成。下面以2吋的閥門法蘭為例進行制作說明。

2.1 法蘭墊片式注氮口的結(jié)構(gòu)組成及作用

法蘭墊片式注氮口結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 法蘭墊片式注氮口結(jié)構(gòu)示意圖

(1)密封鋼環(huán)。替代法蘭密封墊片，起到密封作用。

(2)注氣管。與鋼環(huán)配合向管道內(nèi)注入氮氣。

(3)內(nèi)螺紋接口三通。實現(xiàn)兩瓶氮氣同時注入。

(4)氣孔。實現(xiàn)鋼環(huán)和注氣管聯(lián)通，以便氮氣進入管道。

(5)入口控制閥門。注氮氣瓶更換時截斷氣路，不影響另一支路供氣。

2.2 法蘭墊片式注氮口各部分構(gòu)件的制作、連接及要求

(1)密封鋼環(huán)。鋼環(huán)一般采用5 mm鋼板切割制作，鋼板質(zhì)地不宜過硬，厚度不宜過大，鋼環(huán)表面平整無彎曲，以實現(xiàn)確保緊固后連接處的密封性。鋼環(huán)外徑為110～120 mm，鋼環(huán)寬為20～30 mm，外徑及鋼環(huán)寬度的確定要確保鋼環(huán)可以順利插入兩法蘭間，并與兩個法蘭的凸面(密封面)相匹配結(jié)合，實現(xiàn)緊固后不漏氣。鋼環(huán)徑向開通氣孔2～5個，氣孔直徑大小為3 mm，一般根據(jù)注氮量的大小進行確定。氣孔直徑以小為好，以減小鋼板的厚度，氣孔的數(shù)量應(yīng)滿足注氮速度的要求。

(2)注氣管。2寸的法蘭墊片式注氮口注氮管可選用DN25的鍍鋅鋼管，鋼管一端壓扁后與鋼環(huán)焊接連接，一端采用車出外螺紋與三通件連接。鋼管壓扁的一段應(yīng)保證有一定的通氣能力，與鋼環(huán)上氣孔連接，同時壓扁后厚度應(yīng)不影響法蘭的緊固；焊接處焊道應(yīng)打磨平整，不影響密封。

(3)內(nèi)螺紋接口三通。可在市場上直接采購。實際作業(yè)中可根據(jù)注氮速度的大小來確定使用三通或四通。

(4)入口控制閥門。閥門可在市場上直接采購1/2吋閥門，尺寸應(yīng)與三通接口配合。

3 法蘭墊片式注氮口的使用方法

法蘭墊片式注氮口是在法蘭密封面處向管道內(nèi)注入氮氣等氣體的設(shè)備，考慮到密封性及可操作性等原因，該工具一般適應(yīng)于小口徑法蘭，建議法蘭口徑不宜大于DN200。該部件主要適應(yīng)于場站放空、排污等局部支管路小規(guī)模的氮氣置換作業(yè)。下面以放空管線為例說明其使用方法：

(1)關(guān)閉放空管線上的球閥，打開節(jié)流截止放空閥，放空球閥與節(jié)流截止放空閥間管段內(nèi)的高壓氣體，完成后關(guān)閉節(jié)流截止放空閥。

(2)松解節(jié)流截止閥下游處法蘭螺栓，取出原密封墊片，并將法蘭墊片式注氮口鋼環(huán)插入法蘭之間。

(3)檢查鋼環(huán)與法蘭密封面的配合，緊固法蘭螺栓，打開氮氣瓶注氣后，無明顯漏氣即可，實際安裝如圖2所示。

(4)注氮軟管一端卡扣在入口控制閥門上，另一端通過減壓閥連接氮氣瓶。

(5)打開入口控制閥門，打開氮氣瓶及減壓閥，開始注入氮氣，注入量可通過減壓閥的開度以及入口控制閥門的開關(guān)進行控制。

(6)氮氣置換完成后，松解法蘭螺栓，取出鋼環(huán)，安裝新的法蘭密封墊片，緊固螺栓，恢復(fù)現(xiàn)場安裝。

圖2 現(xiàn)場安裝圖

4 法蘭墊片式注氮口與法蘭盲板式注氮口的比較

與常規(guī)的法蘭盲板式注氮口相比，法蘭墊片式注氮口能夠適應(yīng)局部置換的要求，特別是在站場不停輸狀態(tài)下對排污和放空管路進行氮氣置換。

兩種注氮方式在同尺寸管道條件下氮氣置換的優(yōu)缺點比較如表1所示。

表1 兩種注氮方式在同尺寸管道條件下氮氣置換的優(yōu)缺點比較

5 拓展設(shè)計及應(yīng)用

文章設(shè)計及應(yīng)用的法蘭墊片式注氮氣設(shè)備鋼環(huán)為通透型的，可進行進一步優(yōu)化設(shè)計以實現(xiàn)其他功能或效果。

優(yōu)化設(shè)計方案一：將鋼環(huán)做成非通透的鋼片，鋼片上的氣孔通往鋼片的一側(cè)。此優(yōu)化可以使注氮工具起到盲板的作用，有效應(yīng)對安裝時上游閥門存在輕微內(nèi)漏的問題，可以實現(xiàn)新增管線截斷的功能。

優(yōu)化設(shè)計方案二：將鋼環(huán)做成非通透的鋼片，鋼片上設(shè)置兩個注氣管，兩個氣管分別與鋼片兩側(cè)聯(lián)通。此優(yōu)化可以使注氮工具起到盲板的作用，還可以分別向兩側(cè)注氣互不影響。

優(yōu)化使用方案三：對于置換時部分部位無可控檢測口，如該部位有較小的法蘭，該設(shè)備安裝后可以作為檢測口使用。檢測時只要管道內(nèi)有一定壓力，打開控制閥即可在該處進行氣體檢測，以避免直接打開法蘭敞口引流排氣檢測帶來的風(fēng)險。

6 結(jié)語

法蘭墊片式注氮口是根據(jù)現(xiàn)場動火施工氮氣置換作業(yè)的實際需要設(shè)計并制作而成的，該設(shè)備已應(yīng)用于西氣東輸二線贛州分輸清管站等5座站場動火連頭施工的氮氣置換作業(yè)，能夠在站場不停輸并保證多處截斷滿足施工安全的前提下，實現(xiàn)放空、排污管道的置換，減少氮氣置換作業(yè)時間及人力物料的消耗，最終實現(xiàn)動火作業(yè)安全快速順利完成。