在线堵漏、带压开孔技术的分析与应用

苏日鹏 ,杨岳 ,赖祥康

摘  要  无论是泄漏处理还是开孔作业，将生产线设备停机再检修处理的维修成本过高，介质泄漏的处理、开孔作业改造具有时限性，关键部位未能及时处理直接影响安全生产。对广西钢铁集团有限公司炼铁厂设备设施在线堵漏、带压开孔进行了分析,认为根据设备设施的实际结构采取针对性的在线堵漏或带压开孔方法是保障成功的基础。为此进行了综合性的分析总结，并提出了新的在线堵漏、带压开孔技术改进措施，提高封堵及开孔的可靠性。

关键词 在线堵漏  封堵  带压开孔 

1  引言

高炉系统生产冶炼过程中，高炉炉壳、工业管道、设备设施本体及密封结构都有可能出现介质泄漏的现象，高炉本体炉况检查维护、工业管道改造大多涉及开孔作业；高炉系统介质泄露的设备设施类型主要归结为：工业管道本体、设备设施法兰密封件、高炉本体炉壳、风口大中套接触面。带压开孔主要面向工业管道改造。在线堵漏与带压开孔技术的工业应用已较为成熟，但针对不同的承载介质、施工部位结构特征、密封材料、施工工具、操作技能，施工处理时长与质保期差异性明显。经多次现场处理验证，分析总结了原因，并提出了改进措施。

2  在线堵漏技术

首先是泄漏部位现场勘测，记录泄漏介质的化学参数、物理参数，按照介质特性、泄漏部位的结构特点，选择合适的施工工具及密封材料。广西钢铁炼铁厂生产冶炼产生的介质为高炉煤气，其参数如下：

炉顶煤气发生量	595000Nm3/h~665000Nm3/h
炉顶煤气压力	0.25~0.28MPa（G）
炉顶煤气温度	100~260℃
高炉煤气主成分	主要成分为CO、CO2、N2、H2等，煤气成分 CO占20%~30%；H2占1%~5%；热值（标态）为3000~3800kj/m
含尘量	煤气含尘质量浓度（标态） 荒煤气可达30g/Nm3，携带灼热铁、渣尘粒； 重力除尘器出口半净煤气含尘量≤10g/Nm3 经布袋除尘净化后含尘量≤3mg/Nm3

2.1日常维护中常使用的是调整消除泄漏，采用调整紧固件预紧力，或者是调整零部件相对位置。

2.2常用捻缝：专用捻缝工具挤压泄漏点周围金属本体而堵住泄漏，适用于合金钢、碳素钢及碳素钢焊缝，不适用于铸铁、合金钢焊缝等硬脆材料以及腐蚀严重而壁薄的本体。捻缝完成后补强材料固化效果更佳。

2.3夹具结构密封：按结构形式可分为盒式夹具和法兰夹具。夹具结构的设计以现场实际测量泄漏部位数据为加工基础，常用材料为Q235，高温或强腐蚀介质选用0Cr18Ni9，低温用16MnDR或0Cr18Ni9。夹具严禁对泄漏点形成拉应力。夹具通过注剂孔注入密封注剂，且夹具与泄漏部位的接触间隙必须满足密封比压的要求。

2.4密封注剂：分为热固化型和非热固化型，一般为棒状固体。具备优良的注射工艺性能及使用温度，且固化时间一般在15至30min。

2.5堵漏技术形式已呈现多样化发展趋势，以上仅为例举的几种，另外还有塞楔敲入孔洞内堵漏、螺塞攻丝堵漏等。

3  带压开孔技术

管道带压开孔是指在密闭状态下 ，以机械切削方式在运行管道上加工出圆形孔的一种作业技术。勘察现场后作参数记录，并画好开孔点位；焊接开孔用短节以及筋板，开孔点位距离短节第一片法兰的距离约为150mm，选取的配套阀门内腔应无阶梯，一般用闸阀。安装好开孔设备后，向开孔结合器、开孔短节及阀门形成的密封空腔内冲入氮气，并保证密封空腔的压力控制在管线运行压力的1.1倍以内，关闭氮气源阀门，保压15~60分钟。中心钻钻尖到达管顶，记录开孔位置，按计算好的开孔切削行程进行开孔。

4  高炉系统在线堵漏、带压开孔的缺陷分析

理论上工业管道的在线堵漏、带压开孔技术已经成熟，但冶金行业中高炉的生产工艺及设备具有独特性，不足之处是：

4.1荒煤气管道焊缝位置一旦泄漏受热应力及冲刷影响，焊缝开裂处可能出现错口，间隙一般＞2mm，粗煤气经Ф2200上升管汇入Ф5500五通球缓冲，再经Ф3400下降管至重力除尘器，荒煤气含尘量可达30g/Nm3，携带灼热铁、渣尘粒，基本为高处作业，一般的捻缝处理有难度。

4.2高炉风口大中套接触面在线堵漏有难点，风口大套材质为ZG20Mn，中套材质Cu含量≥99%，该处接触面依据中套的Ф800-Ф790头部的铜环紧贴大套，该处接触面无密封件，生产时热胀密封。风口大套结构中布有4件中套压紧座，配套螺栓紧固，顶紧中套生产时的外移位。难点在于空间狭小，该处泄漏往往伴随着中套的外移位，在线处理的情况下，捻缝专用的风镐钎头等工具很难斜着施工。

4.3大型设备法兰中分面泄漏点在线将漏点堵住后，气流压力沿着中分面扩散，在最薄弱处往往出现新的漏点。

4.4带压开孔切削完成后，中心钻取出本体圆形板材时可能受介质填充震动冲击的影响，圆形板脱落被介质流动带走，可能存在堵塞影响介质输送。

5  施工工艺的改进

根据以上分析和现场处理实践，施工工艺针对性改进如下：

5.1荒煤气管道焊缝开裂如出现错口，气流往往贴合管壁射出，含尘的荒煤气具有冲刷性，按平常的捻缝难以处理，堵漏的关键在于形成新的密闭空腔封堵介质。搭建好作业平台，针对施工条件佩戴安全带、使用长管呼吸器作业，直接捻缝改为分步实施，先利用一股缠绕铜丝捻塞入错口处，该股铜丝形状具有头大尾小的特征，头部刚好卡入错口内部，或者根据错口部位形状加工合适的塞楔材料，否则极易被冲出。反复捻塞或塞楔以减小介质泄漏量，再逐步捻缝。高炉生产工艺作操作上的配合，使用煤气检测报警仪实时检测泄漏量，直至具备动火条件加焊筋板补强。

5.2风口大中套接触面密封良好的根本在于安装时的配合尺寸，接触密封面方向一可考虑使用热喷涂材料或者耐高温新型注剂；方向二在于考虑改进在线捻缝专用的风镐钎头，使其具有操作便利性。目前成功实施的1号高炉7#风口大中套接触面，改进了施工操作方位，配合使用耐蚀快速补强组件材料捻缝，封堵时间达6个月。

5.3大型设备法兰中分面泄漏原因大多在于密封材料受温度、压力等影响失效，预紧力不平衡，从而导致介质泄漏。前期堵漏仅考虑泄漏部位，没有从整个法兰中分面分析，在堵漏前测量法兰间隙是有必要的，整圈法兰面均匀测量记录数据，分析得出可能出现的新泄漏点，提前预判堵漏施工，以减少反复。

5.4刀具切削作业前增加计算即将被切削出的圆形板重量，按管系公称直径DN、厚度d、材质密度ρ、开孔大小D，按数据采取针对性预防措施。改进带压开孔中心钻：延长中心钻作业深度，必须钻透开孔圆形板材；中心钻增加卡销结构，卡销结构位于圆形板背面钩住支撑，用以稳固圆形板。不管介质如何填充、管系如何震动冲击都不受影响。带压开孔设备如图示：

图1  带压开孔设备图示

5  结语

在分析总结高炉系统在线堵漏、带压开孔的不足缺陷和采取改进措施后，提高了封堵及开孔的可靠性。目前累计实施28项在线堵漏，实施完成后泄漏部位可靠封堵，符合预期的质保期，对于高炉安全生产以及煤气治理是有成效的。带压开孔累计实施12项，开孔完成后均无泄漏及异常。对比生产线设备停机检修处理成本，在线堵漏和带压开孔以检修综合单价结算的费用占比很小。改进的考虑方向及长期效果还有待实践检验。

参考文献

[1] HGT 20201-2007 《带压密封技术规范》