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摘 要 本文介绍了一种水下钢制管泄漏快速简易修复方法，适用于水下修复泄漏的天然气管道、自来水管道、石油管道、压缩空气管道、等带压金属管道。该方法采用堵漏专用夹具修复水下钢制管道，设备比较简单，操作简便，施工可行，速度快，修复费用低廉，只
有工程造价的百分之一，效果好。这一新技术的出现，将结束过江河泄漏，采用围堰施工法，更换新气管法的历史。
关键词 天然气管道；水下；泄漏；修复方法
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0192-02
因水下环境的复杂性，致使水下管道的破损不可避免，因此，水下管道维修技术就应运而生。同时，维修水下破损管道的难度最大、技术含量最高已成为业内人士的共识。2011年11月26日，重庆燃气集团职工在对嘉陵江飞浪子过江管道的定期巡查中发现江底有天然气管道经过的江面上有气泡冒出，对江面冒出的气体进行检测，发现其含有甲烷、乙烷，确定这是一起天然气泄漏事故，管道维护分公司在带压、不停气的情况下，利用专用夹具对该管线进行修复，取得了良好的经济效益。
1 修复技术的筛选和修复方案的确定
1.1 修复技术的筛选
常用的水下管道维修可分为以下几个大类：水上焊接法、水下焊接法、用穿插HDPE（高密度聚乙烯）管衬里技术法和夹具注胶法。
1）水上焊接法。先把水下管道切断或切除破损段，然后把管道的2个管端吊出水面，焊接修复短节部分，做好无损检验和涂层后，再把管道放回水底，即完成维修工作。这种方法仅限于浅水区域和小管径管道，而且要考虑到管道提升过程中所受到的应力和可能产生的危险性。
2）水下焊接法。水下焊接法又分为水下干式高压焊接法和水下湿式焊接法。水下干式高压焊接维修步骤为切除破损管段，在水下安装焊接工作舱（工作舱内配有动力电源，照明、通讯、高压水喷射、起重、气源、焊接施工设备，生命支持系统等）。工作舱内注入与该水域水深相同压力的高压气体，形成干式环境后，即可进行修复管端，安装短节，实施水下干式焊接等作业。这种方法多用于管道不能在水面焊接，但又要求保证管道原有的整体性能不改变，或采用其他方法受到限制的情况，以及对管道的附属结构进行维修时。水下湿式维修法就是湿法水下焊接是潜水员在水环境中进行的焊接，水与电弧之间没有任何隔离设施，电弧仅仅依靠焊条在焊接过程中产生的气体以及水汽化形成的气泡来保护，难以保证水下焊接质量。因此采用这类方法难以获得质量良好的焊接接头。
3）用穿插HDPE（高密度聚乙烯）管衬里技术修复。穿插HDPE修复旧管道，就是将适合尺寸的HDPE管经变形缩径后由绞车牵引拉人待修旧管道中，使HDPE管恢复到变形前的尺寸后贴合在旧管的内壁上，从而利用原旧管道外能抗冲击、内能承压力和HDPE管耐腐蚀、耐磨损、长寿命、变形后恢复能力强等特点，形成“管中管”复合结构，使得修复后的管道具备了旧管道和HDPE管的综合特性。
4）采用夹具注胶式堵漏维修。夹具注胶式式堵漏主要部件由定制好的燃气专用空腔夹具、连续加料注射枪、带压力表的手压泵和高压胶管构成。其操作方法是先在管道泄漏处安装好燃气专用空腔夹具，再利用加料注射枪连接高压软管将密封胶注入燃气专用空腔夹具中，一般其加料注射枪的注射压力可达60 MPa，利用注射到夹具中高压密封胶使得夹具和管道严密结合达到封堵泄露的目的。这种方法的优点在于能带压作业。
1.2 修复方案的确定
嘉陵江飞浪子过江管道是重庆市首条过江输气管道，建于1991年，直径426 mm，全长13 km，过江段500 m，河床段150 m。它担负着双碑、北碚、大学城等地区的供气任务，还是整个主城区的后备燃气通道。此次出现漏气的地点位于嘉陵江西岸，由于三峡大坝蓄水至175 m的原因，原本在江岸的管道被淹没在水下，加上原先管道埋深。此时管道距水面至少有9 m的距离。抢险堵漏难度非常大。而且此管线辐射区域广牵扯面积大，盲目的停气抢险会影响大面积的用户。更重要的是在水下的管道一旦停气，江水便会涌入管道内部，给以后的维修使用带来更大的阻碍。考虑到水上焊接法，水下焊接法和用穿插HDPE（高密度聚乙烯）管襯里技术都需要停气才能进行修复，而传统的围堰施工法，不仅工期较长，且量耗资巨大。通过比较，我们确定了采用夹具注胶式堵漏的技术方案。
2 重庆燃气集团嘉陵江飞浪子段过江天然气管线修复案例
2.1 泄漏管道的勘测
泄露险情发生后，公司马上联系到有水下作业经验和资质的重庆海通公司进行开挖找漏作业。我们采用的是高压水枪冲散管道上方的沙土，再利用抽沙设备把泥沙抽走，找到了泄漏点，此时管道距水面的距离足有9米多深。潜水员在水下剥开防腐层发现，管道有数十个泄漏点成蜂窝状排布在管道弯头部位，如图1所示。
图2 泄漏管道的勘测
为了设计和制作出合适的夹具，我们对泄露管道进行了勘测，管道的勘测数据主要包括管道的外径、弯管部分的曲率半径以及管道的壁厚等，如图2所示。
2.2 夹具的设计
勘测完泄漏管道的参数后，我们联系了天津江达扬升公司为我们设计并制作夹具，夹具的设计主要包括材料的选取、夹具壁厚的计算等。
1）夹具材料选择：根据GBT 26468-2011《承压设备带压密封夹具设计规范》材料的选择应该考虑三方面的因素：设计载荷、夹具材料的耐蚀性和可焊性。①设计载荷：按系统温度与按系统压力加修正值为设计压力一起作为设计载荷。设计载荷不应超过金属材料在系统温度作用下的许用应力；②泄漏介质化学性质选择当泄漏介质腐蚀性较强时，应选择耐腐蚀金属材料制作夹具；③材料可焊性的选择碳素钢含碳量应＜0.25%，合金钢碳当量＜0.45％。
综合考量，我们选取的夹具材料是Q235钢板。
2）管道夹具的壁厚S，宜按下式计算：
式中：D—夹具内径，其值为管道外径+2倍空腔高度，mm；
P—夹具的设计压力，其值修正为P=PL+5MPa，MPa；
[σ]t—泄漏介质温度下夹具材料的许用应力，MPa；
φ—焊接接头系数。
夹具最小厚度不宜小于14 mm。
经过计算，我们确定了夹具的壁厚为14 mm。设计好夹具之后，天津江达扬升公司连夜制作好夹具。潜水员再次下水将夹具结实的包附在了弯头泄漏区域，后采用高压注剂枪连接着注胶孔以30 MPa的压力对夹具进行注胶。经过三昼夜的连续注胶，水面气泡的消失宣告着这次水下堵漏工作的成功。
3 有关江底管道维修的建议
3.1 加强管道的定期检测
为确保江底管道安全生产，应参照城镇燃气管道规范，每年两次对在役江底管道系统进行全面检测一次，即每年对20%的管道系统进行检测。对运行10年以上的管道，检测的间隔时间要短。通过检测发现管道存在的各种几何缺陷、腐蚀、裂纹、椭圆变形、弯曲变形、外力损伤等，及时采取维修措施，最大限度地避免管道泄漏事故的发生，同时建立管道检测数据库，进行安全风险评估。
3.2 建立管道维修预案
随着新过江管线的增多，过江管道的数量逐年增多，某些管道的使用年限增长，使用寿命降低。线点多线长、安全风险因素多、大多数事故不可预测，因而抢修具有临时性、突发性、紧迫性、连续作战等特点，尤其是对抢修时间的要求特别严格，要求抢修及时，人员、措施尽快到位。抢修工作效率高。要在较短的时间内安全地完成抢修任务。
4 结束语
重庆是国内较早利用天然气的城市之一，且境内河流众多，有多条过江天然气管网已经超期服役。加之管输介质和管线服役环境的苛刻条件等影响，过江管道泄漏事件的发生将呈逐年上升的趋势，加强对泄漏管道的快速修复的研究，有针对性的制定堵漏方案很有必要。这次过江管道抢险证实，夹具注胶法是一个速度快，修复费用低廉。
参考文献
[1]陈家庆,焦向东,周灿丰,等.水下破损管道维修技术及其相关问题[J].石油矿场机械,2004,33(1):33-37.
[2]刘占户,曾鹏飞,李晓娜.水下管道焊接技术的研究现状及发展趋势[J].电焊机,2006,36(7):1-3.
[3]葛延超,徐效华,解海林,等.用穿插HDPE管衬里技术修复城市埋地燃气旧管道[J].腐蚀与防护,2003,24(1):26-31.
有工程造价的百分之一，效果好。这一新技术的出现，将结束过江河泄漏，采用围堰施工法，更换新气管法的历史。
关键词 天然气管道；水下；泄漏；修复方法
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0192-02
因水下环境的复杂性，致使水下管道的破损不可避免，因此，水下管道维修技术就应运而生。同时，维修水下破损管道的难度最大、技术含量最高已成为业内人士的共识。2011年11月26日，重庆燃气集团职工在对嘉陵江飞浪子过江管道的定期巡查中发现江底有天然气管道经过的江面上有气泡冒出，对江面冒出的气体进行检测，发现其含有甲烷、乙烷，确定这是一起天然气泄漏事故，管道维护分公司在带压、不停气的情况下，利用专用夹具对该管线进行修复，取得了良好的经济效益。
1 修复技术的筛选和修复方案的确定
1.1 修复技术的筛选
常用的水下管道维修可分为以下几个大类：水上焊接法、水下焊接法、用穿插HDPE（高密度聚乙烯）管衬里技术法和夹具注胶法。
1）水上焊接法。先把水下管道切断或切除破损段，然后把管道的2个管端吊出水面，焊接修复短节部分，做好无损检验和涂层后，再把管道放回水底，即完成维修工作。这种方法仅限于浅水区域和小管径管道，而且要考虑到管道提升过程中所受到的应力和可能产生的危险性。
2）水下焊接法。水下焊接法又分为水下干式高压焊接法和水下湿式焊接法。水下干式高压焊接维修步骤为切除破损管段，在水下安装焊接工作舱（工作舱内配有动力电源，照明、通讯、高压水喷射、起重、气源、焊接施工设备，生命支持系统等）。工作舱内注入与该水域水深相同压力的高压气体，形成干式环境后，即可进行修复管端，安装短节，实施水下干式焊接等作业。这种方法多用于管道不能在水面焊接，但又要求保证管道原有的整体性能不改变，或采用其他方法受到限制的情况，以及对管道的附属结构进行维修时。水下湿式维修法就是湿法水下焊接是潜水员在水环境中进行的焊接，水与电弧之间没有任何隔离设施，电弧仅仅依靠焊条在焊接过程中产生的气体以及水汽化形成的气泡来保护，难以保证水下焊接质量。因此采用这类方法难以获得质量良好的焊接接头。
3）用穿插HDPE（高密度聚乙烯）管衬里技术修复。穿插HDPE修复旧管道，就是将适合尺寸的HDPE管经变形缩径后由绞车牵引拉人待修旧管道中，使HDPE管恢复到变形前的尺寸后贴合在旧管的内壁上，从而利用原旧管道外能抗冲击、内能承压力和HDPE管耐腐蚀、耐磨损、长寿命、变形后恢复能力强等特点，形成“管中管”复合结构，使得修复后的管道具备了旧管道和HDPE管的综合特性。
4）采用夹具注胶式堵漏维修。夹具注胶式式堵漏主要部件由定制好的燃气专用空腔夹具、连续加料注射枪、带压力表的手压泵和高压胶管构成。其操作方法是先在管道泄漏处安装好燃气专用空腔夹具，再利用加料注射枪连接高压软管将密封胶注入燃气专用空腔夹具中，一般其加料注射枪的注射压力可达60 MPa，利用注射到夹具中高压密封胶使得夹具和管道严密结合达到封堵泄露的目的。这种方法的优点在于能带压作业。
1.2 修复方案的确定
嘉陵江飞浪子过江管道是重庆市首条过江输气管道，建于1991年，直径426 mm，全长13 km，过江段500 m，河床段150 m。它担负着双碑、北碚、大学城等地区的供气任务，还是整个主城区的后备燃气通道。此次出现漏气的地点位于嘉陵江西岸，由于三峡大坝蓄水至175 m的原因，原本在江岸的管道被淹没在水下，加上原先管道埋深。此时管道距水面至少有9 m的距离。抢险堵漏难度非常大。而且此管线辐射区域广牵扯面积大，盲目的停气抢险会影响大面积的用户。更重要的是在水下的管道一旦停气，江水便会涌入管道内部，给以后的维修使用带来更大的阻碍。考虑到水上焊接法，水下焊接法和用穿插HDPE（高密度聚乙烯）管襯里技术都需要停气才能进行修复，而传统的围堰施工法，不仅工期较长，且量耗资巨大。通过比较，我们确定了采用夹具注胶式堵漏的技术方案。
2 重庆燃气集团嘉陵江飞浪子段过江天然气管线修复案例
2.1 泄漏管道的勘测
泄露险情发生后，公司马上联系到有水下作业经验和资质的重庆海通公司进行开挖找漏作业。我们采用的是高压水枪冲散管道上方的沙土，再利用抽沙设备把泥沙抽走，找到了泄漏点，此时管道距水面的距离足有9米多深。潜水员在水下剥开防腐层发现，管道有数十个泄漏点成蜂窝状排布在管道弯头部位，如图1所示。
图2 泄漏管道的勘测
为了设计和制作出合适的夹具，我们对泄露管道进行了勘测，管道的勘测数据主要包括管道的外径、弯管部分的曲率半径以及管道的壁厚等，如图2所示。
2.2 夹具的设计
勘测完泄漏管道的参数后，我们联系了天津江达扬升公司为我们设计并制作夹具，夹具的设计主要包括材料的选取、夹具壁厚的计算等。
1）夹具材料选择：根据GBT 26468-2011《承压设备带压密封夹具设计规范》材料的选择应该考虑三方面的因素：设计载荷、夹具材料的耐蚀性和可焊性。①设计载荷：按系统温度与按系统压力加修正值为设计压力一起作为设计载荷。设计载荷不应超过金属材料在系统温度作用下的许用应力；②泄漏介质化学性质选择当泄漏介质腐蚀性较强时，应选择耐腐蚀金属材料制作夹具；③材料可焊性的选择碳素钢含碳量应＜0.25%，合金钢碳当量＜0.45％。
综合考量，我们选取的夹具材料是Q235钢板。
2）管道夹具的壁厚S，宜按下式计算：
式中：D—夹具内径，其值为管道外径+2倍空腔高度，mm；
P—夹具的设计压力，其值修正为P=PL+5MPa，MPa；
[σ]t—泄漏介质温度下夹具材料的许用应力，MPa；
φ—焊接接头系数。
夹具最小厚度不宜小于14 mm。
经过计算，我们确定了夹具的壁厚为14 mm。设计好夹具之后，天津江达扬升公司连夜制作好夹具。潜水员再次下水将夹具结实的包附在了弯头泄漏区域，后采用高压注剂枪连接着注胶孔以30 MPa的压力对夹具进行注胶。经过三昼夜的连续注胶，水面气泡的消失宣告着这次水下堵漏工作的成功。
3 有关江底管道维修的建议
3.1 加强管道的定期检测
为确保江底管道安全生产，应参照城镇燃气管道规范，每年两次对在役江底管道系统进行全面检测一次，即每年对20%的管道系统进行检测。对运行10年以上的管道，检测的间隔时间要短。通过检测发现管道存在的各种几何缺陷、腐蚀、裂纹、椭圆变形、弯曲变形、外力损伤等，及时采取维修措施，最大限度地避免管道泄漏事故的发生，同时建立管道检测数据库，进行安全风险评估。
3.2 建立管道维修预案
随着新过江管线的增多，过江管道的数量逐年增多，某些管道的使用年限增长，使用寿命降低。线点多线长、安全风险因素多、大多数事故不可预测，因而抢修具有临时性、突发性、紧迫性、连续作战等特点，尤其是对抢修时间的要求特别严格，要求抢修及时，人员、措施尽快到位。抢修工作效率高。要在较短的时间内安全地完成抢修任务。
4 结束语
重庆是国内较早利用天然气的城市之一，且境内河流众多，有多条过江天然气管网已经超期服役。加之管输介质和管线服役环境的苛刻条件等影响，过江管道泄漏事件的发生将呈逐年上升的趋势，加强对泄漏管道的快速修复的研究，有针对性的制定堵漏方案很有必要。这次过江管道抢险证实，夹具注胶法是一个速度快，修复费用低廉。
参考文献
[1]陈家庆,焦向东,周灿丰,等.水下破损管道维修技术及其相关问题[J].石油矿场机械,2004,33(1):33-37.
[2]刘占户,曾鹏飞,李晓娜.水下管道焊接技术的研究现状及发展趋势[J].电焊机,2006,36(7):1-3.
[3]葛延超,徐效华,解海林,等.用穿插HDPE管衬里技术修复城市埋地燃气旧管道[J].腐蚀与防护,2003,24(1):26-31.