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摘要：天然氣管道球閥內漏會(huì )帶來(lái)安全運行風(fēng)險。通過(guò)分析各種閥門(mén)內漏在線(xiàn)檢測方法，提出利用流量計對球閥內漏量進(jìn)行測量的方法，實(shí)現球閥內漏量測量的量化和直觀(guān)化，可為閥門(mén)維檢修、輸氣工藝調整等提供重要的技術(shù)依據，為閥門(mén)內漏處理提供實(shí)時(shí)監測數據，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。該方法簡(jiǎn)便易行，易于推廣。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；球閥內漏； 在線(xiàn)測量；流量計

 

輸氣管道球閥內漏會(huì )給工藝運行帶來(lái)麻煩，特別是干線(xiàn)截斷閥內漏會(huì )嚴重干擾管道動(dòng)火作業(yè)，甚至造成大的經(jīng)濟損失。針對球閥內漏的在線(xiàn)檢測方法一般采取定性判斷或是定量測量，但各有缺點(diǎn)。本文提出利用流量計測量球閥內漏量的方法，為閥門(mén)維檢修、輸氣工藝調整及動(dòng)火作業(yè)提供技術(shù)依據。

1  閥門(mén)內漏在線(xiàn)檢測方法

1.1  閥腔放空法

對于閥腔帶有泄放口（排污口或放空口或兩者都有）的球閥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)帶泄放口球閥），可通過(guò)關(guān)閉閥門(mén)、打開(kāi)閥腔泄放口放空氣體來(lái)判斷閥門(mén)是否內漏。如果閥腔內的氣體能夠一次性放空至常壓，說(shuō)明閥門(mén)無(wú)內漏；如果氣體一直排放不完，說(shuō)明閥門(mén)內漏或閥門(mén)限位不正確�？上日{整閥門(mén)限位再觀(guān)察閥門(mén)內漏情況。這是最常用的球閥內漏在線(xiàn)檢測方法，操作簡(jiǎn)單易行，但只能定性判斷，不能定量檢測，現場(chǎng)就地排污或放空天然氣存在一定的安全風(fēng)險[1]，特別要做好排污嘴打開(kāi)后無(wú)法完全關(guān)閉情況下的應急預案和應急處置。

1.2  工藝判斷法

常關(guān)閥門(mén)可根據閥門(mén)后端工藝系統的壓力變化來(lái)判斷閥門(mén)是否內漏；如果工藝條件允許，常開(kāi)閥門(mén)可通過(guò)關(guān)閉閥門(mén)后對閥門(mén)上游或下游的工藝系統進(jìn)行放空來(lái)判斷閥門(mén)是否內漏。

閥門(mén)內漏率 Q 按式（1）計算：

式中：P1、P2分別為閥腔和閥門(mén)后管線(xiàn)或壓力容器初始壓力、檢查時(shí)壓力，MPa；V0為閥腔、閥門(mén)后管線(xiàn)或壓力容器容積，m3；T為時(shí)間，h；D為管線(xiàn)公稱(chēng)直徑，mm。

這種方法既可以定性檢測，也可以定量測量，但定量計算公式基層人員不易掌握應用，涉及參數較多不易獲取，現場(chǎng)可操作性差。

1.3  儀器檢測法

超聲波檢測是一種無(wú)損檢測技術(shù)，通過(guò)檢測超出人耳聽(tīng)覺(jué)范圍（大于20 kHz）的聲波來(lái)判斷設備狀態(tài)，閥門(mén)內漏產(chǎn)生的湍流超聲波被檢測儀檢測后轉化成數值顯示出來(lái)。超聲相控陣檢測是一種較為新穎的技術(shù)手段，融合超聲檢測技術(shù)與相位陣列控制技術(shù)，實(shí)現了閥門(mén)構成部件檢測及閥門(mén)泄漏量評估[2]。聲發(fā)射檢測作為一種新型無(wú)損檢測技術(shù)得到廣泛應用，閥門(mén)泄漏過(guò)程中，氣體通過(guò)縫隙會(huì )產(chǎn)生高速?lài)娏髟肼暡⒔?jīng)閥壁傳播，利用聲發(fā)射傳感器可檢測到這種“應力波”，分析應力波大小即可判斷閥門(mén)是否泄漏以及泄漏程度。

儀器檢測的缺點(diǎn)是抗外界干擾能力不強，對環(huán)境噪音比較敏感，同時(shí)檢測儀器需通過(guò)閥門(mén)閥體及連接管道進(jìn)行檢測，不適用于埋地球閥檢測，且檢測儀器價(jià)格高昂，不易推廣應用。

1.4  閥腔壓力檢測法

帶泄放口球閥，可在泄放口安裝壓力表觀(guān)察閥腔壓力上升速率或閥腔壓差來(lái)判斷閥門(mén)是否內漏及計算泄漏量。根據理想氣體狀態(tài)方程，可計算出閥腔氣體在標準狀態(tài)下的體積V0（溫度影響可忽略）：

則時(shí)間t內的閥門(mén)內漏量Qt為：

這種方法可以定量檢測球閥內漏量，但涉及閥門(mén)關(guān)位水容積等參數不易獲取，計算公式不易掌握應用，現場(chǎng)可操作性差。

1.5  示蹤法

通過(guò)在閥門(mén)上游注入示蹤介質(zhì)（如氫氣等），關(guān)閉閥門(mén)后在閥腔和下游檢測示蹤介質(zhì)，或在閥門(mén)閥腔注入示蹤介質(zhì)然后在閥門(mén)上下游檢測示蹤介質(zhì)，判斷閥門(mén)內漏情況[3]。此方法需要配備示蹤介質(zhì)和示蹤介質(zhì)檢測儀，工藝系統應具備合適的示蹤介質(zhì)注入口和示蹤介質(zhì)檢測口。

1.6  流量計法

在球閥泄放口安裝流量計，計量閥腔流出的氣體量來(lái)確定閥門(mén)內漏量[4]，優(yōu)點(diǎn)是測量設備現場(chǎng)抗干擾能力強、測量數據準確、便攜易操作，可第一時(shí)間得知閥門(mén)內漏泄漏量，真正實(shí)現閥門(mén)內漏測量的量化和直觀(guān)化。缺點(diǎn)是只能對帶有泄放口的閥門(mén)進(jìn)行測量，因流量計量程范圍和壓力等級不同，可能需要準備不止一臺流量計。

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，精度不低于1.5，見(jiàn)圖 1。量程上限根據閥門(mén)內漏量經(jīng)驗值并參照閥門(mén)內漏影響仿真模擬計算結果設定（如，DN1000球閥內漏且向下游泄漏量為25 m3/h左右時(shí)，經(jīng)過(guò)24 h，球閥下游1 km處的天然氣濃度為0.5%左右。此時(shí)球閥下游管段內的天然氣已置換成常壓氮氣）；量程下限盡可能小。

圖 1 測量中的超聲波流量計示例

2  輸氣站場(chǎng)球閥內漏判斷及測量

采用流量計法判斷閥門(mén)上下游哪一個(gè)閥座發(fā)生內漏，則需要對閥門(mén)下游（或上游）管段/容器放空。如將閥門(mén)下游管段/容器的氣體放空至常壓（閥門(mén)上游壓力保持不變），觀(guān)察流量計讀數，如果較前次測量的閥門(mén)上下游閥座總內漏量小，說(shuō)明閥門(mén)下游閥座有內漏，此時(shí)讀數即閥門(mén)上游閥座內漏量，讀數減少的量是閥門(mén)下游閥座內漏量；如果讀數不變，說(shuō)明閥門(mén)下游閥座無(wú)內漏，讀數為閥門(mén)上游閥座的內漏量。設計專(zhuān)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(lái)，再通過(guò)管路連接到流量計上，從而實(shí)現對閥門(mén)內漏量的測量。

圖 2 閥門(mén)排污嘴/放空口專(zhuān)用卡具

測量步驟如下：閥門(mén)上下游工藝系統內的氣體不放空，關(guān)閉球閥，手動(dòng)打開(kāi)閥腔排污嘴將污物排放干凈。繼續放空閥腔氣體，如果氣體一直排放不完，說(shuō)明閥門(mén)發(fā)生內漏，需要測量?jì)嚷┝�。關(guān)閉排污嘴，安裝專(zhuān)用卡具及流量計，再緩慢打開(kāi)排污嘴使氣體進(jìn)入流量計進(jìn)行計量�？刂婆盼圩扉_(kāi)度使氣體流量不超過(guò)流量計量程，必要時(shí)更換更大量程流量計。待排污嘴全開(kāi)、流量計讀數穩定后，記錄此讀數即為閥門(mén)總內漏量。關(guān)閉閥腔排污嘴，拆卸流量計，打開(kāi)球閥，恢復工藝流程。

3  天然氣管道干線(xiàn)截斷閥（埋地球閥）內漏檢測

天然氣管道干線(xiàn)截斷閥（埋地球閥）閥腔泄放管線(xiàn)已引至地面，通過(guò)截斷閥或排污嘴進(jìn)行泄放控制，流量計可接入截斷閥出口（圖 3）或通過(guò)專(zhuān)用卡具連接到排污嘴上進(jìn)行計量。

圖 3 埋地球閥閥腔泄放管線(xiàn)示意圖

內漏檢測前征得調度同意，打通球閥旁通管路，全關(guān)球閥。條件允許時(shí)，先通過(guò)閥腔排污管線(xiàn)將閥腔內的污物徹底排放干凈，有利于后續對泄漏氣體進(jìn)行計量。打開(kāi)閥腔放空閥人工放空，如果氣體能放空至常壓，說(shuō)明閥門(mén)上下游閥座均無(wú)內漏；如果閥腔氣體一直排放不完，則說(shuō)明閥門(mén)內漏。

關(guān)閉閥腔泄放口，在放空管線(xiàn)出口安裝接頭及流量計，流量計出口連接大氣。緩慢打開(kāi)閥腔放空閥使氣體流入流量計進(jìn)行計量，控制放空閥開(kāi)度使流量不超過(guò)量程，必要時(shí)更換更大量程的流量計。待放空閥全開(kāi)、流量計讀數穩定后，記錄此讀數為第1次測量結果，即閥門(mén)上下游閥座總內漏量，記入干線(xiàn)球閥內漏檢查表（表 1）。關(guān)閉閥腔放空閥，拆卸流量計，打開(kāi)球閥，關(guān)閉旁通管路，恢復工藝流程。

表 1 干線(xiàn)球閥內漏檢查表示例

經(jīng)第1次測量的球閥，檢查確認球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，球閥下游（或上游）管段放空。打開(kāi)閥腔泄放口放空，直至泄放口全開(kāi)、放空氣流穩定為止，關(guān)閉泄放口，在放空管線(xiàn)出口安裝接頭及流量計，重復前述步驟，記錄流量計讀數為第2次測量結果，記入表 1。比較前后2次測量結果，如果數值不變則說(shuō)明只有閥門(mén)上游閥座內漏，第2次測量結果為其泄漏量，如果數值減少則說(shuō)明閥門(mén)上下游閥座均內漏，第1次測量結果減去第2次測量結果的差值是閥門(mén)下游閥座泄漏量。需要注意的是，如果對閥門(mén)進(jìn)行了注清洗液、密封脂等維護操作減輕或消除了內漏，則第2次測量結果就不能再作為對比依據。

管道動(dòng)火作業(yè)前，干線(xiàn)所有涉及閥門(mén)進(jìn)行內漏檢查，對確認發(fā)生內漏的閥門(mén)進(jìn)行在線(xiàn)測量，根據閥門(mén)內漏測量結果，實(shí)施動(dòng)火作業(yè)“單閥隔離”。動(dòng)火作業(yè)期間，對閥腔放空氣體進(jìn)行連續測量，以便實(shí)時(shí)掌握氣體壓力變化情況。動(dòng)火作業(yè)結束后，關(guān)閉閥腔放空閥，拆卸流量計，恢復工藝流程。

4  結論

目前，針對天然氣球閥內漏檢測和判斷的理論研究較少，可提供的依據不足，阻礙了其技術(shù)發(fā)展�，F有在線(xiàn)檢測方法各有缺點(diǎn)，可操作性不強。本文提出的流量計法，另辟蹊徑，簡(jiǎn)潔實(shí)用，配合工藝系統調整即可第一時(shí)間準確判斷閥門(mén)是否內漏，在線(xiàn)計量閥門(mén)泄漏量，避免了計算帶來(lái)的不確定性，為動(dòng)火等各種管道打開(kāi)作業(yè)提供強有力的技術(shù)支撐，確保安全生產(chǎn)。計量設備測量準確、易于操作、便于攜帶，非常值得推廣。

 

參考文獻：

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