农村地区低压燃气管线水堵成因及抢修方法探索

汪建平 张淇

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

摘  要：随着农村“煤改气”工程的迅速开展，对提高农村生活质量、改善大气环境发挥重要作用的同时，安全问题也日益突出，其中农村地区冬季水堵事故是其中一个较为突出的问题，对农村燃气用户以及供气企业造成巨大损失。本文介绍了北京市南部农村“煤改气”地区低压燃气管线水堵状况，通过分析水堵形成原因，针对其影响范围大、分散性强、反复发生、治理困难等特点，结合城镇燃气埋地管线水堵抢修方法，提出一种适合农村地区低压燃气管线水堵的抢修方法——压缩机排水法，并阐述了该方法的主要内容、工作流程、应用实例和效果。实践表明，该方法适用于农村地区低压燃气管线水堵事故的抢修，有效避免或减少燃气管线水堵事故的反复发生，可在农村地区水堵事故中推广应用。

关键词：农村地区  煤改气  燃气管线  水堵  压缩机排水法

中图分类号：TU996.8          文献标识码：A                   文章编号：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

燃气作为城乡建设的重要基础设施之一，是能源供应的重要组成部分，对提高人民生活质量、改善大气环境、改善生活环境起到了重要作用。北京市農村地区“减煤换煤清洁空气行动”是市委、市政府贯彻落实党中央、国务院对于首都大气污染防治工作的重要举措[1]。《北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021年）》要求北方重点城市的农村清洁供暖率2019年达到40%以上、2021年达到60%以上[2]。在政策驱动下，“煤改气”工程快速开展，仅2017年北京完成了覆盖 336个村、14.4万户的农村“煤改气”项目，基本实现了大兴、房山、通州、丰台南部四区“无煤化”。但随着“煤改气”的大面积实施，用户的快速发展，管网的不断延伸，安全问题也日益突出，其中农村地区低压燃气管线水堵事故是一个较为突出的问题，它不但会造成大面积停气，影响用户的用气需求，且处理过程慢，还影响燃气供应企业的形象。在全面落实“接诉即办”，不断提升服务品质的工作要求下，已成为供气企业的服务痛点问题。

据统计，2017—2019年供暖季期间，北京市南部“煤改气”地区共发生水堵1286次，因农村水堵导致各类维修工单共计600余张，堵点位置多为燃气表及引入口前管道弯头处或地形起伏较多的区域。水堵事故对用户安全、稳定用气造成困扰，极大增加了燃气作业人员的作业量;当水或天然气水合物聚集在调压箱、阀门等燃气节流设备处时还会损害燃气设备设施，造成巨大的经济损失;且积水或水合物的存在，使天然气流通面积缩小，造成积水上方压力减小、流速增大，导致介质流量计量不准确，使计量仪器精度减小[3-5]。因此，如何快速准确地查找水堵原因并及时采取适用方法进行抢修工作，已成为提高农村地区燃气应急抢修能力、保障农村燃气安全运行的重要前提，亟需探索方法彻底排净管线内的积水，从根源上解决水堵事故，提高供气的安全性和稳定性，降低运营成本，提升服务质量。本文通过对农村地区低压燃气管线水堵事故原因进行分析，就农村地区水堵处置方法展开探讨，有效解决管线水堵事故，提高抢修工作效率，供同行参考。

1  水堵形成原因分析

一般埋地燃气管线水堵主要有以下几个原因：（1）管道工程建设不合格。由于施工过程保护不足，造成地下水、雨水倒灌入管道，加之试压时又未做排水处理，通气后形成水堵[6-7]。（2）施工开挖造成燃气管道受损，渗入地下水形成水堵。城市建设中，一些施工单位野蛮施工，常常挖断燃气管道，当水压大于气压时，极易造成燃气管道进水[7]。（3）用户私自安装壁挂炉或热水器造成水堵。燃气壁挂炉或热水器必须由具有资格证的安装人员安装，一些用户由于缺乏燃气安全知识，经常私自安装壁挂炉或热水器，导致水管与燃气管接口安装错误，造成自来水流入燃气管网形成水堵[6-8]。

经调查分析，由于农村“煤改气”工程量大，工期短，存在雨季施工情况，由于施工过程中保护不足，导致地下水、雨水倒灌入管道，试压时排水处理又不彻底，使农村低压燃气管线聚集大量积水。同时，由于农村地区地质松软，管道基底压实度有所欠缺，在运营过程中管道发生不均匀沉降，对于PE管等可变形的柔性材质管道，破坏了其已形成的燃气管道坡度[9]。管道沿途高低起伏落差较大，在一定范围内形成存水弯，使管道内各低洼处分散积水，导致出现潜在水堵隐患。初始工况下，积水并未堵塞天然气输送，但在输气过程中，特别是供暖季期间，随着下游用气量的增大，水会随着气流逐渐向下游的低洼处运动，当下游水聚集到一定程度后，便形成水堵事故，如图1所示。在冬季，由于地面以上环境温度低，低于天然气水露点，小水珠或水蒸气随天然气输送过程中，在出地面引入口处易受冷形成天然气水合物堵塞引入口，也会形成冰堵。

2  水堵抢修方法及适用性分析

对于城镇及农村埋地燃气管线，水堵成因主要包括施工质量缺陷、外力破坏或腐蚀等因素导致管道破损致地下水渗入、以及壁挂炉或热水器错误连接导致燃气管道注入其他水源三类原因[10]。水源均为外界排入，并非气质缺陷，对于注入甲醇等抑制剂方法并不适用。其次，城镇及农村管线管径小且存在弯头、三通、变径，清管器清除积水方法也無法实现。针对城镇及农村燃气管线水堵，解决方法主要包括低点打孔排水、凝水缸排水、真空泵排水以及压缩机排水4种方法：

（1）打孔排水治理水堵主要应用于错误连接或管道存在漏点导致其他水源注入所引发的水堵，其特点为：水聚集于一处（即低点处），管道其他位置尚未有水的聚集，通过打孔排水可将水一次性排净而避免对其他管段产生影响。该方法需要在发生事故后及时挖探坑寻找低点，由于埋地管线高程的复杂性以及管线上方环境的不确定性，在寻找积水点时会存在较大的困难。

（2）当低点处存在凝水缸时，则在凝水缸利用抽水管排出积水。但目前燃气普遍为天然气（CH4、C2H6），人工煤气已逐渐淡出市场，凝水缸作为抽除人工煤气中水分的燃气管道配套设施也已不再新建，故凝水缸排水方法使用范围将逐渐变窄。

（3）利用真空泵或抽水泵排水多用在管线出地面后的引入口处，该方法能用最短的时间暂时性解决水堵问题，恢复用户用气，但无法彻底解决隐患，类似停气事故还会继续发生。

（4）压缩机排水法则是在燃气管道的高点断管，并设置压缩机进行气体加压，在管线末端引入口设置多个排水口，当压缩机加到一定压力时，打开末端引入口排水，多次吹扫，直至引入口无水排出。由于压缩机排水的过程只有空气排出，是比较安全的，该方法需要停气后断管吹扫，虽耗时较长，但可以一次性排出作业范围管道内所有积水，对于大范围、分散性水堵最为有效。

目前新农村低压燃气管线普遍使用SDR17.6 的聚乙烯管，管径主要包括DE63、DE110、DE160、DE200、DE315等，埋地坡度一般为0.003，且农村地区低压燃气管线水堵存在影响范围大、积水点多且分散等特点。压缩机排水法原理是利用压缩气体流动的冲量，将分散在管道内的积水、杂物从管道中排出。排出杂物与积水的效率与压缩气体密度、气体流速、吹扫时间、管长、管径及坡度相关，当管道内吹扫气体密度降低、流量增大、流速提高、管径减小、坡度越小时，排水效率提高[11-12]。吹扫时，出口（排水口）压力为大气压，当吹扫前管道内压力提高时，压差增大会使气体加速流动，从而提高吹扫气体流速，提高排水效率。因此，当吹扫气体、燃气管道及压缩机规格确定后，提高排水效率需加快吹扫气体流速，即提高吹扫前管道内压力。根据《城镇燃气输配工程施工及验收规范》规范，该材质PE管投产通气前强度试验压力为0.2MPa[13]，吹扫压力不得超过管道强度试验压力[7]，因此最佳吹扫压力为0.2MPa。

综上所述，选用压缩机排水法对农村地区低压燃气管线水堵抢修处理，当吹扫压力为0.2MPa时，水堵抢修效率最高、效果最优，可一次性彻底消除水堵问题。

3  农村地区水堵抢修实例及成效

基于水堵抢修方法适用性分析，选取南六环外水堵事故较为严重的梨园村、车站村、贺北村和西麻各庄村四座村庄，开展压缩机排水法水堵抢修作业。本文以车站村低压燃气管线水堵情况（见图1）及其抢修作业为例说明。

2017—2019年供暖季期间，北京市大兴区魏善庄镇车站村反复出现多户无气现象，无气用户均在同一条街道上。经核实，该村气源为液化天然气（LNG）点供站，2017年验收通气，查询GIS图档系统，无气用户气源管线为一条东西向DE315的聚乙烯管主线，各引入口为南北向DE63的聚乙烯管支线，主管线上游端为高点，东西长度约为203m，下游带12个引入口、新农村用户25户。经在低压闸放散口及其他街道引入口检测压力均正常，推断为该条街道燃气管线低洼处水堵阻断燃气输送。采取入户检查等措施后，排除了因用户私自安装壁挂炉或热水器造成水堵的可能性。因此，判定水堵极有可能为施工时保护不足导致雨水进入管道，随着供暖季用气量增大，天然气携带积水聚集至下游低洼处所致。期间，曾多次在引入口处利用抽水泵排水，该方法虽可暂时排出引入口处积水或水合物，但随燃气的持续输送，管道中积水会再次吹扫至引入口处，导致反复发生水堵。为彻底消除该村水堵问题，根据现场实际情况，采用压缩机排水法抢修水堵作业，作业示意图如图2所示。在图2中的c位置处开挖、断管、观测压力、吹扫;在f位置处进行放散、排水;在u位置处观测压力。在图2中c处利用PE管封堵机下堵，封堵完成后在引入口f处将下游压力降为零，完成断管作业，并在断管处焊接三通及端帽，抢修现场如图3所示。应急作业人员关闭下游12个引入口防尘球阀，并关闭燃气表前后阀门，将燃气表拆除，防止压力损坏燃气表。利用空气压缩机在断管三通处对管道进行打压，压力设定在0.2MPa，待吹扫管段升压至0.2MPa后，稳压5min，打开最东侧末端引入口防尘球阀放散口排水，使用压缩机继续加压吹扫。吹扫初期，大量水由放散排水口排出，37min后末端放散口无水排出，依次打开其余11个引入口防尘球阀放散口，每个放散口均有大量水排出，放散口排水现场如4所示。均无水排出后停止吹扫，进行严密度试验，试验合格后，去除端帽三通后与上游管线利用套袖电熔焊接。打开封堵机堵板，在下游引入口进行燃气置换，置换刷漏合格后对下游25户用户进行复气作业。

抢修后对下游25户新农村用户用气情况持续关注，该村采用压缩机排水前发生水堵事故120余次，抢修作业后一个月内无水堵事故发生，压缩机排水抢修作业取得良好的效果。结合此次抢修作业经验，对南六环外水堵频发的另外3个农村低压管线采用压缩机排水法进行抢修，抢修后均无水堵事故发生，极大增加了新农村用户使用燃气的安全性和稳定性，将农村燃气服务由“接诉即办”转变为“未诉先办”，有效提升了服务品质和服务质量。

4  结语

燃气管线水堵是影响用户安全、稳定使用燃气的常见事故，不但会造成大面积停气，影响用户使用，且抢修起来极为复杂，难以准确找出水堵點，施工需要多处开挖，给供气企业造成很大的财力和物力损失，因此水堵的预防和彻底消除尤为重要。农村“煤改气”地区因施工过程管控问题，存在大规模的水堵隐患，并频繁导致下游用户停气，采取一般水堵处置办法无法有效根治水堵。经理论分析与实践探索，压缩机排水法有效解决了北京市南六环外四座新农村水堵问题，取得显著的效果。与其他方法比较，该方法廉价且安全性高，只需开挖一个作业坑即可根治水堵，不仅减少了治理水堵时的土方开挖工作量，降低了抢修成本和风险，还能起到一次性根治水堵的效果，提高了工作效率。经实践证明，该方法对于农村地区大范围分散性的水堵是最有效的，可在全市乃至全国范围内所有“煤改气”地区大面积推广，保障农村地区燃气安全稳定运营。

参考文献

[1] 刘江涛，高慧明，刘建伟，等.北京农村“煤改气”燃气供应相关技术研究[J].煤气与热力，2016（9）：27-32.

[2] 北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021年）（发改能源〔2017〕2100号）[Z].

[3] 陈丙军.天然气管道冰堵原因与解堵方法探析[J].当代化工研究，2017（6）：4-5.

[4] 李健，广芮妤，冯永超.天然气管道冰堵原因分析及解堵方法研究[J].中国石油和化工标准与质量，2019（23）：149-150.

[5] 宋波凯.基于压力波法的天然气管道堵塞检测方法研究[D].荆州：长江大学，2019.

[6] 殷振华.解决城市燃气管网水堵问题的探讨[J].山西建筑，2009（31）：193.

[7] 沈震林，李全堂，董静.浅析如何降低燃气管网水堵事故[J].中国石油和化工标准与质量，2013（7）：86.

[8] 姚舜.燃气管道水堵事件调查分析和解决办法[J].广东化工，2020（6）：115-116，129.

[9] 陈志磊.地基沉陷引起地下PE管道变形破坏的试验与分析[D].太原：太原理工大学，2013.

[10] 张斌，戚旭杰，陈小洲.天然气管道水堵成因及处置方法的探讨[J].煤气与热力，2018（9）：1228-1236.

[11] 王国栋，王春升，张明，等.基于OLGA瞬态模拟的凝析气管道积液影响因素分析[J].油气田地面工程，2017（4）：14-17.

[12] 孙媛媛.复杂地表条件下天然气集输管线积液规律研究[D].青岛：中国石油大学（华东），2010.

[13] 城镇燃气输配工程施工及验收规范.CJJ 33-2005.