CN101776194A - 油气管道抢修夹具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气管道抢修夹具及其使用方法。该油气管道抢修夹具包括密封环、中间环和多个紧固件。密封环由上密封环和下密封环构成，上密封环和下密封环的开口相对形成对接口，在上密封环和下密封环上等弧度设置用于安装紧固件的偶数个连接螺栓孔，中间环由上中间环和下中间环构成，上中间环和下中间环的开口相对形成对接口，在上中间环和下中间环上等弧度设置用于安装紧固件的偶数个连接螺栓孔，相邻两层密封环或中间环的对接口旋转特定角度。利用本发明所提供的油气管道抢修夹具进行管道泄漏抢修，不受管道抢修夹具长度的限制，可以根据管道坏损长度组装夹具模件的数目，以适合于不同长度的管道坏损情况。

Description

油气管道抢修夹具及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种油气管道抢修夹具及其使用方法，尤其涉及一种适合长距离输油气管道泄漏抢修中使用的油气管道抢修夹具，同时也涉及利用该夹具进行管道抢修的施工使用方法，属于管道维护技术领域。

背景技术

目前，输油气管道泄漏修复施工有多种方法，通常分为三种：带压不停输开孔封堵法、U型管卡紧带压封堵法以及套管夹具注密封剂带压封堵法。以下是这三种方法的具体介绍：

1.带压不停输开孔封堵法

带压不停输开孔封堵是一种非常有效的管道泄漏抢修方法。具体而言，在发生泄漏的管道的两端，分别焊接两套封堵机具连接套管及开孔阀门，然后安装开孔钻具进行开孔，完成开孔后，在两端分别装上封堵器，连接平衡管，让管线内流体不停输，割掉泄漏的管段，换上新管取出封堵器，再关闭封堵阀门，将两套套管及阀门永久性地留在管道上。该方法施工时间长，施工成本高。对于不允许长时间停输的管道，该方法不适用。

2.U型管卡紧带压封堵法

U型管卡紧带压封堵法较适合于管道介质输送压力在3MPa以下的低压介质的管道，是一种较简单的封堵卡具。U型管卡的外形如同抱箍，将封堵材料卡住。短时间内能够解决泄漏问题。但是，由于管卡力学结构不稳定，不能作为永久性泄漏修复方法。在管道停输时，必须及时更换U型管，对泄漏区进行永久性泄漏修复。

3.套管夹具注密封剂带压封堵法

对于夹具注密封剂带压封堵法，下面以夹具注环氧树脂补强法为例进行说明。套管夹具注密封剂带压封堵法是适合于管道输送压力在8MPa以下的输送较高压介质的管道。该方法采用两个半圆管道夹具套在待补强的管道上，夹具与管道环缝隙之间采用橡胶件密封。然后注入液态环氧树脂或聚氨酯后，在夹具外面涂上无溶剂型树脂涂料，例如，环氧树脂或聚氨酯。在注入的环氧树脂完全固化后(24小时后)，达到永久性补强的效果。对于输油气管道，该方法适合管道补强，而不适合管道泄漏的情况。使用的密封剂是环氧树脂或聚氨酯类，对金属表面的预处理有一定要求，在施工时要保证夹具环缝隙的内壁和管道外壁有较高的清洁度，实现封堵实际上是依靠密封剂与金属表面的粘接力形成密封。但是，在管道泄漏时很难将管道表面处理到较为清洁的程度，因此该方法不适于管道泄漏时的处理。

使用套管夹具注密封剂带压封堵法时，需要用到一种射模的套筒。将要修复的部位由套筒环绕，构成一个注入液态聚合材料的密封腔，通过密封腔壁上的注射孔，将液态聚合材料注入，液态聚合材料在密封腔内进行聚合，形成堵塞泄漏的覆盖层。例如专利文献CN1074109C，公开了一种用于保护、修复或更新管道的模块式套筒。特征是：套筒由若干相同的模件形成，这些模件组装起来构成注射模，每个模件包括由一个中间部分进行连接的一个阳部分和一个阴部分，一个模件的阳部分适合于部分地或全部嵌装到模件的阴部分中。该专利文献的目的是克服由两个半圆柱形壳体要适应不同直径的管道，需要制备若干直径的套筒夹具，制造成本昂贵的不足。但是，由于所制备的该夹具长度是一定的，管道需要修复长度比较长时，使用这种套筒夹具要进行多次注入液态聚合材料才能完成管道修复。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种新型的油气管道抢修夹具。该夹具尤其适合在长距离输油气管道泄漏抢修中使用。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种利用上述油气管道抢修夹具进行管道抢修的施工使用方法。

为了实现上述的目的，本发明采用下述的技术方案：

一种油气管道抢修夹具，包括位于夹具两端的至少2层密封环，位于所述密封环之间的至少1层中间环，以及将所述密封环和所述中间环固定在所述管道上的多个紧固件，其特征在于：

所述密封环由上密封环和下密封环构成，所述上密封环和所述下密封环的开口相对形成对接口，在所述上密封环和所述下密封环上等弧度设置用于安装所述紧固件的偶数个连接螺栓孔，

所述中间环由上中间环和下中间环构成，所述上中间环和所述下中间环的开口相对形成对接口，在所述上中间环和所述下中间环上等弧度设置用于安装所述紧固件的偶数个连接螺栓孔，

相邻两层密封环或中间环的所述对接口旋转特定角度，

所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔对准，用于安装所述紧固件。

所述紧固件包括安装在所述连接螺栓孔内的连接螺栓，以及沉头螺栓，

在所述密封环的每两个所述连接螺栓孔之间设置有1个环片间连接螺栓孔，以及在所述中间环的每两个所述连接螺栓孔之间设置有1个环片间连接螺栓孔，所述环片间连接螺栓孔用于安装所述沉头螺栓。

所述至少2个密封环中，位于最外侧的所述密封环没有密封脂注入口。

所述至少2个密封环中，位于最外侧的所述密封环之间的所述密封环，在所述上密封环和所述下密封环的2个环片间连接螺栓孔之间的位置上，分别开设有1个密封脂注入口，用于注入密封脂；

在所述上中间环和所述下中间环的2个环片间连接螺栓孔之间的位置上，分别开设有1个密封脂注入口，用于注入密封脂。

所述密封脂注入口位于所述中间环的中心线方向上的两侧。

在所述下中间环的2个密封脂注入口之间，在所述中间环的中心线方向上，开设有1个与所述2个密封脂入口位于同一直线上的密封剂注入口。

所述上密封环和所述下密封环组成的内孔与所述管道的外径相同。

所述上中间环和所述下中间环组成的内孔比所述管道的外径大5～20毫米。

一种利用上述油气管道抢修夹具进行管道抢修的使用方法，其特征在于：

(1)在油气管道破损处安装油气管道抢修夹具：

在安装时，半圆环片与上一层错开角度为90度，用力矩扳手将环片螺栓达到规定的预紧力；环片螺栓为单向安装，从头开始按一个方向叠加，当最后一个密封环片安装完毕后，穿好夹具连接螺栓，用力矩扳手将夹具螺栓达到规定的预紧力；

(2)注入密封脂：

采用超高压密封注脂枪注入密封脂，作为环片间密封和端口加强密封；

(3)注入密封剂：

将注入泵的高压软管联接到油气管道抢修夹具底部的注入口上注入密封剂，注入剂是环氧树脂或者聚氨酯；

(4)实施油气管道抢修夹具的表面预处理及外防腐：

采用无溶剂液态环氧树脂做防腐底漆，然后用热收缩带(套)做外防腐补口；

(5)进行阴极保护处理

对于埋地管道，先将阴极保护附件焊接到油气管道和油气管道抢修夹具上，回填前将导线连接到先前安装的阴极保护附件上，再引到地面，与最终清理后安装的接线盒或标志桩连接。

利用本发明所提供的油气管道抢修夹具进行管道泄漏抢修，不受管道抢修夹具长度的限制，可以根据管道坏损长度组装夹具模件的数目，以适合于不同长度的管道坏损情况，一次完成注入液态聚合材料管道泄漏抢修；并且各环片之间具有互换性，组装好后在密封腔内注入液态聚合材料，可实现永久性无泄漏，检修后的耐压强度高于管道设计强度。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明所提供的油气管道抢修夹具的外形结构侧视图；

图2是本发明所提供的油气管道抢修夹具的外形结构主视图；

图3是图1中A-A剖面的示意图；

图4是图2中B-B剖面的示意图；

图5是本发明所提供的油气管道抢修夹具的组装过程示意图。

具体实施方式

下面参照图1～图4对本油气管道抢修夹具的具体结构进行说明。对于需要修复的长度为800毫米的、外径(管径)为650毫米的钢管1，采用本发明所提供的油气管道抢修夹具修复。

油气管道抢修夹具2包括位于夹具两端的密封环4，位于密封环4之间的中间环5，以及用于将密封环4和中间环5固定在管道上的紧固件6。在本实施例中，紧固件6包括环片间连接用的沉头螺栓11和将各个环片连接起来的连接螺栓3。螺栓均设置在与管道平行的方向上，即，在与管道平行的方向上对密封环4和中间环5进行紧固。连接螺栓的直径25毫米，长度1100毫米。

在本实施例中，管道一端各有3层密封环4，在密封环4之间夹设有3层中间环5。每层密封环4的内径为652毫米，外径为770毫米，厚度为25毫米。中间环5内孔直径为665毫米，外径为770毫米，厚度为40毫米。

每层密封环4由相同的上密封环和下密封环组成。上密封环和下密封环组成的内孔与被抢修的钢管1的外径相同。上密封环和下密封环上分别等弧度设置有3个环片间连接螺栓孔和6个连接螺栓孔。2个连接螺栓孔分别对称设置在1个环片间连接螺栓孔的两侧。环片间连接螺栓孔是内六角形，用于沉头螺栓插入并紧固。

除了位于最外侧的一层密封环，其它的位于内部的每层密封环，在上下密封环的2个环片间连接螺栓孔之间的位置上，分别开设有1个密封脂注入口10，用于与高压油枪连接以注入密封脂，并能用丝堵封堵。

类似的，每层中间环5由相同的上中间环和下中间环组成。上中间环和下中间环组成的内孔比被抢修的钢管1的外径大5～20毫米。上中间环和下中间环上分别等弧度设置有3个环片间连接螺栓孔和6个连接螺栓孔。2个连接螺栓孔分别对称设置在1个环片间连接螺栓孔的两侧。

在上、下中间环的2个环片间连接螺栓孔之间的位置上，分别开设有2个密封脂注入口10，用于与高压油枪连接以注入密封脂，并能用丝堵封堵。而且，这2个密封脂注入口10位于1层中间环的中心线方向上的两侧。在下中间环的2个密封脂注入口10之间，在中间环的中心线方向上，开设有1个与前述2个密封脂入口10位于同一直线上的密封剂注入口9。密封剂注入口9有内螺纹，用于与注入泵管线连接。

当本油气管道抢修夹具固定到钢管1上时，各层上密封环和上中间环上的密封脂注入口10排列在1条直线上；各层下密封环和下中间环上的密封脂注入口10排列在另一条直线上，前述直线与钢管1平行。并且，各层下中间环上的密封剂注入口9也排列在前述另一条直线上。

所需中间环5的层数根据现场管道坏损的长度决定，例如为了全部覆盖需要修复长度800毫米的需要，为20层。中间环5的层数没有严格的限制，施工中根据现场管道坏损的长度决定中间环5的层数，以完全覆盖坏损部位为原则。管道坏损的长度长，中间环5的层数就多。通常，油气管道抢修夹具的总长度范围在500～2000mm之间。

相邻两层密封环4或中间环5的对接口(上密封环与下密封环之间的开口相对形成的接口或者是上中间环与下中间环之间的开口相对形成的接口)，错开90度，以保证整个抢修用夹具的刚度和强度。

各层密封环4和中间环5的连接螺栓孔对准，允许1根连接螺栓穿过。将连接螺栓紧固到连接螺栓孔后，使油气管道抢修夹具形成为一个刚性整体，实现对钢管1的带压封堵。将沉头螺栓安装到环片间连接螺栓之后，能使该密封环或中间环的内径收缩，紧固到钢管上。

通过密封环4和中间环5上的密封脂注入口10注入密封脂后，可以在密封环4和中间环5与钢管1之间形成密封脂环；通过中间环5上的密封剂注入口9注入密封剂后，可以在中间环5与钢管1之间形成密封剂环，从而进一步提高抢修用夹具与钢管1之间的密封性和可靠性。

下面结合图5详细说明本发明所提供的油气管道抢修夹具的使用方法：

A.安装：

首先，组装一端的密封环4。取一个没有密封脂注入口10的上密封环和一个没有密封脂注入口10的下密封环，开口相对地套在钢管上，将连接螺栓固定到环片间连接螺栓孔内。再取一个有密封脂注入口10的上密封环和一个有密封脂注入口10的下密封环，开口相对地套在钢管上，并且其对接口与第一层密封环4的对接口相对旋转90度，目的是使两层密封环4的上密封环和下密封环的对缝交错开90度。最后将沉头螺栓固定到环片间连接螺栓孔内。按上述办法安装第三层密封环4。

其次，组装中间环5。取一个有密封脂注入口10的上中间环和一个具有密封脂注入口10和密封剂注入口9的下中间环，开口相对地套在钢管上，使中间环5的对接口与相邻的密封环4的对接口旋转90度。然后安装沉头螺栓。按上述过程固定下一层中间环5。

组装另一端的密封环4。最外侧的密封环与第一层密封环一样，没有密封脂注入口10。

最后，将连接螺栓固定到连接螺栓孔，使所有密封环和中间环紧固到一起。

上面具体描述了本油气管道抢修夹具的安装过程。该安装过程是利用本油气管道抢修夹具进行管道抢修的第一步。

B.注入密封脂：

密封脂的作用是使密封环4片间密封和端口加强密封，注入时采用超高压密封注脂枪对准密封脂注入口10注入，密封脂注入压力15.0MPa。

一般，密封脂注入压力5.0～20.0MPa之间，在原油管道上抢修时不用注脂，只有在输气管道抢修时使用。密封脂在注入密封剂前注入。

C.注入密封剂：

密封剂注入泵的高压软管联接到油气管道抢修夹具的密封剂注入口9上。注入剂可以是环氧树脂也可以是聚氨酯，注入时间为25min。密封剂注入压力1.5MPa。通常，密封剂注入压力在0.2～2.0MPa之间。

D.油气管道抢修夹具表面预处理及外防腐

对油气管道抢修夹具外表面整体实施防腐，采用无溶剂液态环氧树脂做防腐底漆，然后用热收缩带(套)做外防腐补口。质量检验外观、漏电及粘结力等三项内容：

(1)油气管道抢修夹具的外观要检查热收缩带(套)表面平整，无皱折、无气泡、无烧焦炭化等现象；热收缩带(套)周向及固定块周围应有热熔胶均匀挤出。

(2)油气管道抢修夹具应用电火花检漏仪进行检漏，检漏电压为15KV，如有漏电，应用补伤片贴补，在修补处包敷一条热收缩带，包敷处应比补伤片的两边各大50mm。

(3)剥离强度(ASTM D1867)

最后进行的是钢管回填工作。对于特殊地段，如有必要对于埋地管道要先将阴极保护附件焊接到钢管和夹具上，钢管回填前将导线连接到先前安装的阴极保护附件上，再引到地面，与最终清理后安装的接线盒或标志桩连接。

如上所述，本发明所提供的油气管道抢修夹具既能形成产业化生产，又能方便现场组装。采用本油气管道抢修夹具进行管道泄漏抢修，不受管道坏损长度的限制，可以根据管道坏损长度组装夹具中间环模件的层数，以适合于管道坏损长度，一次完成注入液态聚合材料管道泄漏抢修；并且各环片之间具有任意互换性，组装好后在密封腔内注入液态聚合材料，检修后的耐压强度高于管道设计强度。该油气管道抢修夹具的耐压强度设计是管道设计强度的2～3倍以上。而且还由于是组合式结构，单个环片重量轻，具有安装操作灵活，减轻抢修劳动施工强度的特点。同时，该油气管道抢修夹具还具有抢修管道施工时间短，对钢管表面预处理要求不高，操作简便的优势。抢修管道施工时，无需焊接施工，抢修管道操作风险低。在管道补强施工时极为安全。

本油气管道抢修夹具的两端环形缝隙采用双重密封结构，为压紧式气相和液相组合密封，气相密封采用压紧式丁晴橡胶轴封，液相密封采用液态高强密封剂，两种密封性能优良。当密封腔完全注入密封剂后，具有永久性无泄漏的性能。由于采用双重紧固结构，具有适应管道由于压力、温度变化、土壤压力变化的特点，能够常年在轴向和径向循环应力状态下安全使用。该油气管道抢修夹具连接时使用的高强度螺栓螺母采用达克罗涂层(锌铬)，具有极强的防腐性能，埋地回填时只需须对夹具进行防腐。

以上对本发明所述的油气管道抢修夹具及其使用方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种油气管道抢修夹具，包括位于夹具两端的至少2层密封环，位于所述密封环之间的至少1层中间环，以及将所述密封环和所述中间环固定在所述管道上的多个紧固件，其特征在于：

所述密封环由上密封环和下密封环构成，所述上密封环和所述下密封环的开口相对形成对接口，在所述上密封环和所述下密封环上等弧度设置用于安装所述紧固件的偶数个连接螺栓孔，

所述中间环由上中间环和下中间环构成，所述上中间环和所述下中间环的开口相对形成对接口，在所述上中间环和所述下中间环上等弧度设置用于安装所述紧固件的偶数个连接螺栓孔，

相邻两层密封环或中间环的所述对接口旋转特定角度，

所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔对准，用于安装所述紧固件。

2.如权利要求1所述的油气管道抢修夹具，其特征在于：

所述密封环由相同的所述上密封环和所述下密封环组成，所述中间环由相同的所述上中间环和所述下中间环组成。

3.如权利要求1所述的油气管道抢修夹具，其特征在于：

所述紧固件包括安装在所述连接螺栓孔内的连接螺栓，以及沉头螺栓，

在所述密封环的每两个所述连接螺栓孔之间设置有1个环片间连接螺栓孔，以及在所述中间环的每两个所述连接螺栓孔之间设置有1个环片间连接螺栓孔，所述环片间连接螺栓孔用于安装所述沉头螺栓。

4.如权利要求3所述的油气管道抢修夹具，其特征在于：

所述至少2个密封环中，位于最外侧的所述密封环没有密封脂注入口。

5.如权利要求4所述的油气管道抢修夹具，其特征在于：

所述至少2个密封环中，位于最外侧的所述密封环之间的所述密封环，在所述上密封环和所述下密封环的2个环片间连接螺栓孔之间的位置上，分别开设有1个密封脂注入口，用于注入密封脂；

在所述上中间环和所述下中间环的2个环片间连接螺栓孔之间的位置上，分别开设有1个密封脂注入口，用于注入密封脂。

6.如权利要求5所述的油气管道抢修夹具，其特征在于：

所述密封脂注入口位于所述中间环的中心线方向上的两侧。

7.如权利要求6所述的油气管道抢修夹具，其特征在于：

在所述下中间环的2个密封脂注入口之间，在所述中间环的中心线方向上，开设有1个与所述2个密封脂入口位于同一直线上的密封剂注入口。

8.如权利要求1所述的油气管道抢修夹具，其特征在于：

所述上密封环和所述下密封环组成的内孔与所述管道的外径相同。

9.如权利要求1所述的油气管道抢修夹具，其特征在于：

所述上中间环和所述下中间环组成的内孔比所述管道的外径大5～20毫米。

10.一种利用如权利要求1所述的油气管道抢修夹具进行管道抢修的使用方法，其特征在于：

(1)在油气管道破损处安装油气管道抢修夹具：

在安装时，半圆环片与上一层错开角度为90度，用力矩扳手将环片螺栓达到规定的预紧力；环片螺栓为单向安装，从头开始按一个方向叠加，当最后一个密封环片安装完毕后，穿好夹具连接螺栓，用力矩扳手将夹具螺栓达到规定的预紧力；

(2)注入密封脂：

采用超高压密封注脂枪注入密封脂，作为环片间密封和端口加强密封；

(3)注入密封剂：

将注入泵的高压软管联接到油气管道抢修夹具底部的注入口上注入密封剂，注入剂是环氧树脂或者聚氨酯；

(4)实施油气管道抢修夹具的表面预处理及外防腐：

采用无溶剂液态环氧树脂做防腐底漆，然后用热收缩带(套)做外防腐补口；

(5)进行阴极保护处理

对于埋地管道，先将阴极保护附件焊接到油气管道和油气管道抢修夹具上，回填前将导线连接到先前安装的阴极保护附件上，再引到地面，与最终清理后安装的接线盒或标志桩连接。

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