CN106958715A - 一种天然气管道不停输快速堵漏设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体管道不停输快速堵漏设备，所述设备包括固定系统和压碗，所述固定系统包括无底边的梯形固定架、收紧器、收紧带和丝杠，所述收紧器安装于固定架两端，收紧器相对固定架可活动，所述收紧带通过缠绕收紧器将固定架固定于气体管道上，所述丝杠竖直穿过固定架并与压碗连接，所述压碗为等腰梯形结构，下底边加工成弧形，弧形中部加工成凹窝。丝杠上设置球头，丝杠和压碗通过球头弹珠式的连接结构可拆卸连接。本发明的装置，在不停气的前提下实现对中压燃气管道微孔泄漏一次堵漏成功率100％。

Description

一种天然气管道不停输快速堵漏设备

技术领域

本发明属于天然气管道维护技术领域，具体涉及一种天然气管道不停输快速堵漏专用工具。

背景技术

埋地钢质天然气管道，在使用一段时间后，受土壤的电化学腐蚀常常会发生管道穿孔泄漏。泄漏的燃气将危及周边安全，抢维修工作刻不容缓。更严重的天然气管道穿孔泄漏后，一旦泄漏燃气窜入电缆沟道等相对密闭空间发生聚集，极容易引发燃气爆炸造成大量人员与经济损失。

现有的常用的堵漏抢修技术，采取开挖停气焊接的方式，需要对泄漏管道进行停气置换，之后进行焊接修复。整个过程耗时较长，且需要对部分用户进行停气。目前也存在不停输的堵漏技术，一般的是通过预置好的符合管道直径的外部套管，配合采取内衬粘接层或是利用泄压孔丝堵封堵的方式。然而上述方式一般需要较大的操作空间、多人配合、不可重复利用，且会随泄漏管道直径的增加而增加工具大小、重量，不适合在作业空间狭小的抢修工作坑内实施。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种天然气管道不停输快速堵漏设备，代替动火焊接完成堵漏，可在不停气的前提下单人操作，同时装置小巧可拆卸，适用于狭小区域内的埋地管线抢修，适应各类管道外径。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种气体管道不停输快速堵漏设备，所述设备包括固定系统和压碗，所述固定系统包括无底边的梯形固定架、收紧器、收紧带和丝杠，所述收紧器安装于固定架两端，收紧器相对固定架可活动，所述收紧带通过缠绕收紧器将固定架固定于气体管道上，所述丝杠竖直穿过固定架并与压碗连接，所述压碗为锥台结构，锥台下底面加工成弧面，弧面中部加工有一凹窝。

所述丝杠上设置球头，丝杠和压碗通过球头弹珠式的连接结构可拆卸连接。

所述凹窝为半球面，凹窝最高点处深度1-1.5cm，凹窝(7)的面积不小于气体管道的漏点面积。

所述丝杠顶端加工有扳杆孔；

所述固定架采用防爆铝合金材质。

气体管道的公称直径分别为50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm和500mm时，锥台下底面的弧面半径分别为30mm、45mm、57mm、84mm、109mm、136mm、162mm、188mm、213mm和264mm。

管道堵漏前使用木楔子填补于漏点处。

所述胶泥包括双组份金属胶；涂布胶泥的厚度5-10mm，固化胶泥的时间不低于30min。

压碗与胶泥接触的一侧涂布有脱模剂。

管道堵漏前使用水基高压清洁剂喷雾对管道漏点处进行表面清理；固化胶泥后，在气体管道漏点处及附近沿气体管道缠绕浸渍树脂绷带。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)本发明的设备依靠不同管道外径设计的压碗，其弧面的弧度，可使得胶泥受力均匀，固化后的胶泥无翻卷翘边，凹窝的设计，使得尤其在漏点处胶泥挤压后仍有足够厚度，经试验，在不停气的前提下实现对中压燃气管道微孔泄漏一次堵漏成功率100％。

(2)本发明的设备可以实现单人在狭小的气体管道泄漏抢修坑内，快速有效地完成全部管道修复堵漏工作。所采用的装置避免动火焊接，整个过程不用停气置换，避免泄漏燃气发生起火爆炸的风险。

(3)本发明的设备利用收紧带的方式满足固定架对不同管道外径的支持。单人通过旋转加力丝杠，配合特制的压碗，将双组份金属修补胶均匀牢固的压紧在泄漏管道处。待胶泥固化后利用柔性树脂绷带进行防腐绝缘与补强。

(4)整套设备操作便捷、可拆卸、可重复回收利用、通过灵活更换压碗部件满足各类管道外径的堵漏需求。

附图说明

图1为管道漏点孔洞处形成的半球形的应力分布图；

图2(a)、(b)、(c)分别为不同外力F施加时胶泥受力情况；

图3是本设备结构示意图；

图4是本设备压碗的俯视透视图；

图5是本设备胶泥固化后浸采用渍树脂加强示意图；

图6为固化后的胶泥形态示意图。

图中各标号的含义为：

1-固定系统，2-压碗，3-固定架，4-收紧器，5-收紧带，6-丝杠，7-凹窝，8-球头，9-扳杆孔，10-管道，11-胶泥，12-弹簧弹珠扣，13-浸渍树脂加强绷带。

以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明的设备尤其适用于中低压管网(中压管道压力在0.005—0.4MPa，低压管道压力≤0.005MPa)及小孔洞(1cm2左右，本实施例指燃气管道表面腐蚀穿孔形成的孔洞)的管道快速堵漏。发明人在前期研究得出，管道腐蚀穿孔燃气从孔洞中泄漏溢出，主要是在孔洞处管道内外存在压力差，1cm2的孔洞在最大压力下会在其腐蚀穿孔处形成200000Pa×0.00001m2＝20N≈2kg的力。在正常室温下，0.2MPa的甲烷气体(天然气的主要成分)很难压缩，其流动性使得它们能将自身重力和所受的外力按原来的大小向各个方向传递，即孔洞处持续存在成半球形的应力，如图1，堵漏的关键就是要在胶泥固化前，不会受泄漏点压力的影响，对胶泥产生永久性的应力形变，漏点处的胶泥需能抵抗管道压力，维持到胶泥固化就可以完成堵漏。

据此，发明人研究得出：根据上述思路施加的外力必须垂直于泄漏点所在的管道弧面,且均匀可控。根据上面的力学分析，理想的胶泥受力需满足前面分析的受力特点，即外力使胶泥均匀贴紧管道弧面的同时，在漏点处能形成半球形的凹痕施力。通过对胶泥的受力分析(图2)，证实倾斜外力是导致胶泥水平错动，造成堵漏失败的重要原因。

本装置压碗的弧形中部加工成凹窝，凹窝最高点处深度1-1.5cm，发明人研究发现，如果要使胶泥的理论机械性能发挥出来，胶泥最小厚度一般在5-10毫米间，考虑到不同胶泥存在误差，设计凹窝以保障胶泥在挤压后仍有足够厚度。根据气体膨胀特性分析与胶泥材料特点分析，膨胀面作用力成球面向外扩张，与之对应的凹窝也应为半球面设计，使得堵漏胶泥在半球面中聚集在外力的作用下与泄漏点产生的压强进行对抗，保障胶泥在固化前不被管道压力挤出。

本发明带偏角的龙门型固定架为去掉底边的等腰梯形结构，收紧器有两个安装螺帽的孔，一方面通过螺帽安装于固定架两端，收紧器相对于固定架可活动，另一方面通过螺帽使收紧带可缠绕收紧器，收紧带可以购买得到。

实施例1：

如图3-5，本实施例提供一种天然气管道不停输快速堵漏设备，包括固定系统1和压碗2，固定系统1包括带偏角的龙门型固定架3、收紧器3、收紧带5和丝杠6，收紧带5将带偏角的龙门型固定架3固定于气体管道10上。丝杠6竖直穿过带偏角的龙门型固定架3并与压碗2连接，压碗2为等腰梯形结构，下底边加工成弧形，用于传导外力，保障施力均匀，使得F均匀分布于漏点处，弧形中部加工成凹窝7，凹窝7最高点处深度1-1.5cm，如果要使胶泥的理论机械性能发挥出来，其最小厚度一般在5-10毫米间，考虑到不同胶泥存在误差，设计凹窝7以保障胶泥11在挤压后仍有足够厚度。

带偏角的龙门型固定架3，可以固定于不同大小的管道10上，扩大了适用管径，在不影响稳定性的情况下，具有减重效果，方便单人使用，承受负载大。采用防爆铝合金，特殊的铝合金对撞击吸收高不易产生火花，采用金属材料，一定程度上保障了耐用性与强度，密度小重量轻，在抢修作业中更为安全方便。收紧带5可根据不同管道外径灵活调整，强度大、重量轻，适应DN50-DN500的全系列钢管。丝杠6将回转运动转化为直线运动，施加的外力通过扳杆孔9来水平转动顶端的扳手实现，施力稳定，停止转动后因螺纹存在能较好的维持外力，直到胶泥11固化，施加的力易控。

丝杠上设置球头8，丝杠6和压碗2采用球头弹珠式的连接结构，压碗2上部可以挖槽安装弹簧弹珠扣12，这种锁扣连接具有稳定性，保证与加力部分不会出现错位，只需轻轻用力一推即可完成插拔，简单快捷、方便安装和拆卸。

本设备的使用步骤为：

将固定架3与收紧器4配合收紧带5固定于泄漏管道10的上方，保障可以适应于不同管道外径。根据泄漏管道的外径选择对应的压碗2，压碗2的弧面专门针对不同的泄漏管道设计，保障贴合紧密、受力均衡。通过弧面与凹窝来7保障双组份金属胶受力均匀且有一定厚度。将丝杠6上的球头8，装入压碗2的弹簧弹珠扣12中，这里可随时根据情况利用上述的连接和锁扣方式更换压碗2。将压碗2与双组份金属胶11置于泄漏管道10上，通过将板杆插入板杆孔9中水平旋转，下压压碗2挤压双组份金属胶11，并使得弧面贴紧泄漏管道10。待胶泥11完全固化后，因弧面上有脱模剂的原因，可将全部设备拆卸回收。

图3为泄漏管道上的漏点处补的固化胶泥，表示管道泄漏已被封堵完成，再利用浸渍树脂加强绷带13，缠绕整个泄漏管道部分完成最后的防腐绝缘与柔性补强。

效果验证：

采用对试验管道钻孔方式，模拟实际管道微孔漏气点，加装压力表检验实际堵漏效果，结果如下表1所示。

结果表明，使用本装置可实现“零”停气，多次试验均一次堵漏成功，成功率达100％。

发明人在6-9月间，对西安市发生的管道腐蚀穿孔泄漏进行了实际的操作堵漏以验证设备的有效性，如表2所示。

表1模拟试验结果

序号	管道压力(MPa)	孔洞大小(cm2)	管道大小	固化时间	是否漏气
						1	0.2	0.78	DN150	1h	否
2	0.2	0.78	DN150	1h	否
						3	0.2	0.78	DN200	1h	否
4	0.21	0.5	DN200	1h	否
						5	0.2	0.5	DN300	1h	否
6	0.2	0.78	DN300	1h	否

在对多起腐蚀穿孔泄漏成功堵漏后，发明人为了进一步评定利用本设备对管道腐蚀穿孔的修复效果，于10月初将修复成功的试验段管道送至国家权威检测中心，进行管道密封性能的评估，各项性能符合技术指标：抗压强度(ASTM D695)12000psi，最大工作温度149℃，储存期限＞12个月25℃，抗化学性：优异。

表2本装置用于天然气管道补漏实际效果

此外，发明人分别进行了若干对比实验，分别为1)涂布胶泥直接采用现有的方法机械压制，2)压碗结构的底部无弧面，3)压碗结构的底部弧面无凹窝，4)采用本设备的压碗结构。结果发现，1)无法有效堵漏，2)堵漏的胶体有一半紧紧粘附于管道表面，另一半发生了翘起，3)气体管道漏点处的胶泥厚度较薄，严重影响堵漏持续的时间，4)实现有效堵漏，并且成功在漏点处强化了胶泥，如图6，说明压碗的结构设计，包括压碗形状、底部凹窝对本设备效果的达成很关键。

成本效益对比：

每处漏点成本计算：

表3新技术堵漏(单位：元)

堵漏胶泥	浸渍树脂绷带	人工	总和
				407	1998	300*3	3305

表4目前停气焊接堵漏(单位：元)

机具燃料

气体置换

放热散失

停气损失

防腐层修复

人工

总和

5000

6000

1000

0.8*4300

2800

300*15

22740

由表中3、4对比可知，平均每处漏点修复节约：19435元，资料显示，2014-2015年度共发生泄漏138起，如果采取新技术堵漏可节约：2682030。元。本发明人自2015年6月起至12月共进行新技术堵漏23次，共计节约：447005元。

Claims (10)

1.一种气体管道不停输快速堵漏设备，其特征在于，所述设备包括固定系统(1)和压碗(2)，所述固定系统(1)包括无底边的梯形固定架(3)、收紧器(4)、收紧带(5)和丝杠(6)，所述收紧器(4)安装于固定架(3)两端，收紧器(4)相对固定架(3)可活动，所述收紧带(5)通过缠绕收紧器(4)将固定架(3)固定于气体管道上，所述丝杠(6)竖直穿过固定架(3)并与压碗(2)连接，所述压碗(2)为锥台结构，锥台下底面加工成弧面，弧面中部加工有一凹窝(7)，所述凹窝(7)为半球面。

2.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述丝杠上设置球头(8)，丝杠(6)和压碗(2)通过球头弹珠式的连接结构可拆卸连接。

3.如权利要求1所述设备，其特征在于，凹窝(7)最高点处深度1-1.5cm，凹窝(7)的面积不小于气体管道的漏点面积。

4.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述丝杠(6)顶端加工有扳杆孔(9)。

5.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述固定架(3)采用防爆铝合金材质。

6.如权利要求1所述设备，其特征在于，气体管道的公称直径分别为50mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm和500mm时，锥台下底面的弧面半径分别为30mm、45mm、57mm、84mm、109mm、136mm、162mm、188mm、213mm和264mm。

7.如权利要求1所述设备，其特征在于，管道堵漏前使用木楔子填补于漏点处。

8.如权利要求1所述设备，其特征在于，所述胶泥包括双组份金属胶；涂布胶泥的厚度5-10mm，固化胶泥的时间不低于30min。

9.如权利要求1所述设备，其特征在于，压碗(2)与胶泥接触的一侧涂布有脱模剂。

10.如权利要求1所述设备，其特征在于，管道堵漏前使用水基高压清洁剂喷雾对管道漏点处进行表面清理；固化胶泥后，在气体管道漏点处及附近沿气体管道缠绕浸渍树脂绷带。