天然氣站場(chǎng)常見泄漏的原因分析與治理技術(shù)探討
作者：朱喜平 付京晶
來(lái)源：中國(guó)石油天然氣管道局秦皇島輸油(氣)公司
評(píng)論： 更新日期：2013年09月03日
⑤氫引起的腐蝕
??? 目前，除去H2S的技術(shù)較高，但由于輸送壓力的提高，造成硫化氫的分壓提高，從而使HIC(氫脆)更為突出。
??? 其產(chǎn)生的機(jī)理如下：
??? (1)天然氣中所含的硫化氫遇水形成硫和氫的離子；??? (2)鐵奪取H的正電荷，形成Fe2+以及H原子；
??? (3)生成硫化鐵
??? H原子的體積很小,根據(jù)分壓的大小向鋼中擴(kuò)散。H原子首先聚集于非金屬夾雜物，氣孔及偏析中。在存留處，H原子變成氫分子，體積增大20倍，體積增大的過(guò)程中，存留處壓力急劇增大，如超過(guò)金屬開裂應(yīng)力時(shí)，造成裂紋擴(kuò)展：如在內(nèi)表面，形成鼓泡，在內(nèi)側(cè)則形成平行于金屬表面的裂紋。同時(shí)，H原子與鋼中不穩(wěn)定的碳化物起反應(yīng)生成CH4，造成鋼局部脫碳，CH4在缺陷或品界處聚集，產(chǎn)生大量的品界裂紋和鼓泡，使鋼材變得松、脆，最后造成破毀。
??? ⑥其他常見的還有原電池腐蝕、品界腐蝕等。
3.2.3 沖刷引起的泄漏
??? 由于沖刷原因造成站場(chǎng)泄漏的事故較多，比較容易出現(xiàn)此類故障的部位是管道彎頭，特別是流速較快的彎頭處，造成這種泄漏主要有以下幾個(gè)原因：
??? ①?gòu)募庸そ嵌葋?lái)說(shuō)，對(duì)于沖壓成型和冷煨、熱煨成型的彎頭，彎曲半徑最大的一側(cè)存在著加工減薄量：
??? ②天然氣流速較快，流經(jīng)彎頭時(shí)，對(duì)管壁產(chǎn)生較大的沖刷力，在沖刷力的作用下，管壁金屬不斷地被帶走，壁厚逐漸變薄，最后造成泄漏。
??? 對(duì)于下游站場(chǎng)的彎頭，由于上游的硫化鐵鐵粉等雜質(zhì)跟隨管線到達(dá)下游，這些雜質(zhì)的存存，加速了磨損速度。天然氣站場(chǎng)排污管線靠近排污池的彎頭最容易穿孔，這也是因?yàn)榕盼酃芫€排污頻繁、氣質(zhì)臟，靠近排污池的氣流速度非?？?，造成磨損嚴(yán)重，因而造成穿孔泄漏。此種情況已經(jīng)在多個(gè)站場(chǎng)都發(fā)生過(guò)，應(yīng)給予重視。
??? ③調(diào)壓閥的閥體也是容易被刺壞的地方。
??? 預(yù)防措施：
??? ①周期性清管，減少硫化鐵鐵粉：
??? ②根據(jù)下游用氣量做好管道末端氣量的儲(chǔ)存，尤其在冬季大氣量來(lái)臨之前，以備用氣充分，避免氣流速度過(guò)快，導(dǎo)致管道里邊揚(yáng)塵，造成很大的磨損。
??? ③做好設(shè)計(jì)，彎頭厚度要加厚。
3.2.4 振動(dòng)引起的泄漏
??? 管道的振動(dòng)使法蘭的連接螺栓松動(dòng)，墊片上的密封比壓下降，振動(dòng)還會(huì)使管道焊縫內(nèi)缺陷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的泄漏事故。
??? 天然氣管道振動(dòng)的成因
??? ①管線內(nèi)壓力脈動(dòng)引起管道的振動(dòng)
??? 氣流的脈動(dòng)是引起滅然氣管道振動(dòng)的最主要的原因，存長(zhǎng)輸天然氣管道上常用壓縮機(jī)給大然氣加壓，壓縮機(jī)周期性地、間歇地進(jìn)氣和排氣，結(jié)果引起管路內(nèi)氣流壓力的脈動(dòng)，當(dāng)脈動(dòng)氣流存管線內(nèi)傳播碰到彎頭、變徑管、匯管以及肓板等時(shí)，管道系統(tǒng)受到周期性的激振力，在激振力的作用下引起管道及其附屬設(shè)備的振動(dòng)。
??? ②壓縮機(jī)的振動(dòng)引起管線的振動(dòng)
??? 當(dāng)壓縮機(jī)工作時(shí)，由于活塞組存在往復(fù)慣性力及力矩的不平衡、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)慣性力及力矩的不平衡、連桿擺動(dòng)慣性力的存在以及機(jī)器重心的周期性移動(dòng)等各種復(fù)雜合力的作用，使壓縮機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而引起和其相連的管道的振動(dòng)。
??? ③風(fēng)力引起的振動(dòng)
??? 當(dāng)裸露的管子在受到風(fēng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生卡曼渦流效應(yīng)，引起管子的振動(dòng)。所謂卡曼渦流足指當(dāng)流體垂直于管子流動(dòng)時(shí)，在管子的背面將產(chǎn)生有規(guī)則的渦流，因而出現(xiàn)交替的橫向力，稱為卡曼渦流。
??? ④共振引起管道劇烈振動(dòng)
??? 當(dāng)激振力的頻率和管道以及設(shè)備的固有頻率相同時(shí)，會(huì)引起管道和設(shè)備強(qiáng)烈的振動(dòng)。如：卡曼渦流的頻率、脈動(dòng)流的頻率以及壓縮機(jī)的振動(dòng)頻率和管道的固有頻率相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振，有可能引起管子和設(shè)備的破毀。
??? 管道減振可以通過(guò)兩條途徑來(lái)解決：①控制管流的壓力脈動(dòng)。②調(diào)整管系的結(jié)點(diǎn)，改變固有頻率，減少振動(dòng)，避免產(chǎn)生共振。
3.3 螺紋泄漏
??? 目前，天然氣站場(chǎng)常采用用的API錐管螺紋連接，錐管螺紋包括圓螺紋、偏梯形螺紋，設(shè)計(jì)錐度為1/8(半徑方向)，其密封是由內(nèi)、外螺紋嚙合的緊密程度決定的。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原因，嚙合螺紋間存在一定的間隙。圓螺紋主要在嚙合螺紋齒頂和齒底形成螺旋彤通道，偏梯形螺紋主要在嚙合螺紋導(dǎo)向面間，以及螺紋齒頂和齒底之間存在螺旋形通道。由于泄漏通道的存存，嚴(yán)重影響了API螺紋的密封性。在名義尺寸下，圓螺紋齒頂和齒底之間的間隙為0.0762mm，偏梯形螺紋在齒導(dǎo)向面的間隙為0.025mm，遠(yuǎn)大于天然氣分子直徑。所以從本質(zhì)上講，API螺紋不具備密封能力,其密封性是通過(guò)使用螺紋脂坦的一些固體物質(zhì)(如銅、鉛、鋅和石墨等)來(lái)堵塞這些通道來(lái)獲得的，或通過(guò)表面處理(如鍍銅、鋅、錫等軟金屬)來(lái)減小間隙。要提高密封性能，必須有足夠大的接觸壓力和足夠小的螺紋間隙。溫度變化時(shí)，螺紋連接部位可能發(fā)生應(yīng)力松弛，也可能造成接觸壓力下降，使密封性能下降，振動(dòng)也造成螺紋連接變松。
??? 管螺紋密封的泄漏跟使用的密封材料有直接關(guān)系。我國(guó)普遍使用鉛油麻絲、聚四氟乙烯膠帶密封。鉛油麻絲等溶劑型填料在液態(tài)時(shí)能填滿間隙，固化后溶劑揮發(fā)，導(dǎo)致收縮龜裂，而且耐化學(xué)性能差，很容易滲漏。聚四氟乙烯膠帶不可能完全緊密填充，調(diào)整時(shí)容易斷絲，易堵塞管路閥門，而且聚四氟乙烯和金屬磨擦系數(shù)低，管螺紋很容易松動(dòng)，密封效果也不是很好。為了減少螺紋連接泄漏，可采取以下措施：
??? ①建議采用具有彈性密封環(huán)結(jié)構(gòu)的螺紋連接；
??? ②對(duì)于主干線連接的地方，建議采用焊接：
3.4 閥門泄漏
??? 閥門由于受到天然氣的溫度，壓力、沖刷、振動(dòng)腐蝕的影響，以及閥門生產(chǎn)制作中存在的缺陷，閥門在使用過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生泄漏，常見的泄漏多發(fā)生在填料密封處、法蘭連接處、焊接連接處、絲口連接處及閥體的薄弱部位上。
??? (1)連接法蘭及壓蓋法蘭泄漏，這種泄漏一般通過(guò)在降壓的情況下，通過(guò)擰緊螺栓得以解決；
??? (2)焊縫泄漏：對(duì)于焊接體球閥，有可能存在焊接缺陷，出現(xiàn)泄漏，這種泄漏很少見。
??? (3)閥體泄漏：閥體的泄漏主要是由于閥門生產(chǎn)過(guò)程中的鑄造缺陷所引起的，當(dāng)然，天然氣的腐蝕和沖刷造成閥體泄漏，這種泄漏常出現(xiàn)在調(diào)壓閥上。
??? (4)填料泄漏：閥門閥桿采用填料密封結(jié)構(gòu)處所發(fā)生的泄漏，長(zhǎng)時(shí)間使用填料老化、磨損、腐蝕等使其失效，通過(guò)更換填料或擰緊能夠得以解決。
??? (5)注脂嘴的泄漏；
??? 一般是由于單向閥失效造成的，存壓力不高的情況下注入密封脂可得到解決。
??? (6)排污嘴泄漏，一旦發(fā)現(xiàn)及時(shí)更換。
4 結(jié)束語(yǔ)
??? 天然氣站場(chǎng)由于泄漏引起的事故時(shí)有發(fā)生，造成嚴(yán)重的后果，為了使天然氣站場(chǎng)的泄漏得到有效的控制，減少泄漏，筆者認(rèn)為要從設(shè)計(jì)和管理兩方面入手，才能取得較好的效果。
4.1 變法蘭連接和螺紋連接為焊接，減少漏起點(diǎn)和靜密封點(diǎn)
??? 目前，新建管線的主要閥門都采用焊接形式，這當(dāng)然要在閥門的質(zhì)量有保證的情況下進(jìn)行，對(duì)主干線相連的壓力表、變送器以及干線截?cái)嚅y的根部閥都應(yīng)采用焊接。
4.2 冗余設(shè)計(jì)
??? 對(duì)排污管線和放空管線來(lái)說(shuō)，景好采用雙閥設(shè)計(jì)，用一閥保證密封，用另一閥用來(lái)截流。同時(shí)管線和彎頭，尤其是彎頭因該采取冗余設(shè)計(jì)。
4.3 加強(qiáng)日常巡檢、維護(hù)和管理
??? (1)堅(jiān)持兩小時(shí)巡檢制和點(diǎn)檢制。
???? (2)巡檢時(shí)對(duì)靜密封點(diǎn)重點(diǎn)進(jìn)行檢查。
4.4 站場(chǎng)建立可燃?xì)怏w報(bào)警系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)泄漏，可及時(shí)進(jìn)行報(bào)警。
4.5 采用先進(jìn)技術(shù)對(duì)站場(chǎng)設(shè)備和管線進(jìn)行檢查
??? (1)采用無(wú)損檢測(cè)和聲發(fā)射技術(shù)對(duì)站場(chǎng)管道、分離器以及收發(fā)球筒進(jìn)行全面檢測(cè)；
??? (2)對(duì)站場(chǎng)關(guān)鍵及薄弱的位置比如彎頭、調(diào)壓閥閥體等定期進(jìn)行厚度測(cè)量，并進(jìn)行跟蹤，對(duì)減薄厲害處進(jìn)行全面跟蹤。
4.6 加強(qiáng)氣質(zhì)管理，減少管道腐蝕
4.7 做好末端儲(chǔ)氣工作。避免下游流體速度過(guò)快，導(dǎo)致沖刷嚴(yán)重
4.8 做好清管工作和分離過(guò)濾以及天然氣的凈化工作
參考文獻(xiàn)
??? 1 常貴寧，劉吉東等，工業(yè)泄漏與治理，中國(guó)石化出版社，2001.6
??? 2 季文美等.機(jī)械振動(dòng).科學(xué)出版社,1985.
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??? 4 卡扎凱維奇.地上管道和懸吊管道的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性,1981?
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