城市燃气入户管高温自切断阀门研究

北京市燃气集团有限责任公司 邢琳琳 高佳伟 中国国际工程咨询有限公司 张继龙



城市燃气入户管高温自切断阀门研究

北京市燃气集团有限责任公司 邢琳琳 高佳伟 中国国际工程咨询有限公司 张继龙

针对北京燃气入户管现状和安全管理需求，通过对北京市区域低压燃气入户管的引入口阀门类型及应用现状的分析，优化了引入口阀门的防腐涂层及防盗锁闭结构。并提出了一种遇高温可实现自切断的小区引入口阀门，实现了小区入户管遇火灾时内外管网的及时切断，为城市小区居民安全用气及低压燃气管网安全运行提供了有力保障。

城市燃气 引入口阀门 高温自切断 安全运行

0 引言

燃气管网是城市的“生命线”，事关人民生命财产安全、能源供给安全。随着城市规模的迅速扩大，城市天然气管线的长度和覆盖范围也迅猛地增加。自1987年以来，北京地区的天然气管网规模不断扩大，目前管网长度已超2.1万km，其中有部分管道服役年限已近30年，城市天然气管道及场站管道受到腐蚀、第三方破坏等各类因素引起的泄漏事件日益增加。比如，杭州市燃气引入管中95%存在腐蚀现象，70%存在中度及以上腐蚀现象(杨国华等《杭州市引入管腐蚀原因调查及应对措施》)。港华燃气2009年~2011年的泄漏统计数据表明地下燃气管道泄漏事件中有56%发生在燃气引入管(谈虹《燃气引入管泄漏原因分析及应对措施探讨》)。

燃气管道的引入管外线和户内线均采取一定的安全防护措施，但是目前国内大部分燃气管在户内管和外线联接点的引入口处仍存在薄弱环节。据统计北京地区低压燃气管引入口超过40万个，因离燃气用户最近，一旦漏气，将会发生严重的安全事故。

燃气泄漏时如何在最短时间内切断户内和户外的燃气输送线路，避免更大的安全事故，对燃气管道引入口阀门的管理提出了更高的要求。

本文对现有引入口管理现状进行深入分析，提出了一种具有高温感应自熔断功能的引入口立管阀，并从结构、防护涂层、管理等方面提出优化改进措施，为燃气户内管和外管联接点的薄弱环节提供新的技术途径和支撑。

1 城市燃气引入口现状分析

根据北京燃气入户管现状和安全管理需求，对北京立管阀应用现状进行调研，深入分析后发现北京地区城市燃气输配系统中引入口立管阀的类型及阀门控制方式如下：

(1)燃气引入口立管上所使用的阀门主要为普通铸钢球阀、铜球阀或者闸阀，这些阀门的防腐涂层普遍采用普通防锈漆，一般在运输及安装过程中极容易产生涂层破损，造成立管阀体腐蚀加速，影响其正常使用。

(2)燃气引入口立管阀安装时已将阀门操作杆连接在阀门开关处，这样无论是专业人员还是普通居民都能实现对阀门的操作。若非专业人员误操作使燃气停输，会造成居民用气纠纷，严重时会带来燃气安全事故。

2 引入口立管阀优化及高温自切断阀门研究

2.1 引入口立管阀防腐涂层优化

目前北京市燃气引入口立管阀的防腐涂层普遍为普通聚氨酯防腐漆(见图1)。这种涂层是通过粉刷的方式涂于阀门表面，耐磨性、粘结性等都不好，在搬运和安装过程中经常因为碰撞而引起涂层剥落，造成阀门上的涂层破损点。后期使用过程中，若雨水进入阀门保护箱，阀门上涂层剥落部分会最先锈蚀，给阀门及燃气入户管其他部位带来了较高的腐蚀漏气风险。

图1 普通聚氨酯防腐漆涂层

为了增强阀门涂层的防腐性能，通过对多种涂层类型的调研和对比分析(见表1)，最终确定了最适用于北京燃气入户管引入口立管阀的阀体材料及防腐涂层类型(见图2)，阀门壳体材料选用铸钢WCB，外防腐涂层采用阴极电泳氨基甲酸酯涂料，对阀门内外及控制端口的异性面都能起到良好的防腐蚀作用，有效防止阀门在使用环境下产生氧化及锈蚀现象，且该涂层较普通防腐涂层耐磕碰，避免了搬运及安装过程中产生的破坏，延长了阀门使用寿命。

表1 阀门涂层类型调研和对比分析

图2 阴极电泳氨基甲酸酯涂料防腐涂层

2.2 引入口立管阀结构优化

针对目前燃气引入口立管阀的阀门操作杆在安装过程中已经连接在阀门开关处的问题，为避免普通居民及其他非专业人员对阀门的误操作导致的燃气停输、燃气泄漏等安全隐患，对引入口立管阀的结构进行优化，具体体现在以下三个方面：

2.2.1 密封结构

阀门的阀座采用组合式结构，分为外阀座与内阀座两个部分。外阀座采用的是高抗压强度的聚合材料NBR，内阀座采用PTEE材质。在蝶形弹簧作用下外阀座与球体、内阀座与球体、内阀座与副阀体形成密封。燃气管道中或多或少存在着杂质，内阀座具有密封的作用，还能起到拦截杂质的作用，使杂质无法侵入到外阀座中，从而保护外阀座不受杂质破坏，能有效地实施密封。阀体上设置了金属密封面，一旦失火阀座被烧毁后，球体在蝶形弹簧的作用下与阀体金属密封面形成封闭。

2.2.2 防盗用操作结构

在阀门的操作端口采用特殊的水滴形状启闭结构(见图4)，若想对阀门实现开闭，需配合专用的手柄进行操作，防止非专业人员随意操作阀门带来燃气运输中不必要的纠纷及安全隐患，阀门顶部设置的防腐盖可阻挡雨水等杂物，对阀门起到很好的保护作用。

图4 燃气入户管立管阀特殊操作端口结构

2.2.3 低操作扭矩

阀门采用特殊设计的带环形放射状的开槽蝶形弹簧及阀座结构，弹簧只需提供较小的密封力就可形成密封，因此启闭扭矩极低。且阀杆采用倒装式阀杆，可以防止被阀腔内压吹出，避免安全隐患。阀门内部采用两道自紧式O形圈保证了阀杆密封。

2.3 高温自切断阀门的研究

通过对现有引入口阀门及其管理模式的现状分析可知，目前使用的引入口阀门都只能在人工操作时才能关闭。若发生火灾，工作人员无法近身进行阀门关闭，则可能造成火势扩大从而引发其他次生灾害和人员伤亡。本文根据北京燃气管道安全管理的实际需求，开发了一种具有高温感应自切断功能的引入口阀门。该阀门能够在管道达到一定温度时，通过内部熔断结构将阀门自动关闭，阻隔入户管与楼前管之间的燃气疏通，避免火灾环境中燃气泄漏引发次生灾害所带来的损失，避免火势扩大蔓延导致更大事故发生，为燃气安全运行提供了保障。

高温自切断装置结构如图5所示。

1——壳体 2——转轴 3——截锥涡卷弹簧 4——热敏材料 5——阀杆连接器 6——连接螺钉 7——阀体 8——定位凸起装置 9——阀杆

对高温自切断装置进行样机加工和现场应用(如图6所示)，并进行温度性能测试，实验证明，在温度达到70~80°C时，熔断装置中的热敏材料会发生自熔，涡卷弹簧的扭矩得到释放，带动阀杆实现引入口立管阀的自关闭。

图6 高温自切断功能阀及现场应用

3 结语

通过对北京市小区低压燃气管道引入口阀门类型、管理方式等的调研，总结了目前使用的阀门种类及管理模式。另通过对阀门使用现状的分析，提出了一种具有更优结构、更好性能的引入口立管阀，实现了入户管控制装置的优化。并开发了一种具有高温感应自切断功能的引入口立管阀，提高了燃气入户管的安全性，降低了燃气发生火灾时可能会产生的次生灾害风险。

Study on High Temperature Self Shut-off Valve for Urban Gas Pipeline

Beijing Gas Group CO., Ltd. Xing Linlin Gao Jiawei China International Engineering Consulting CO., Ltd. Zhang Jilong

According to the present situation and safety management requirement of Beijing gas inlet pipe, through the analysis of inlet valve type and application status of Beijing low-pressure gas inlet pipe, the anticorrosive coating and anti-theft locking structure of inlet valve are optimized. A self-cutting inlet valve with high temperature is proposed, and the inner and outer pipe networks are cut off in time when the inlet pipe meets fire, which provides a powerful guarantee for the safe use of gas and the safe operation of low-pressure gas pipeline networks in urban residential areas.

urban gas, inlet valve, high temperature self-cutting, safe operation