天然氣站場常見泄漏的原因分析與治理技術(shù)探討

1、天然氣站場常見泄漏的原因分析與治理技術(shù)探討摘要：本文首先對天然氣站場設(shè)備和其連接形式進(jìn)行簡要介紹，在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際總結(jié)出4種天然氣站場主要的泄漏形式，對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條解決天然氣站場泄漏問題的建議。關(guān)鍵詞：天然氣站場泄漏分析研究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。天然氣站場的設(shè)備多，流程復(fù)雜，密封點(diǎn)多，泄漏的概率大。站場天然氣一旦泄漏，小則影響正常生產(chǎn)，大則造成人員傷亡、環(huán)境嚴(yán)

2、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，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，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

3、，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)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。天然氣站場法蘭泄漏主要有以下原因：(1)密封墊片壓緊力

4、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；(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

5、成刺漏，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)。對于法蘭泄漏，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3.2.1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管道引起腐蝕的原因很多，常見的有：周圍介質(zhì)引起的均勻

6、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。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。 HYPERLINK /content_images/200731102464283.jpg 減減少水的的措施：做好施施

7、工期的的管理工工作和投投產(chǎn)時(shí)的的清管工工作。投投產(chǎn)時(shí)，對對管道進(jìn)進(jìn)行干燥燥處理；做好運(yùn)運(yùn)行期的的脫水和和脫氧工工作。硫和細(xì)細(xì)菌引起起的腐蝕蝕天然然氣中含含有硫化化氫等硫硫化物，在在運(yùn)輸時(shí)時(shí)和管道道反應(yīng)，生生成硫化化鐵，并并在管內(nèi)內(nèi)活化劑劑(氧氣氣)的作作用下，產(chǎn)產(chǎn)生腐蝕蝕，其反反應(yīng)如下下： HYPERLINK /content_images/200731102586263.jpg 管管道中還還有一種種細(xì)菌存存在，這這種細(xì)菌菌叫硫酸酸鹽還原原菌，它它一般附附著于管管線的內(nèi)內(nèi)表面，利利用硫酸酸鹽類進(jìn)進(jìn)行繁殖殖。管道道硫酸鹽鹽的生成成反應(yīng)式式如下： HYPERLINK /content_images

8、/20073110399223.jpg 上上式中的的硫酸鹽鹽在還原原菌的作作用下，生生成腐蝕蝕生成物物四氧化化三鐵，反反應(yīng)如下下： HYPERLINK /content_images/200731103185304.jpg 氫引起起的腐蝕蝕目前前，除去去H2S的技技術(shù)較高高，但由由于輸送送壓力的的提高，造造成硫化化氫的分分壓提高高，從而而使HIIC(氫氫脆)更更為突出出。其其產(chǎn)生的的機(jī)理如如下：(1)天然氣氣中所含含的硫化化氫遇水水形成硫硫和氫的的離子； HYPERLINK /content_images/200731103340137.jpg (2)鐵鐵奪取HH的正電電荷，形形成Fee2+以

9、及及H原子子； HYPERLINK /content_images/200731103431257.jpg (3)生生成硫化化鐵 HYPERLINK /content_images/200731103516354.jpg HH原子的的體積很很小,根根據(jù)分壓壓的大小小向鋼中中擴(kuò)散。HH原子首首先聚集集于非金金屬夾雜雜物，氣氣孔及偏偏析中。在在存留處處，H原原子變成成氫分子子，體積積增大220倍，體體積增大大的過程程中，存存留處壓壓力急劇劇增大，如如超過金金屬開裂裂應(yīng)力時(shí)時(shí)，造成成裂紋擴(kuò)擴(kuò)展：如如在內(nèi)表表面，形形成鼓泡泡，在內(nèi)內(nèi)側(cè)則形形成平行行于金屬屬表面的的裂紋。同同時(shí)，HH原子與與鋼中不不穩(wěn)定

10、的的碳化物物起反應(yīng)應(yīng)生成CCH4，造成成鋼局部部脫碳，CCH4在缺陷陷或品界界處聚集集，產(chǎn)生生大量的的品界裂裂紋和鼓鼓泡，使使鋼材變變得松、脆脆，最后后造成破破毀。其他常常見的還還有原電電池腐蝕蝕、品界界腐蝕等等。3.2.33沖刷刷引起的的泄漏由于沖沖刷原因因造成站站場泄漏漏的事故故較多，比比較容易易出現(xiàn)此此類故障障的部位位是管道道彎頭，特特別是流流速較快快的彎頭頭處，造造成這種種泄漏主主要有以以下幾個(gè)個(gè)原因：從加工工角度來來說，對對于沖壓壓成型和和冷煨、熱熱煨成型型的彎頭頭，彎曲曲半徑最最大的一一側(cè)存在在著加工工減薄量量：天然氣氣流速較較快，流流經(jīng)彎頭頭時(shí)，對對管壁產(chǎn)產(chǎn)生較大大的沖刷刷力，在

11、在沖刷力力的作用用下，管管壁金屬屬不斷地地被帶走走，壁厚厚逐漸變變薄，最最后造成成泄漏。對于下游站場的彎頭，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：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

12、.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

13、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)。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

14、螺紋泄漏目前，天然氣站場常采用用的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,其密封性是通過使用螺紋脂坦的一些固體物質(zhì)(如銅、鉛、鋅和石墨

15、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。管螺紋密封的泄漏跟使用的密封材料有直接關(guān)系。我國普遍使用鉛油麻絲、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

16、施：建議采用具有彈性密封環(huán)結(jié)構(gòu)的螺紋連接；對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泄漏，這種泄漏常出現(xiàn)在調(diào)壓閥上。(4)填

17、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)對排污管線和放空管線來說，景好采用雙閥設(shè)計(jì)，用一閥保證密封，用另一閥用來截流。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)對靜密封點(diǎn)重點(diǎn)進(jìn)行檢查。4.4站場建立可燃?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)對站場設(shè)備和管