天然氣站場(chǎng)常見泄漏的原因分析與治理技術(shù)探討

1、天然氣站場(chǎng)常見泄漏的原因分析與治理技術(shù)探討摘要：本文首先對(duì)天然氣站場(chǎng)設(shè)備和其連接形式進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際總結(jié)出4種天然氣站場(chǎng)主要的泄漏形式，對(duì)每種泄漏的原因從理論和實(shí)際兩方面進(jìn)行了分析，并對(duì)每種泄漏指出相應(yīng)的處理措施,文后提出8條解決天然氣站場(chǎng)泄漏問題的建議。關(guān)鍵詞：天然氣站場(chǎng) 泄漏 分析 研究1 前言    天然氣作為一種潔凈的能源，越來越受到人們的青睞。在整個(gè)集輸系統(tǒng)中，天然氣站場(chǎng)在整個(gè)輸氣工藝中占很大的比重，是非常重要的環(huán)節(jié),其可靠性在很大程度上決定影響整個(gè)管輸系統(tǒng)的安全。天然氣站場(chǎng)的設(shè)備多，

2、流程復(fù)雜，密封點(diǎn)多，泄漏的概率大。站場(chǎng)天然氣一旦泄漏，小則影響正常生產(chǎn)，大則造成人員傷亡、環(huán)境嚴(yán)重污染、爆炸等惡性事故，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。近幾年，天然氣站場(chǎng)的泄漏、穿刺事件時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。天然氣站場(chǎng)的事故，除了違規(guī)操作，大多由于泄漏引起的，我們要給予足夠的關(guān)注和重視。2 常見泄漏的種類    一般天然氣計(jì)量站場(chǎng)的設(shè)備主要有分離器(有立式和臥式兩種)，收、發(fā)球筒、閥門(包括：球閥、旋塞閥、閘閥等)、匯氣管、管線(主要有正常外輸管線、放空管線、排污管線等)。其它的如變送器(溫度變送器、壓力變送器等)、清管球通過指示器、溫度表、壓力表等，

3、這些設(shè)備和儀器、儀表之間的連接形式主要是法蘭連接、焊接和螺紋連接。在天然氣站場(chǎng)，最常漏氣的位置就是靜密封點(diǎn)處，如法蘭、螺紋接口處的，但管線穿孔泄漏也時(shí)有發(fā)生，主要是管線彎頭處，特別是排污管線和放空管線的彎頭處，在線路上最常見的泄漏是由第三方破壞和管道穿孔引起的。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際常見的泄漏有以下幾種：(1)法蘭之間的泄漏；(2)管道泄漏；(3)螺紋泄漏；(4)閥門泄漏。3 常見泄漏的原因分析與處理措施3.1 法蘭間泄漏    法蘭連接是天然氣管道和設(shè)備連接的主要形式，其泄漏也是天然氣站場(chǎng)泄漏的最為主要的形式。法蘭密封主要是依靠其連接的螺栓產(chǎn)

4、生的預(yù)緊力,通過墊片達(dá)到足夠的工作密封比壓,來阻止天然氣外漏。對(duì)于天然氣管道，由于其輸送介質(zhì)具有腐蝕、高壓以及輸送過程中產(chǎn)生的振動(dòng)等特點(diǎn)引起天然氣管道法蘭密封失效,造成泄漏。天然氣站場(chǎng)法蘭泄漏主要有以下原因：    (1)密封墊片壓緊力不足，法蘭結(jié)合面粗燥,安裝密封墊出現(xiàn)偏裝，螺栓松緊不一,兩法蘭中心線偏移。這種泄漏主要由于施工、安裝質(zhì)量引起的,主要發(fā)生在投產(chǎn)施壓階段；    (2)由于脈沖流、工藝設(shè)計(jì)不合理,減振措施不到位或外界因素造成管道振動(dòng),致使螺栓松動(dòng),造成泄漏；   

5、0;(3)管道變形或沉降造成泄漏；    (4)螺栓由于熱脹冷縮等原因造成的伸長(zhǎng)及變形，在季節(jié)交替時(shí)的泄漏主要是由這種故障引起的。    (5)密封墊片長(zhǎng)期使用，產(chǎn)生塑性變形、回彈力下降以及墊片材料老化等造成泄漏,這種泄漏在老管線上比較常見。    (6)天然氣腐蝕，造成泄漏，這種情況比較少見,但由于墊片和法蘭質(zhì)量問題可能產(chǎn)生此種泄漏。    對(duì)于法蘭泄漏，一旦發(fā)現(xiàn)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施及時(shí)處理，否則會(huì)造成刺漏，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。對(duì)于法蘭泄

6、漏，首先通過降壓和放空采用重新擰緊螺栓得方法進(jìn)行處理。對(duì)于采用這種方法處理效果不好的，根據(jù)生產(chǎn)情況分別加以處理：如果可以停輸，則關(guān)閉泄漏處兩邊閥門，進(jìn)行放空置換后更換新墊片，重新擰緊。對(duì)于不可停輸?shù)?，則要及時(shí)采用法蘭堵漏技術(shù)進(jìn)行處理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況，為了減少泄漏，法蘭墊片最好根據(jù)法蘭結(jié)構(gòu)使用纏繞式金屬墊片、金屬圓環(huán)墊片或金屬八角墊片。3.2 管道泄漏 夾渣、氣孔、未焊透、裂紋等焊接缺陷引起的泄漏，隨著焊接技術(shù)的發(fā)展和施工質(zhì)量以及檢測(cè)手段的提高，這種焊接缺陷逐漸減少。3.2.2 腐蝕引起的泄漏    天然氣站場(chǎng)管道引起腐蝕的

7、原因很多，常見的有：    周圍介質(zhì)引起的均勻腐蝕    這種腐蝕造成的泄漏主要出現(xiàn)在老管線上，隨著時(shí)間的推移，管線內(nèi)外壁一層層的腐蝕而剝落，最后造成大面積的穿孔，最終造成管道泄漏事故的發(fā)生。    應(yīng)力引起的腐蝕    金屬材料的應(yīng)力腐蝕，是指在靜拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下，使應(yīng)力集中處產(chǎn)生破壞。這種腐蝕危害性較大，一般在沒有先兆的情況下，能夠迅速擴(kuò)展產(chǎn)生突然斷裂，發(fā)生嚴(yán)重的泄漏事故。    

8、;氧和水引起的腐蝕    氧和水的存在是造成管道內(nèi)部腐蝕的主要原因之一。鋼管中焊有鐵元素，它和與水和氧發(fā)生化學(xué)作用，最后生成三氧化二鐵，并放出氫氣，造成管道內(nèi)部腐蝕。      減少水的措施：做好施工期的管理工作和投產(chǎn)時(shí)的清管工作。投產(chǎn)時(shí)，對(duì)管道進(jìn)行干燥處理；做好運(yùn)行期的脫水和脫氧工作。    硫和細(xì)菌引起的腐蝕    天然氣中含有硫化氫等硫化物，在運(yùn)輸時(shí)和管道反應(yīng)，生成硫化鐵，并在管內(nèi)活化劑(氧氣)的作用下，產(chǎn)生腐蝕，其反應(yīng)

9、如下：    管道中還有一種細(xì)菌存在，這種細(xì)菌叫硫酸鹽還原菌，它一般附著于管線的內(nèi)表面，利用硫酸鹽類進(jìn)行繁殖。管道硫酸鹽的生成反應(yīng)式如下：    上式中的硫酸鹽在還原菌的作用下，生成腐蝕生成物四氧化三鐵，反應(yīng)如下：    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：  

10、60; (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，體積增大的過程中，存留處壓力急劇增大，如超過金屬開裂應(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

11、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。    其他常見的還有原電池腐蝕、品界腐蝕等。 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：    從加工角度來說，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：    天然氣流速較快，流經(jīng)彎頭時(shí)，

12、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常快，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，應(yīng)給予重視。    調(diào)壓閥的閥體也是容易被刺壞的地方。    預(yù)防措施：   &

13、#160;周期性清管，減少硫化鐵鐵粉：    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臨之前，以備用氣充分，避免氣流速度過快，導(dǎo)致管道里邊揚(yáng)塵，造成很大的磨損。    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    管

14、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)。    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

15、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)。    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。    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

16、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。    管道減振可以通過兩條途徑來解決：控制管流的壓力脈動(dòng)。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

17、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,其密封性是通過使用螺紋脂坦的一些固體物質(zhì)(如銅、鉛、鋅和石墨等)來堵塞這些通道來獲得的，或通過表面處理(如鍍銅、鋅、錫等軟金屬)來減小間隙。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

18、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：    建議采用具有彈性密封環(huán)結(jié)構(gòu)的螺紋連接；    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

19、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，這種泄漏一般通過在降壓的情況下，通過擰緊螺栓得以解決；    (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

20、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    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說