通球指示器带压拆装工具的研究与应用

叶丹 朱万春

中国石化管道储运有限公司武汉输油处

通球指示器常用于长输管线除垢作业工艺中，目前各长输管道上使用的大部分是机械式通球指示器，例如中石化仪长线使用的大部分通球指示器为防爆机械式通球指示器。该类指示器具有结构简单、防爆、指示直观可靠等优点，它可以在管线上通过机械定位，定时地传递出管线内清管器物体的通过情况，从而指导流程的切换[1]。通球指示器长期使用后，设备会出现不同程度的腐蚀和老化问题，须进行维护和更换，因通球指示器均安装在输油站进出站管线及收发球筒上，对通球指示器进行维护和更换，一般只有在管线停输放空后才能进行，而且部分输油站因地势因素，停输后的放空操作时间较长、难度大，所以导致通球指示器的维护、更换十分困难，且停输成本较高，安全风险较大[2]。为解决通球指示器的维护更换问题，本文以仪长线通球指示器为例，对该类型设备进行了详细分析，开发了一种实用的带压拆装工具，能够在带压情况下直接对通球指示器进行维护和更换作业。

1 问题的提出

通球指示器主要安装于进出站管线上方，长期置于户外，容易因腐蚀或其他因素造成指示器机芯故障。如图1所示，通球指示器内部机芯腐蚀严重，内部O型密封圈老化情况不明，如图2所示，机芯内部O型密封圈老化已出现渗漏痕迹。如需更换新的机芯较为困难，没有带压拆装的专用工具，须对管线停输排空后才能对通球指示器机芯进行拆除和重新安装[3]。

图1 通球指示器腐蚀情况Fig.1 Corrosion of the ball indicator

图2 通球指示器机芯上部Fig.2 Upper part of the movement in the ball indicator

通过实地调查研究和分析，目前长输管道大部分通球指示器的结构如图3所示，主要由扳机、基座、机芯、增长螺柱挺杆、上接体等部件组成。其中，基座是与管线焊接性能良好的锻件制成，上外侧是DN50 mm的管螺纹；机芯是密封传动的组合件，其与基座通过螺纹连接，密封主要是通过O型密封圈完成[4]；上接体是运动机构的保护帽并连接钟控头。在维护更换作业时，须拆除通球指示器上接体及增长螺柱挺杆等部件，露出机芯的上半部分（图2），然后使用机芯专用扳手进行拆装。通过对机芯上部分的结构及其使用的专用扳手特点进行分析，机芯上留有4个螺孔及凹槽，所以可设计一种与机芯有效连接并在带压情况下能拆装的工具。

图3 通球指示器机械部分结构Fig.Structure of the mechanical part of the ball indicator

2 通球指示器带压拆装工具的研制

如图4所示，通球指示器拆装工具主要由机芯连接头、长轴光杆、球阀、异径连接管、密封筒、压力表接头、密封压盖、进给装置（进给螺纹管、进给套管）、套管封头等9部分组成。其中，机芯连接头与长轴光杆通过四方头及1个螺钉连接；DN65 mm球阀通过螺纹与异径连接管和密封筒连接；压力表接头焊接在密封筒上；密封筒上部为密封部件，主要由密封压盖、2个O型密封圈、2个铜垫片及活塞杆专用的U型密封圈组成；进给装置由两部分组成，进给螺纹管直接与密封筒连接，进给套管与进给螺纹管连接，组合成可以进给的装置[2]；套筒封头与进给套管和长轴光杆上部连接，并且套筒封头内有一个O型密封圈作为轴封，以防止外界水气、杂质等进入对工具内部造成腐蚀[5]。

图4 通球指示器带压拆装工具结构示意图Fig.4 Schematic diagram of the under-pressure dismounting tool for the ball indicator

2.1 机芯连接头

机芯连接部分：该部分与机芯凹槽对应设计了2个3 mm厚的凸出部分，并且设计了与之对应的4个Φ5 mm大的圆孔，须指出该处连接螺丝须采用内六角头，以节省在拧螺丝时的竖直方向操作空间。图5中的数据是以DN50 mm大小通球指示器开发的机芯连接头。对于DN80及其他类型的通球指示器，只需根据机芯凹槽深度，设计对应厚度的2个凸出部分，以及周围4个圆形孔即可，做到机芯连接头能很好与机芯连接即可。

图5 机芯连接头设计Fig.5 Connector design for the movement

与长轴光杆连接部分：该工具不仅要对机芯进行拆除还要进行安装，所以在与长轴光杆连接时，不能简单用螺纹进行连接。该设计采用了四方套筒（长12 mm）方式，用于能左右旋转拆装机芯，同时中心底部开有Φ5 mm沉孔，通过螺钉与长轴光杆进行连接，起到了很好的稳固作用[6]。

2.2 密封部件

图6所示为该工具的核心——密封部件。主要通过一种U型DZ密封圈（型号为UN-25×35×10）进行密封，该密封圈为聚氨酯材质，具有耐腐蚀、耐高压、耐磨损等特点，因为是手动操作，管线带压不宜过高，密封圈耐压6.4 MPa即可。对于管线不同压力下的带压作业，该工具密封部件的耐压能力必须大于管线压力。为确保密封的可靠性和无渗漏要求，还设计了2个O型密封圈（O型圈线径3.5 mm，内径25 mm）密封，通过与2个4 mm厚铜垫片交错放置，再由压盖通过螺纹连接，对O型圈形成挤压，从而达到密封效果[7]。密封压盖上部设计有2个Φ5 mm小孔，便于使用该工具对密封压盖进行拧紧或拆卸，如果密封效果不理想，也可通过拧紧密封压盖来增强密封性能。

2.3 套筒封头

套筒封头（图7）内装有一个15 mm厚铜套，主要为进给装置内长轴光杆提供稳固作用（进给装置在带压情况下打开阀门时，长轴光杆可在压力作用下突然向外弹出），以及在增减不同厚度铜套时，可以用来调节长轴光杆在轴向上的自由行程距离[8]。长轴光杆在轴向上可自由行进一定距离，这样设计主要是考虑到在拆装通球指示器机芯时，因为机芯与基座是螺纹连接（螺纹长25 mm），那么当长轴光杆旋转时，进给装置必须同步旋转，才能将机芯拆除或安装。本设计长轴光杆的自由行程是30 mm，在从通球指示器基座上拧下或安装机芯时，可以直接旋转长轴光杆。套筒封头内还设计有一个O型圈构成的轴封，主要是防止内部润滑脂泄漏或者是外界杂质进入工具内造成腐蚀[9]。

图6 密封部件设计Fig.6 Design of the sealing part

图7 套筒封头设计Fig.7 Design of the sleeve

2.4 操作方法

通球指示器的拆装主要有以下10个步骤：

（1）用内六角扳手将机芯连接头与机芯连接。

（2）将异径连接管与通球指示器基座连接，为增强密封性可在螺纹处缠绕生胶带。

（3）缓慢逆时针旋转长轴光杆，观察压力表数值，当压力表数值变化时，停止旋转长轴光杆；待压力与管道内压力平衡稳定后，在无异常状况下继续逆时针旋转长轴光杆，将机芯从基座上旋下。

（4）逆时针旋转进给装置，将机芯完全缩回到密封筒内。

（5）关闭球阀，放空密封筒内原油，直至压力表数值为0。

（6）将密封筒从球阀上拆除，取出旧机芯，安装上新机芯。

（7）将密封筒与球阀连接上，然后缓慢打开球阀，并注意观察压力表数值变化情况。

（8）压力表数值稳定后，顺时针旋转进给装置，将机芯移动至通球指示器基座位置。

（9）顺时针旋转长轴光杆，将机芯拧紧在通球指示器基座上。

（10）缓慢排空密封筒内原油，并密切注视压力表数值变化，压力表数值为0后的一段时间内如仍无变化，则说明机芯更换成功；如果压力表数值不为0，则说明机芯与基座之间存在渗漏问题，则重新拆除机芯再次进行机芯更换操作[10]。

3 试验与应用

通球指示器带压拆装工具研制完成后需进行现场试验，以检验工具的使用效果及各部件功能是否安全可靠。试验现场如图8所示，试验结果如表1所示。

图8 通球指示器带压拆装工具现场试验Fig.8 Field test of the under-pressure dismounting tool for the ball indicator

表1 不同压力下试验结果Tab.1 Test results under different pressures

试验压力从1 MPa开始，第一次试验存在渗漏问题，主要原因是异径连接管、密封筒与球阀的连接密封不严，通过在球阀内部加装密封圈解决了渗漏问题，同时在异径连接管和基座之间也加了橡胶垫密封。因该机械式通球指示器最高工作压力为6.4 MPa，摆针仅有两个自由方向，所以其基座带槽，基座与异径连接管无法使用垫片，只能使用生胶带密封，因此现场试验时压力仅达到3 MPa，共进行了3次试验，均合格，满足使用要求。

2017年12月，在大冶站使用通球指示器带压拆装工具对黄梅站进站管线上的通球指示器机芯进行了拆除和更新安装作业，作业时管线进站压力为2.62 MPa，3名工作人员在30 min内完成了通球指示器机芯的拆除和更新安装，作业过程中各步骤环节安全可靠，顺利完成目标任务（图9）。

图9 大冶站通球指示器机芯的拆装Fig.9 Dismounting of the movement of the ball indicator in Daye Station

大冶站通球指示器机芯的成功拆装作业说明，该工具能够在输油管线带压（2.62 MPa）情况下快速完成无泄漏通球指示器的拆装更换操作。带压作业风险较高，为确保百分之百安全，且操作省时省力，建议在2.5 MPa以下进行作业。

4 结束语

实际应用表明，开发的带压拆装工具能够很好地解决通球指示器在带压情况下的维护更换问题。对于目前长输管道行业普遍使用的通球指示器来说，针对不同大小的通球指示器，该工具的主要结构不变，更换不同大小的机芯连接头，则可对大部分通球指示器进行带压拆装作业，能够很大程度上减少管线停输时间，降低企业生产成本，对同行业在通球指示器机芯维护更换问题上具有较大的借鉴意义。