天然气管道防爆断管器开发与应用

天然气管道防爆断管器开发与应用

周涛1

（1. 武汉誉城千里建工有限公司，湖北武汉 430000；）

摘 要：天然气管道断管器是一种针对聚乙烯天然气管道（PE管）维护、接驳施工用设备，其性能直接关系到天然气管道施工、维护的安全和可靠性。本研究针对现有断管设备的局限性，开展了防爆断管器的开发与应用研究。本文首先分析了当前天然气管道施工中断管工序的安全隐患和场景局限，强调了开发防爆断管器的重要性。然后，利用数值模拟和实验验证相结合的方式，探究了断管器在现场适用性、安全性、便捷性、稳定性方面的性能特点，并提出了一种新型的设计方案。通过大量的实验测试，本研究成功开发出了一种具有高广泛适用性、高稳定性、使用便捷的断管器，并成功应用于天然气管道的维护、接驳施工实用场景。该研究的结果表明，新型防爆断管器能够有效提高天然气管道维护、接驳的施工效率，同时提高了天然气管道维护、接驳等施工场景的安全性和稳定性。本文的研究成果对于提升天然气管道施工的安全性、经济性具有重要意义。

关键词：天然气管道；防爆断管器；安全性；可靠性；开发与应用

1. 引言

1.1 背景介绍

天然气管道防爆断管器是一种天然气管道维护、接驳施工中常用的关键设备，其性能直接关系到聚乙烯天然气维护、接驳工程施工的安全和可靠性。近年来，随着天然气产业的快速发展，天然气管道维护、接驳施工的频次大增，安全隐患及施工质量事故也日益凸显。目前，多用切割机对于天然气管道进行切割，但是在一些使用情形下，切割机的使用会带来火花，造成一定的安全隐患，且受限于场地的设置，不便移动，在切割时会产生刺激性气味，因而市面上诞生了手动式切割管道装置，但是，现有的手摇式切割装置往往固定管道的稳定性较低、切割效率不高，给施工带来了不利影响。因而，有必要设计一种便于携带、且施工时稳固性高、切割效率较高的切割装置。

1.2 研究目的和意义

在现阶段，开发一种能在易燃易爆环境下，不借助电力，能适应不同管径，安全、高效、耐用、可在狭窄空间内使用，易于安装的便携式管道切割装置。可以大大提高聚乙烯（PE管）天然气管道断管施工的效率、质量及安全性。

本文的研究成果不仅验证了新型防爆断管器在聚乙烯天然气管道（PE管）断管施工施工方面的有效性，也有效地提高了天然气管道维护、接驳施工的安全性和可靠性。这对于维护天然气管道的安全运输，减少事故发生，保障人民生命财产安全具有重要意义。

2. 天然气管道防爆断管器的原理和设计

2.1 聚乙烯天然气管道（PE管）维护、接驳施工中断管工序的特点和要求

2.1.1作业环境

聚乙烯天然气管道绝大多数采用埋地敷设，故断管作业时基本采用开挖工作坑的形式施工。这就造成断管作业中，其作业空间往往狭小，同时作业环境中存在可燃气体。

   在上述作业情况下，难以使用大型起重、吊装设备，目前基本使用的是人工作业的方式。

2.1.2断面要求

施工中管道连接的方式一般采用的是电熔、热熔，这就要求断管的剖面平整、无毛刺，平面度不得超过1mm。剖面与管道表面的垂直度要求高，不得超过1.5°。

2.2 防爆断管器的要求及控制要点

   针对断管作业的施工环境与技术指标，新型防爆断管器必须具有以下特点：

1、防爆性。作业时不产生电火花、易燃飞溅；

2、小型化、轻便化。便于人工搬运、安装、操控，同时适用于狭小作业环境；

3、稳定性高、加工精度高。必须满足断管作业的精度要求，同时满足后续电熔、热熔施工的精度要求。

4、切割效率高。断管作业，大部分属于抢修作业，时间效率要求高。同时，受限于作业人工体力限制，断管作业时间不宜超过15分钟。

2.3 防爆断管器的设计原理

  根据性能要求，防爆断管器需由固定装置、切割装置、传动装置、顶进装置四个部分组成。将设备固定在管道上后，用人力驱动刀盘，环向切削管道。

2.3.1固定装置。借鉴车床夹具设计思路，拟采用环状卡环形式，将设备机体固定在管道上。为便于装配、拆卸，将固定装置设计成两个半圆环。两个半圆之间采用键槽、螺栓方式连接，保证安装精度。固定装置与管道之间采用紧固螺栓固定。

2.3.2切割装置。刀头采用车刀形状，刀盘（刀架）配合固定装置，采用环状结构，分成2个半圆环，与固定装置之间采用滑道、轴承配合。

2.3.3采用齿轮箱形式，输入端采用手轮传动操控，末端用齿轮齿条配合驱动刀架旋转切割。

2.3.4顶进装置。与固定装置上设置触点式计步器，刀架每旋转一周，波动顶进装置一次，通过刀架上的凸轮装置带动刀具顶进0.5mm（可调节）。

（详见附图）

3. 天然气管道防爆断管器的制造和材料选用

3.1 制造工艺及流程

此设备非标件主要包括定位环、齿条、刀架等结构件，采用车、铣等方式加工。螺栓、齿轮、轴承等标准件按型号采购。

3.2 材料的选用和性能要求

材料的选择主要采用结构钢，车刀采用锰钢。普通钢材的性能弄够满足使用要求。

4. 天然气管道防爆断管器的应用与改进

4.1 目前的应用情况

该设备目前已经制作了原形机，在武汉誉城千里建工有限公司承接施工的余山街中压燃气管道工程中做了实验性使用，现场反应情况良好。

4.2 存在的问题和改进方向

该设备在使用过程中，主要反馈的改进意见有：

1、设备安装、校准过程比较繁琐，无法做到自动对心；

2、适用性还需要提升，以适应各种规格的管道；

5. 结语

本研究通过开发与应用天然气管道防爆断管器，有效提高了天然气管道断管施工的安全性和可靠性。然而，仍有待进一步的研究和改进。本文提出了未来研究的方向和实践建议，希望能够为保障天然气管道施工安全、质量作出更多的贡献。