高壓儲罐弧形部位裂縫帶壓封堵技術

張晨晨，王 健，范 杰，金 鋒

（交通運輸部上海打撈局，上海 200082）

石油行業產品的需求量與日俱增，促進了石油行業生產的快速發展，石油工業現已發展成為中國的重要支柱產業之一[1]。在石油化工生產和運輸過程中，液化石油氣泄漏事故在全國范圍內曾多次發生，有的甚至形成惡性爆炸事故，造成了眾多的人員傷亡和巨大的財產損失。在管道或儲罐等出現泄漏時，運用正確的堵漏方法，不僅能取得搶險的成功，而且可以避免和減少人員傷亡。

目前已有的封堵技術集中在對規則的管道或光滑規則曲面的封堵，包括不停產帶壓開孔及封堵技術在供水管道施工中的應用、深水橋墩施工中的鋼吊箱底板封堵方法[2]、天然氣高壓管上道不停輸帶氣封堵技術的應用以及油氣管道泄漏的內封堵機器人等，這些都無法應用到如圖1 所示的高壓儲罐弧形部位裂縫的帶壓封堵中。

圖1 高壓儲罐弧形部位裂縫

本文通過設計一種專用的堵漏裝置，進行儲罐弧形部位裂縫的封堵，以減緩氣體泄漏速度，防止天然氣大量泄漏導致的閃爆等風險，為后續采取整體救援方案爭取時間。

1 帶壓封堵技術的基本原理

高壓儲罐弧形部位出現裂縫產生氣體泄漏情況時，應采用專用工具將封堵吸盤通過儲罐的管道送入儲罐內部，利用專用工具上的空氣彈簧將吸盤頂推至儲罐泄漏點附近的內壁上并緊密貼合，在內外壓差的作用下，封堵吸盤會緊貼泄漏點周圍的罐體，從而使得儲罐內部氣體與裂縫隔離，達到封堵的效果，為后續從外部封堵裂縫爭取寶貴的時間。

這項技術由橡膠吸盤、空氣彈簧、專用工具和封堵操作技術4 部分組成。

2 封堵工具結構及操作工藝

2.1 封堵工具結構形式

高壓儲罐內部封堵專用工具主要由橡膠吸盤、空氣彈簧、進給管道、推進絲桿、充氣管線、轉動手柄組成，詳細的結構形式如圖2 和圖3 所示。

圖2 封堵工具結構形式（單位：mm）

圖3 封堵工具的三維示意圖

高壓封堵工具在連接球閥之前，所有的結構件都回收儲存于進給管道內，包括空氣彈簧、橡膠吸盤、滑座、滑塊等，且在滑道內存放彈簧充氣管，充氣管一端與絲桿內部的管孔連接，另一端與空氣彈簧的充氣口連接，用于給空氣彈簧充氣，頂推橡膠吸盤。絲桿具有外螺紋，滑座端部安裝銅螺母，銅螺母具有與絲桿外螺紋相匹配的內螺紋，從而可以通過旋轉轉盤，帶動絲桿旋轉，將滑座、橡膠吸盤以及空氣彈簧等沿著水平方向往儲罐管壁方向推動，直至推送至儲罐內部。滑座的長度需根據球閥外法蘭面至儲罐內壁的距離以及空氣彈簧外端面至吸盤的開口面的距離確定，確保能將吸盤送至儲罐內部。

2.2 封堵工藝

根據高壓封堵工具的工作原理，詳細的操作工藝流程如下：①作業時操作人員需要佩戴有防護眼鏡的安全帽、耐溫長袖手套，穿防靜電服和防靜電鞋進行施工。②提前將所有結構件都回收儲存于進給管道內，包括空氣彈簧、橡膠吸盤、滑座、滑塊等。③利用防靜電扳手，將封堵工具的法蘭面同球閥的法蘭面連接，中間設置橡膠墊圈做密封，防止氣體泄漏。④根據球閥法蘭面至儲罐內壁的長度，計算需要推進的距離，通過旋轉轉盤，帶動絲桿旋轉，將空氣彈簧、橡膠吸盤送至高壓儲罐內部。⑤反向旋轉轉盤，使得空氣彈簧和橡膠吸盤向儲罐內壁方向移動，直至橡膠吸盤緊貼于儲罐內部。⑥通過機構末端的充氣口，給充氣彈簧充氣，壓力高于儲罐內部壓力0.1 MPa，使得充氣彈簧膨脹，壓緊橡膠吸盤的背面，從而使得橡膠吸盤緊貼于儲罐內部。在橡膠吸盤的隔絕下，儲罐內部與漏縫之間被完全隔離，從而達到堵漏的效果。⑦高壓儲罐泄漏點從內部完全封堵或泄漏速度明顯降低后，采取外部堵漏的方式，完成泄漏點的最終封堵。之后按照反向操作程序，將封堵機構退出儲罐內部，并拆除封堵工具與球閥的連接。

3 封堵試驗

為了驗證高壓封堵工具的實際使用效果，根據常規高壓儲罐的曲率半徑以及內部儲存天然氣等氣體的壓力值，加工制作一套曲率半徑為3 m、設計壓力1.5 MPa 的高壓儲罐，用于進行封堵工具的堵漏試驗。

3.1 試驗儲罐

試驗儲罐整體尺寸為長寬高各1 m，采用Q345鋼板制作而成，其中4 個側面的曲率半徑為3 m，4 個拐角的曲率半徑為0.53 m。儲罐2 個側面設置觀察窗，用于觀測封堵機構在儲罐內部工作狀態及貼合狀態。儲罐管路下方的罐體上開設泄漏縫，用于模擬儲罐弧形連接部位泄漏的狀態。儲罐頂部設置充氣閥及壓力表，分別用于儲罐充氣以及觀測儲罐內壓力變化情況。試驗儲罐開設泄漏縫之前進行氣密性試驗，確保儲罐嚴密性完好。試驗儲罐加工圖紙如圖4 所示。

圖4 試驗儲罐加工圖紙（單位：mm）

3.2 試驗過程

試驗儲罐及封堵工具均加工制作完成后，開始進行封堵試驗，儲罐起始內部壓力為1.2 MPa。試驗總體步驟如下：①將儲罐充氣至1.2 MPa 之后，觀察1 h，記錄壓力變化情況；②將儲罐重新補壓至1.2 MPa，按照封堵操作工藝，將封堵工具連接至儲罐管路的球閥上，旋轉轉盤將空氣彈簧及橡膠吸盤送至儲罐內部，并通過反向旋轉轉盤，使橡膠吸盤壓在儲罐內壁上，如圖5 所示；③通過給空氣彈簧充氣使其膨脹，從而壓縮橡膠吸盤緊貼儲罐內壁，如圖6 所示；④在封堵工具安裝過程中，儲罐會出現一定的壓降，為了便于進行數據對比，重新將儲罐補壓至1.2 MPa，觀察1 h，記錄在封堵工具的作用下，儲罐內壓力變化情況。

圖5 封堵工具安裝

圖6 橡膠吸盤貼合情況

3.3 試驗結果

試驗過程分儲罐無泄漏縫、泄漏縫未封堵和泄漏縫封堵3 種情況進行，分別記錄各種情況下試驗儲罐內部壓力在1 h 內的變化情況，從而判斷封堵工具的封堵效果。各種情況下儲罐內部壓力變化情況及趨勢如表1 及圖7 所示。由上述試驗記錄可得如下結論：①試驗儲罐在未開泄漏縫之前，密封性完好，無泄漏；②試驗儲罐開泄漏縫之后，在未進行封堵的情況下，內部壓力在1 h 內從12 bar 下降至3.72 bar，壓降為8.28 bar，平均壓降速率為0.138 bar/min；③使用封堵工具對泄漏縫進行封堵后，試驗儲罐內部壓力在1 h 內從12 bar 下降至11.65 bar，壓降為0.35 bar，平均壓降速率為0.006 bar/min；④試驗儲罐泄漏縫使用封堵工具進行封堵后，泄漏速度較未封堵的情況下降了約23 倍，大大降低了試驗儲罐內壓力下降速度。

圖7 試驗儲罐壓力變化趨勢圖

表1 試驗儲罐壓力變化情況表

綜上可以看出，封堵工具具有較好的儲罐內部封堵效果，較為明顯地減緩了儲罐內部氣體泄漏速度。

4 結束語

對于高壓儲罐弧形連接部位的裂縫，目前無有效的快速封堵技術。本文通過設計一款內部封堵工具，可以快速地從儲罐內部進行弧形裂縫的封堵，經試驗證明封堵效果良好，大大地降低了裂縫氣體泄漏速度，為后續采取整體封堵救援贏得了寶貴的時間。