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天然氣管道閥門安裝前管理
[ 2015-12-23 ]
隨著國內對天然氣需求量的不斷增長，天然氣骨干管網的建設持續推進，陜京、西一線、西二線等一批大口徑、高輸送壓力的天然氣主干管網相繼建成投產。天然氣管道工藝系統上的閥門是否能夠正常發揮關斷隔離作用，將直接影響輸氣干線管網運行和維檢修作業的正常進行。
閥門是流體管路的控制裝置，其基本功能是接通或切斷介質流通，改變介質流通方向，調節介質流量和壓力，保護管道工藝系統中設備的正常運行和檢修期間介質的隔離。提高閥門的可靠性，對閥門進行有效的事故預防，降低事故風險已貫穿到我國天然氣管道輸送管理的各個層面。保證對閥門進行良好的維護，才能使閥門的使用年限達到最大化的同時保證輸氣運行安全。參考國內外一些企業和閥門廠家對閥門安裝、使用、維護的操作流程，結合各輸氣管道處理閥門故障的維修案例，得出：閥門在現場放置、吊裝、焊接安裝、單體試壓和系統試壓等過程中，出現不同程度故障或造成永久性損壞占很大比例。而前期維護不到位和人員的操作不當也是閥門出現故障的主要原因。天然氣管道用工藝閥門在使用前確保不受損害，是其能夠在運行期內發揮良好作用的關鍵。
閥門安裝流程為：閥門開箱驗收，由施工單位打壓測試；將閥門安裝在預訂的工藝位置，經過升壓測試和干燥后，投入運行。參考SY/T4102-95《閥門的檢查與安裝規范》，將閥門在進場驗收、試壓和檢查的規范與API6D-1999的規定進行對照，提出閥門安裝前的指導建議：①閥門放置時閥桿方向向上；②不能將閥門的任何外部配件（注脂嘴、排污嘴、放空閥安全閥、各類執行機構、齒輪箱、手柄等）作為閥門放置時的支撐使用；③不能將閥門袖管、法蘭面等部位作為閥門放置時的支撐使用；④存放閥門時做好防雨、防銹等工作；⑤妥善保管與閥門配套的法蘭、螺栓、螺母、手柄等零配件；⑥保護好閥門袖管焊接部位、法蘭面等敏感脆弱部位；⑦妥善密封閥門端口；⑧保護好閥門和執行機構的防腐、防銹涂層；⑨明確規定閥門在存放期間注意事項，任何人不能隨意轉動閥門；⑩閥門在安裝前應進行保養和啟閉檢查。
1、安裝前的儲存
天然氣管道閥門運行期間出現的多數故障，是由于在閥門進場后沒有嚴格執行規范化管理而在儲存過程中造成的。在設備存放環節，施工單位不能以工期要求或受施工現場環境和空間的限制而隨意進行施工前期的物料管理。
1.1 放置時閥桿方向向上
閥門的閥桿依靠填料密封，盤根填料通常為碳纖維、氟塑料、柔性石墨。閥桿要實現密封，底層填料的徑向接觸壓力必須不小于封閉介質的壓力。目前，閥門填料機構多為上裝式，填料壓蓋需要施加較大的壓緊力。為防止扭矩過大，裝配時要求逐層安裝，且要求進行開關測試。對閥桿有防止上偏的要求，填料壓蓋與閥桿間隙保持一致的要求，壓蓋壓入填料箱，限制為5mm的維修余量。由于閥桿密封填料材質的限制，要求閥門保持閥桿向上的儲存方式。目前的壓蓋填料設計，底層填料很難被壓緊，閥桿因受上層填料壓緊力影響，啟閉力矩大。閥桿處密封質量的好壞，可以通過驗收時壓蓋安裝外觀和手動開啟進行操作力矩驗證，亦可以進行直觀的檢查。
1.2 外部配件、袖管、法蘭面等部位不能作為閥門放置時的支撐使用
閥門正確放置才能保證注脂嘴、排污嘴、放空閥、安全閥、各類執行機構、齒輪箱、手柄不會因受力而變形損壞。天然氣管道使用的閥門自重大，且安全閥、排污閥引出管較長、尺寸較大，注脂嘴大多直接安裝在閥體上，很少有凹進閥體的設計。因吊裝或放置不當，注脂嘴、安全閥、排污閥可能變形或斷裂。修復作業可現場進行，但在取斷絲、修整內螺紋的過程中，碎屑可能進入注脂通道內，使內止回閥受卡而無法正常運行，這將給日后的管道運行留下嚴重的安全隱患。
閥門袖管、法蘭面高于閥門底部，正常放置時不會與地面接觸。若袖管撞擊地面導致橢圓度超標或坡口磕碰損傷，將給以后的焊接安裝增加額外的工作量。閥門的法蘭因使用纏繞墊片或鋼環法蘭墊，在加工過程中，對平面法蘭的密封水線和凹凸法蘭的環槽加工精度都有很高的要求。受機械碰撞后將產生凹坑、缺損，修復工作十分復雜，很難達到工藝要求，直接影響法蘭密封的安全性。
3 做好防雨、防銹，并妥善保管與閥門配套的零配件
閥門防雨、防潮、防銹工作十分重要。標準的閥門包裝方式為噴防雨標志、木箱內加隔潮膜、包裝箱內放置干燥劑包。由于閥門很少使用不銹鋼材質，即使閥體表面刷涂油漆，閥體內側、閥芯、閥座的彈簧等部位還是會受潮生銹。閥門廠家應該在出廠前做好閥門相關零部件的防銹潤滑工作，同時在安裝前的存放環節做好防銹工作的監督。
需要做好以下檢查工作：①齒輪箱中有無銹蝕，黃油燥化。由于齒輪箱上蓋密封不嚴，齒輪箱內潤滑脂燥化或受潮變質，將縮短潤滑脂的使用周期。及時檢查密封圈質量，為日后運行制定維護保養周期提供依據。②排污閥、放空絲堵、注脂嘴防塵帽、壓蓋螺栓要進行防銹處理，尤其是排污閥安裝的是內六角螺栓的情況，更應注意防銹潤滑處理。③執行器的閥軸套筒有無銹蝕。套筒銹蝕直接影響閥門的啟閉力矩，嚴重時閥門執行器的蝸桿會頂破執行器外殼。對閥門維護是全過程的，要在安裝前就做好上述工作，避免因受潮生銹導致故障的發生。
目前閥門廠家配套法蘭使用的螺栓、螺母種類繁多?，F場安裝標準是螺栓長度高出螺母三扣，且需加彈簧圈、平墊。安裝前應對配裝的螺栓尺寸、螺栓有無防銹處理，彈簧圈、平墊配置情況進行詳細排查，嚴格執行收儲檢查。對閥門閥桿上的鍵槽和配裝的鋼鍵驗收時，應進行公差檢查。若閥門使用的執行器為電動、氣動或氣液聯動執行器，而鋼鍵與鍵槽安裝間歇較大，在開關操作中，會引起鍵槽因受力不均而變形，嚴重影響閥門的可靠性。
1.4 妥善密封閥門端口，保護防腐、防銹涂層
按照美國石油學會API6D-1999關于閥門在存放和發運環節中對閥門開孔防護的要求，法蘭端和焊接端應隔離，以保護墊圈面、焊接端和閥門內表面。保護蓋可以用木材、木材纖維、塑料或金屬制成，并用螺栓、鋼帶、鋼夾或適當的磨擦鎖緊器將保護蓋固定于閥門端部，保護蓋的設計應確保保護蓋未拆除閥門就無法進行安裝。為防止對閥門密封件的意外損傷，旋塞閥、球閥都應以全開位置發運。目前天然氣管道站場中閥門的主要故障為內漏，閥門軟、硬密封隨著使用年限的增加，內漏現象會日趨嚴重?？溌」旧a的球閥，其閥座一次只能旋轉15°，通過均勻地使閥座密封受到沖刷而延長使用壽命。統計結果表明，閥門發生內漏多是由于在安裝前和安裝后的吹掃試壓過程中，閥門密封面受損而引發。例如球閥，閥門密封依靠預緊彈簧推向閥座而實現，如果閥座的溝槽內卡有異物，閥門在運行前又疏于預防性維護檢查，嵌入密封槽內的墊隔物會劃傷閥球，閥球受損傷后將嚴重影響球閥的密封效果。
1.5保護好閥門及執行機構的防腐、防銹涂層
閥門不論是安裝于地上還是地下，都應注意閥體各部件的防腐、防銹工作。天然氣站場閥門一般不做保溫處理，閥體各部件均暴露在空氣中，如不采取防銹措施，閥桿、填料函壓蓋、執行器、渦輪渦桿箱等部位的銹蝕，將對閥門開關造成影響。埋地安裝或在潮濕環境下（如地下閥井）安裝的閥門，巡檢頻次會低于地表安裝的設備，更需要進行防腐、防銹處理，在安裝前增加防護層涂刷的維護。如果閥門安裝在強制陰極陰保系統中（如干線閥室的截斷閥，埋地安裝的閥門），則閥門的防腐層與管道防腐層必須為同一級別，否則閥門防腐層的破損不僅使閥體產生銹蝕，更會泄漏輸氣干線陰極保護電流，降低陰保系統效能。
1.6閥門在存放期間不能隨意轉動
閥門在運輸和儲存期間要求處于全開狀態，API6D-1999規定旋塞閥、球閥和反作用的導向閥應以全開位置發運，以使閥座均勻受力，避免產生變形損傷。以球閥為例，閥座的密封面有一定的弧度，這是因為球閥與閥座的配合公差為5°。當球閥需要進行單側閥座密封測試時，出現內漏應按照弧度公差范圍進行調整。閥門在存放期內嚴禁隨意轉動，否則閥座會因受力不均產生不可逆的壓痕變形，而且會影響后期的閥門限位調整驗證工作。
2、安裝前的維護和檢查
閥門在工廠試壓后，在全開位置固定，安裝前必須進行啟閉測試。實際操作中往往會忽略一項很重要的工作，即在閥門安裝前對其進行系統的管理和維護保養。閥門在使用全周期內要進行科學的管控，需要進行規范化的檢查項編制、維護操作、檔案記錄。在站場工藝設備安裝施工中，安裝單位、投產單位在安裝、試壓期間的保養記錄作為閥門管控的基礎數據。除了記錄數據的偏差有待核實外，還應嚴格監控是否做到了全面保養，以及保養的方式是否符合規程。閥門管控的主體是運行單位，應在閥門安裝前就對其進行科學規范的管理。
閥門故障多為內漏和外漏，還有啟閉力矩大等故障。內漏包括閥座的泄漏和閥座密封圈損壞造成的泄漏，外漏包括閥桿的泄漏和注脂嘴、安全閥、排污閥連接處的泄漏。內漏是運行中維修最繁瑣的，其是多種因素迭加的后果，也是造成閥桿外漏的主要原因。在安裝前進行注脂維護的目的就是要排除這些隱患，保證閥門安裝后正常運行。在閥門安裝前需著重做好以下工作：①進行閥門閥芯、齒輪箱、執行器、注脂嘴潤滑油注入量檢查，清除焊渣、鐵屑等異物。②檢查閥門操作力矩。API6D-1999規定操作力距最大不超過350N·m，中國石油所屬管道公司球閥操作規程大多規定為一人操作。③閥門注脂時，應檢查閥座上潤滑脂溢出情況是否均勻，注脂嘴注入過程是否通暢。④確認閥門是否開有平衡孔。
2.1閥體和閥腔內異物排查
閥門是金屬制造的機械設備，設備運轉靈活的前提條件是要潤滑。潤滑油均勻地涂在閥門內外及各構件上形成油膜，是閥門防止銹蝕的基礎。在安裝前不僅要關注閥門內通道及閥芯內外的油膜防護情況，對放空閥（絲堵）、排污閥、泄壓閥、注脂嘴等附屬部件，均需進行全面的潤滑油維護檢查。閥門安裝后，閥腔內部將無法進行檢查，水試壓或吹掃過程中可能將異物帶到閥座處，造成對閥座密封的損傷。通過現場目視檢查就可知閥座處有無墊隔物，球閥尤其是全焊接式球閥，在出廠吹掃時會遺留金屬屑，卡在閥座上將在開啟時對閥座造成損傷。應注意對閥座后溝槽的檢查，如嵌入雜物過多，會發生閥門“抱死”故障。目前一些閥門廠家在閥門出廠時，對閥座進行貼密封紙的防護措施，如未采取該措施，應仔細對閥座進行檢查。
2.2閥門操作力矩檢查
閥門在安裝前應該進行開關操作檢查。以天然氣管道、站場安裝數量最大的球閥為例，行業標準規定球閥由一個人進行操作，如果出現開啟困難或測定力矩超過290N·m等情況，不要強行繼續操作，可對閥門內部進行3方面的排查：①檢查是否因墊隔物卡阻造成；②檢查執行器機構有無銹蝕而造成操作力矩增加；③閥桿與密封填料的摩擦阻力是否過大。
止回閥、防喘閥、調節閥、安全閥等特種閥門需要進行測試檢查。因其結構復雜，閥芯或膜片受異物影響或因材質問題造成的損壞概率較高，在運行期間造成的卡阻或功能失效將嚴重影響生產運行。例如西氣東輸某壓氣站，因安全閥內漏，在站場放空作業時，天然氣竄入正在檢修的壓縮機作業面，造成閃燃事故；因壓縮機出口止回閥內漏，壓縮機出口管道內的高壓力回竄至壓縮機入口管道，造成壓縮機進口法蘭泄漏等。上述問題只有在模擬工作狀態下進行運行測試時才能發現。為保證安裝前質量檢查合格，一定要嚴格進行試壓、開啟和關斷檢查。
2.3安裝前應進行注脂維護
球閥安裝前必須進行注脂維護，內漏只發生在閥座和閥座的O形圈處。閥座在組裝期間的受損變形、密封槽（內密封槽）有異物墊隔、閥座O形圈（外密封槽）損壞，是球閥產生內漏的主要原因。通過對閥門注脂嘴進行注脂維護，是判別新閥門有無故障隱患的關鍵作業。安裝前進行注脂作業，可以通過目視檢查注脂效果，潤滑脂從閥座上均勻擠出并覆在球體表面才能起到最好的潤滑作用。注脂作業不僅能直觀地看出閥座的密封效果，還能檢驗閥座O形圈的質量。當發現閥腔內擠出的潤滑脂帶出來的是一些黑色的雜質或從外密封槽擠出時，就要檢查閥座O形圈是否有損傷。維護注脂作業必須使用潤滑脂，而不能注清洗液，否則會使閥座O形圈軟化，造成變形損傷。進行閥門內漏維護作業時，清洗液注入浸泡球閥密封面的軟化時間不能超過12h，然后立即啟閉閥門，使管道內流動的介質沖刷掉清洗液，并再次注潤滑脂，以減少注脂通道內遺留的清洗液對閥座O形圈的影響。
閥門安裝過程中，施工場地的沙塵、管口修整時砂輪打磨下來的沙礫等細小顆粒會直接影響閥門的運行。經過注脂保養的閥門，堆在內密封槽上的潤滑脂會有效阻隔小顆粒異物的嵌入。
閥門的注脂嘴是外注脂嘴和內止回閥的配套統稱。內止回閥安裝在閥體緊鄰閥座的內部，體積較小，止回閥下游鎖扣壁厚小于外注脂嘴，但內止回閥卻是流體不通過注脂嘴泄漏到閥體外的唯一安全保證。由于質量問題，西氣東輸一線和二線已經開始對輸氣站場和閥室的部分內止回閥進行更換工作。
在API6D標準中，球閥應設置閥體排污、排空、安全閥、軸頸注脂嘴和閥座注脂嘴。球閥注脂嘴因直接聯通閥門通道，其可靠性是閥門運行的關鍵。注脂嘴依靠彈簧推頂鋼珠實現內部通道密封，其下端收口較薄。在注脂作業中，必須使用有監控注脂壓力的注脂機具。當注脂壓力超過20.6MPa時，將導致內止回閥損壞。軸頸注脂嘴的上下密封圈有操作壓力限制，注入壓力不得超過17MPa。
防塵帽作為注脂嘴的防護措施，是為了防止注脂嘴處的油脂暴露在空氣中燥化，避免因注脂嘴密封面與鋼珠間的油膜失效而降低注脂嘴的密封性能。防塵帽的設計和制造沒有考慮承壓功能，當注脂嘴出現泄漏時，不能壓緊防塵帽進行應急處理。在安裝前應清理防塵帽，并在注脂作業后擦拭注脂嘴端面，戴好防塵帽。保證端面清潔，是為了在出現泄漏的情況下，能夠快速安裝鎖漏接頭。對于兩段式注脂嘴，因考慮要維修注脂嘴內的彈簧和鋼珠，設計為可拆卸式，但是在拆卸防塵帽的過程中，有可能被誤拆卸，為安全考慮，應立即更換。目前場站中安裝的一些通徑小于100mm的閥門，只在閥體門部安裝了一個緊急封閉注脂嘴，其功能只局限于全面封堵閥腔，無法處理閥門內漏，為保證在天然氣站場進行生產或維修作業時，不因該類型閥門出現內漏或外漏風險，應全部予以更換或采用安裝8字盲板法蘭的措施進行風險管控。
2.4 閥門開有平衡孔的檢查
球閥在常開狀態下，閥腔與天然氣通道間是物理隔離的。當環境溫度變化時，封入閥腔內的介質壓力升高，閥腔內的高壓有可能沖壞閥桿填料產生外漏，對于未設置泄壓功能的固定式球閥閥座密封，可能沖壞閥座密封，甚至導致閥體破裂。閥球上設置平衡孔的目的是平衡腔體內與管道內介質之間的壓力，以阻止相變超壓現象的發生。通過檢查閥門是否設置平衡孔，為球閥在運行期間的管控提供基礎依據。若球閥未設置平衡孔，則需嚴格執行閥門的使用管理規定。
API6D-1999規定，閥門按照壓力容器來計算操作壓力和溫度。閥門腔體的泄放裝置應避免腔體內的壓力超過38℃時閥門額定壓力的1.1倍（API6D1999中規定為1.33倍），外接腔體泄放閥尺寸應大于15mm。從標準升級的要求可知，閥門在野外使用時，由于夏季高溫產生的熱效應造成的閥門腔體升壓帶來的安全隱患。未設置球閥平衡孔的新閥門在打壓和工藝管道試壓時，應將安全閥拆卸后，單獨進行測試。尤其是原油和成品油管道的閥門，閥腔因受熱升壓的風險更大，運行中要增加閥腔安全閥養護和檢查的頻次，不能拆卸安全閥或用絲堵封堵。
3、結束語
天然氣工藝管道安裝的閥門，作為工藝通斷的控制設備十分重要。閥門安裝后的使用性能不僅取決于制造技術，也取決于閥門的安裝及安裝過程中的保護。在閥門的整個生命周期中，安裝前和安裝過程中的保護最為脆弱，在這個過程中，閥門內部直接暴露在外部環境中，各種雜質及機械撞擊，閥門的各種故障隱患如果沒有在安裝前排查明確，將給管道的運行帶來致命的后果。基于此，從自然因素、環境因素和人為管理因素等方面對如何做好閥門安裝前的保護及安裝后的維護和使用進行了總結，對管道工程建設整個過程中閥門的保護進行了分析歸納，提出了保護措施和改進建議，可為陸上天然氣管道建設過程中閥門的保護提供借鑒。但是，由于天然氣管道穿越里程長，經過的地質環境復雜，有些特殊環境下保護經驗不足，如海底管道和海上平臺等環境下的保護，仍需相關專業人員繼續探索總結。
本文標題：天然氣管道閥門安裝前管理
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