農村地區低壓燃氣管線水堵成因及搶修方法探索

汪建平 張淇

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2012-5640-1426

摘? 要：隨著農村“煤改氣”工程的迅速開展，對提高農村生活質量、改善大氣環境發揮重要作用的同時，安全問題也日益突出，其中農村地區冬季水堵事故是其中一個較為突出的問題，對農村燃氣用戶以及供氣企業造成巨大損失。本文介紹了北京市南部農村“煤改氣”地區低壓燃氣管線水堵狀況，通過分析水堵形成原因，針對其影響范圍大、分散性強、反復發生、治理困難等特點，結合城鎮燃氣埋地管線水堵搶修方法，提出一種適合農村地區低壓燃氣管線水堵的搶修方法——壓縮機排水法，并闡述了該方法的主要內容、工作流程、應用實例和效果。實踐表明，該方法適用于農村地區低壓燃氣管線水堵事故的搶修，有效避免或減少燃氣管線水堵事故的反復發生，可在農村地區水堵事故中推廣應用。

關鍵詞：農村地區? 煤改氣? 燃氣管線? 水堵? 壓縮機排水法

中圖分類號：TU996.8 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）03（c）-0023-04

Exploration of the Causes of Water Blockage and Emergency Repair Methods in Low-pressure Gas Pipelines in Rural Areas

WANG Jianping? ZHANG Qi

（Beijing Gas Group Co.， Ltd.， Beijing， 100035 China）

Abstract： With the rapid development of the rural "Coal to gas" project， while playing an important role in improving the quality of life in rural areas and improving the atmospheric environment， safety issues have also become increasingly prominent. Among them， water blockage accidents in rural areas in winter are one of the more prominent issues ， Causing huge losses to rural gas users and gas supply companies. This article introduces the water blockage of low-pressure gas pipelines in the rural "coal-to-gas" area in southern Beijing. Through analysis of the causes of water blockage， it is based on the characteristics of large impact， strong dispersion， repeated occurrence， and difficult governance， combined with urban gas buried The emergency repair method of pipeline water blockage， a emergency repair method suitable for water blockage of low-pressure gas pipelines in rural areas-compressor drainage method， and the main content， work flow， application examples and effects of the method are described. Practice has shown that this method is suitable for repairing water blockage accidents in low-pressure gas pipelines in rural areas， effectively avoiding or reducing the repeated occurrence of water blockage accidents in gas pipelines， and can be popularized and applied in water blockage accidents in rural areas.

Key Words： Rural areas; Coal to gas; Gas pipeline; Water blockage; Compressor drainage method

燃氣作為城鄉建設的重要基礎設施之一，是能源供應的重要組成部分，對提高人民生活質量、改善大氣環境、改善生活環境起到了重要作用。北京市農村地區“減煤換煤清潔空氣行動”是市委、市政府貫徹落實黨中央、國務院對于首都大氣污染防治工作的重要舉措[1]。《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017—2021年）》要求北方重點城市的農村清潔供暖率2019年達到40%以上、2021年達到60%以上[2]。在政策驅動下，“煤改氣”工程快速開展，僅2017年北京完成了覆蓋 336個村、14.4萬戶的農村“煤改氣”項目，基本實現了大興、房山、通州、豐臺南部四區“無煤化”。但隨著“煤改氣”的大面積實施，用戶的快速發展，管網的不斷延伸，安全問題也日益突出，其中農村地區低壓燃氣管線水堵事故是一個較為突出的問題，它不但會造成大面積停氣，影響用戶的用氣需求，且處理過程慢，還影響燃氣供應企業的形象。在全面落實“接訴即辦”，不斷提升服務品質的工作要求下，已成為供氣企業的服務痛點問題。

據統計，2017—2019年供暖季期間，北京市南部“煤改氣”地區共發生水堵1286次，因農村水堵導致各類維修工單共計600余張，堵點位置多為燃氣表及引入口前管道彎頭處或地形起伏較多的區域。水堵事故對用戶安全、穩定用氣造成困擾，極大增加了燃氣作業人員的作業量;當水或天然氣水合物聚集在調壓箱、閥門等燃氣節流設備處時還會損害燃氣設備設施，造成巨大的經濟損失;且積水或水合物的存在，使天然氣流通面積縮小，造成積水上方壓力減小、流速增大，導致介質流量計量不準確，使計量儀器精度減小[3-5]。因此，如何快速準確地查找水堵原因并及時采取適用方法進行搶修工作，已成為提高農村地區燃氣應急搶修能力、保障農村燃氣安全運行的重要前提，亟需探索方法徹底排凈管線內的積水，從根源上解決水堵事故，提高供氣的安全性和穩定性，降低運營成本，提升服務質量。本文通過對農村地區低壓燃氣管線水堵事故原因進行分析，就農村地區水堵處置方法展開探討，有效解決管線水堵事故，提高搶修工作效率，供同行參考。

1? 水堵形成原因分析

一般埋地燃氣管線水堵主要有以下幾個原因：（1）管道工程建設不合格。由于施工過程保護不足，造成地下水、雨水倒灌入管道，加之試壓時又未做排水處理，通氣后形成水堵[6-7]。（2）施工開挖造成燃氣管道受損，滲入地下水形成水堵。城市建設中，一些施工單位野蠻施工，常常挖斷燃氣管道，當水壓大于氣壓時，極易造成燃氣管道進水[7]。（3）用戶私自安裝壁掛爐或熱水器造成水堵。燃氣壁掛爐或熱水器必須由具有資格證的安裝人員安裝，一些用戶由于缺乏燃氣安全知識，經常私自安裝壁掛爐或熱水器，導致水管與燃氣管接口安裝錯誤，造成自來水流入燃氣管網形成水堵[6-8]。

經調查分析，由于農村“煤改氣”工程量大，工期短，存在雨季施工情況，由于施工過程中保護不足，導致地下水、雨水倒灌入管道，試壓時排水處理又不徹底，使農村低壓燃氣管線聚集大量積水。同時，由于農村地區地質松軟，管道基底壓實度有所欠缺，在運營過程中管道發生不均勻沉降，對于PE管等可變形的柔性材質管道，破壞了其已形成的燃氣管道坡度[9]。管道沿途高低起伏落差較大，在一定范圍內形成存水彎，使管道內各低洼處分散積水，導致出現潛在水堵隱患。初始工況下，積水并未堵塞天然氣輸送，但在輸氣過程中，特別是供暖季期間，隨著下游用氣量的增大，水會隨著氣流逐漸向下游的低洼處運動，當下游水聚集到一定程度后，便形成水堵事故，如圖1所示。在冬季，由于地面以上環境溫度低，低于天然氣水露點，小水珠或水蒸氣隨天然氣輸送過程中，在出地面引入口處易受冷形成天然氣水合物堵塞引入口，也會形成冰堵。

2? 水堵搶修方法及適用性分析

對于城鎮及農村埋地燃氣管線，水堵成因主要包括施工質量缺陷、外力破壞或腐蝕等因素導致管道破損致地下水滲入、以及壁掛爐或熱水器錯誤連接導致燃氣管道注入其他水源三類原因[10]。水源均為外界排入，并非氣質缺陷，對于注入甲醇等抑制劑方法并不適用。其次，城鎮及農村管線管徑小且存在彎頭、三通、變徑，清管器清除積水方法也無法實現。針對城鎮及農村燃氣管線水堵，解決方法主要包括低點打孔排水、凝水缸排水、真空泵排水以及壓縮機排水4種方法：

（1）打孔排水治理水堵主要應用于錯誤連接或管道存在漏點導致其他水源注入所引發的水堵，其特點為：水聚集于一處（即低點處），管道其他位置尚未有水的聚集，通過打孔排水可將水一次性排凈而避免對其他管段產生影響。該方法需要在發生事故后及時挖探坑尋找低點，由于埋地管線高程的復雜性以及管線上方環境的不確定性，在尋找積水點時會存在較大的困難。

（2）當低點處存在凝水缸時，則在凝水缸利用抽水管排出積水。但目前燃氣普遍為天然氣（CH4、C2H6），人工煤氣已逐漸淡出市場，凝水缸作為抽除人工煤氣中水分的燃氣管道配套設施也已不再新建，故凝水缸排水方法使用范圍將逐漸變窄。

（3）利用真空泵或抽水泵排水多用在管線出地面后的引入口處，該方法能用最短的時間暫時性解決水堵問題，恢復用戶用氣，但無法徹底解決隱患，類似停氣事故還會繼續發生。

（4）壓縮機排水法則是在燃氣管道的高點斷管，并設置壓縮機進行氣體加壓，在管線末端引入口設置多個排水口，當壓縮機加到一定壓力時，打開末端引入口排水，多次吹掃，直至引入口無水排出。由于壓縮機排水的過程只有空氣排出，是比較安全的，該方法需要停氣后斷管吹掃，雖耗時較長，但可以一次性排出作業范圍管道內所有積水，對于大范圍、分散性水堵最為有效。

目前新農村低壓燃氣管線普遍使用SDR17.6 的聚乙烯管，管徑主要包括DE63、DE110、DE160、DE200、DE315等，埋地坡度一般為0.003，且農村地區低壓燃氣管線水堵存在影響范圍大、積水點多且分散等特點。壓縮機排水法原理是利用壓縮氣體流動的沖量，將分散在管道內的積水、雜物從管道中排出。排出雜物與積水的效率與壓縮氣體密度、氣體流速、吹掃時間、管長、管徑及坡度相關，當管道內吹掃氣體密度降低、流量增大、流速提高、管徑減小、坡度越小時，排水效率提高[11-12]。吹掃時，出口（排水口）壓力為大氣壓，當吹掃前管道內壓力提高時，壓差增大會使氣體加速流動，從而提高吹掃氣體流速，提高排水效率。因此，當吹掃氣體、燃氣管道及壓縮機規格確定后，提高排水效率需加快吹掃氣體流速，即提高吹掃前管道內壓力。根據《城鎮燃氣輸配工程施工及驗收規范》規范，該材質PE管投產通氣前強度試驗壓力為0.2MPa[13]，吹掃壓力不得超過管道強度試驗壓力[7]，因此最佳吹掃壓力為0.2MPa。

綜上所述，選用壓縮機排水法對農村地區低壓燃氣管線水堵搶修處理，當吹掃壓力為0.2MPa時，水堵搶修效率最高、效果最優，可一次性徹底消除水堵問題。

3? 農村地區水堵搶修實例及成效

基于水堵搶修方法適用性分析，選取南六環外水堵事故較為嚴重的梨園村、車站村、賀北村和西麻各莊村四座村莊，開展壓縮機排水法水堵搶修作業。本文以車站村低壓燃氣管線水堵情況（見圖1）及其搶修作業為例說明。

2017—2019年供暖季期間，北京市大興區魏善莊鎮車站村反復出現多戶無氣現象，無氣用戶均在同一條街道上。經核實，該村氣源為液化天然氣（LNG）點供站，2017年驗收通氣，查詢GIS圖檔系統，無氣用戶氣源管線為一條東西向DE315的聚乙烯管主線，各引入口為南北向DE63的聚乙烯管支線，主管線上游端為高點，東西長度約為203m，下游帶12個引入口、新農村用戶25戶。經在低壓閘放散口及其他街道引入口檢測壓力均正常，推斷為該條街道燃氣管線低洼處水堵阻斷燃氣輸送。采取入戶檢查等措施后，排除了因用戶私自安裝壁掛爐或熱水器造成水堵的可能性。因此，判定水堵極有可能為施工時保護不足導致雨水進入管道，隨著供暖季用氣量增大，天然氣攜帶積水聚集至下游低洼處所致。期間，曾多次在引入口處利用抽水泵排水，該方法雖可暫時排出引入口處積水或水合物，但隨燃氣的持續輸送，管道中積水會再次吹掃至引入口處，導致反復發生水堵。為徹底消除該村水堵問題，根據現場實際情況，采用壓縮機排水法搶修水堵作業，作業示意圖如圖2所示。在圖2中的c位置處開挖、斷管、觀測壓力、吹掃;在f位置處進行放散、排水;在u位置處觀測壓力。在圖2中c處利用PE管封堵機下堵，封堵完成后在引入口f處將下游壓力降為零，完成斷管作業，并在斷管處焊接三通及端帽，搶修現場如圖3所示。應急作業人員關閉下游12個引入口防塵球閥，并關閉燃氣表前后閥門，將燃氣表拆除，防止壓力損壞燃氣表。利用空氣壓縮機在斷管三通處對管道進行打壓，壓力設定在0.2MPa，待吹掃管段升壓至0.2MPa后，穩壓5min，打開最東側末端引入口防塵球閥放散口排水，使用壓縮機繼續加壓吹掃。吹掃初期，大量水由放散排水口排出，37min后末端放散口無水排出，依次打開其余11個引入口防塵球閥放散口，每個放散口均有大量水排出，放散口排水現場如4所示。均無水排出后停止吹掃，進行嚴密度試驗，試驗合格后，去除端帽三通后與上游管線利用套袖電熔焊接。打開封堵機堵板，在下游引入口進行燃氣置換，置換刷漏合格后對下游25戶用戶進行復氣作業。

搶修后對下游25戶新農村用戶用氣情況持續關注，該村采用壓縮機排水前發生水堵事故120余次，搶修作業后一個月內無水堵事故發生，壓縮機排水搶修作業取得良好的效果。結合此次搶修作業經驗，對南六環外水堵頻發的另外3個農村低壓管線采用壓縮機排水法進行搶修，搶修后均無水堵事故發生，極大增加了新農村用戶使用燃氣的安全性和穩定性，將農村燃氣服務由“接訴即辦”轉變為“未訴先辦”，有效提升了服務品質和服務質量。

4? 結語

燃氣管線水堵是影響用戶安全、穩定使用燃氣的常見事故，不但會造成大面積停氣，影響用戶使用，且搶修起來極為復雜，難以準確找出水堵點，施工需要多處開挖，給供氣企業造成很大的財力和物力損失，因此水堵的預防和徹底消除尤為重要。農村“煤改氣”地區因施工過程管控問題，存在大規模的水堵隱患，并頻繁導致下游用戶停氣，采取一般水堵處置辦法無法有效根治水堵。經理論分析與實踐探索，壓縮機排水法有效解決了北京市南六環外四座新農村水堵問題，取得顯著的效果。與其他方法比較，該方法廉價且安全性高，只需開挖一個作業坑即可根治水堵，不僅減少了治理水堵時的土方開挖工作量，降低了搶修成本和風險，還能起到一次性根治水堵的效果，提高了工作效率。經實踐證明，該方法對于農村地區大范圍分散性的水堵是最有效的，可在全市乃至全國范圍內所有“煤改氣”地區大面積推廣，保障農村地區燃氣安全穩定運營。

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