天然气集输管线失效原因分析

广东化工2013年第10期. 84.www.gdchem.com第40卷总第252期天然气集输管线失效原因分析田甜(中煤科工集团重庆设计研究院，重庆4006)[摘 要]天然气是含有多种物质的混合物，在集输过程中相当困难，对其输送管线失效原因进行了深入的分析。天然气集输管线失效的形式主要有管线及设备堵塞，使得管输效率降低甚至停输:管线泄露不但会引起火灾甚至爆炸，而且污染环境。结合管线在集输中失效的形式，对失效原因进行合理的分析，以便减少经济损失。[关键词]天然气:失效原因:蠕变破坏[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号10018165213)0-0084-02Analysis of Natural Gas Gathering and Transportation Pipelines FailureTian Tian(China Coal Technology & Engineering Group Chongqing Design & Research Institute, Chongqing 400016, China)Abstract: Natural gas is a mixture that contains a variety of substances, the gathering and transportation is quite difficult. The paper conducted a comprehensiveanalysis of pipeline failure. The main reasons for natural gas gathering and transportation pipelines failure is pipelines and equipment blocked, so that the efficiencyof the pipeline to reduce or even shutdown. Pipeline leak will not only cause a fire or even an explosion, but also pollute the environment. In the paper, combinedwith the form of filure in transportation pipelines, and analysis the reasons in transportation, in order to reduce economic losses.Keywords: natural gas: cause of failure: creep damage天然气管道的输送介质属于易燃、易爆物质，介质中含有的在天然气集输管线中，各种腐蚀都存在。就起腐蚀机理来说，硫化氢、二氧化碳、游离水、粉尘等杂质中，使敷设的管道处于最大的腐蚀要数电化学腐蚀。金属的电化学廣蚀的产生，是由于内外腐蚀条件，加上环境、地质、气象和水文灾害、管材及设计金属与电解质溶液接触时所形成的腐蚀原电池的电极反应的结缺陷、操作失误乃至人为破坏等因素，管道的安全受到众多因素的威胁。对天然气集输管线进行系统的分析，找出失效的原因，分别形成阴极区和阳极区:阳极部分将失去电子而发生溶解，阴.及时发现处理，以便减少经济损失。下面对其分类进行系统分析。极部分只起传递电子的作用而并不腐蚀。金属的电化学腐蚀绝大1失效主要因素多数是金属同水溶液相接触时发生的腐蚀过程。水溶液中除了其天然气集输管线失效的主要因素大致可以分为:管道直接破它离子外，总是存在H+和OH-离子。这两种离子含量的多少由坏因素，污垢及天然气水合物因素，设计工艺与施工缺陷因素，溶液的pH值表示。金属在水溶液中的稳定性不但与它的电极电集输设备与设施因素，安全附件因素，人员及安全管理因素，环位有关，还与水溶液的pH有关。1.1.2韧性破坏境因素韧性破坏是指管道壁承受过高的应力，达到了器壁材料的强1.1 管线直接破坏因素度极限，从而发生断裂破坏。在外力作用下引起变形和破坏的过1.1.1 腐蚀破坏腐蚀是指材料与其所处环境介质之间发生作用而引起材料变程大致可以分为弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂阶段。这种质、破坏和性能恶化的现象21。由于集输管线管线内部含有硫化破坏将直接导致管线断裂而失效，是非常危险的。氢、二氧化碳的酸性气体，它们在与水结合后就会产生酸，同时产生韧性破坏的原因:管道的韧性破坏只有在管壁整个界面也在物理因素(应力，振动，压力)的结合下，对管线进行内腐蚀。上材料都处于屈服状态下才会发生。主要原因有管道超压运行，另外，管线在大气自然环境下也会发生析氢析氧腐蚀，对管线进材料选型不合格，维护保养不当。行外部腐蚀，使管线发生泄漏。主要表现为腐蚀穿孔，应力开裂1.1.3 脆性破坏脆性破环是指管道在破裂时没有显著的塑性变形，破裂时管目前天然气集输管线及其附属设备主要都是金属制造，金属壁的压力也远远小于材料的强度极限，有的甚至还低于材料的屈服极限。其特征是脆性破坏时，无明显外观变化和预兆，壁厚也腐蚀占主要的部分。按照金属腐蚀分类，腐蚀可以分为:无变薄。但是发生脆性断裂时，速度极快，高达1800 m/s(1)按腐蚀机理:物理腐蚀，化学腐蚀，电化学腐蚀:脆性破坏的原因主要有两个。一是温度的影响。钢管在低温(2)腐蚀环境:介质腐蚀，海水腐蚀，土壤腐蚀;(3)腐蚀破坏形态:均匀腐蚀(全面腐蚀)，局部腐蚀(电偶腐蚀、下或一定温度范围内，它的冲击韧性将急剧下降。二是裂纹的影孔蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、缝隙腐蚀等)，断裂腐蚀(应力腐响。当管道或者设备元件产生裂纹，其尖端前缘产生很高的应力由、疲劳腐蚀)，氢腐蚀(氢鼓包、氢脆、脱碳渗碳)，晶间腐蚀。峰值，且应力状态也发生变化，变为三向拉伸应力。此时强度将大大的降低，裂纹缺陷尺寸达到-定值后，极易发生脆性断裂。按照材料腐蚀分类，腐蚀可以分为:1.1.4疲劳破坏j黑色金属(钢、铸铁)化学腐蚀疲劳破坏是指管壁在反复加压和泄压过程中受到的交变载荷金属材料有色金属(铝、铜等非铁基材料)电化学腐蚀的长期作用，没有经过明显的塑性变形而导致断裂的一-种破坏形式。疲劳破坏是导致的断裂是突然发生的，因此具有很大的危险无机非金属材料」水泥水泥一→化学腐蚀(酸、碱)(传统硅酸盐材料)(耐火材料其破坏特征是破坏时没有明显的塑性变形。一般是疲劳裂纹穿透管线发生泄漏失效。其破坏原因可以分为有机高分子材料塑料、橡胶、一湿气、臭氧、射线辐射〉在在局部高应力接管，转有发其他儿可形决不处工经中纤维等成一物理腐蚀(溶解、溶胀、渗存在局部高应办(如接管，转角及其他儿何形状不连续处，在焊缝透。环境应力开裂)附近以及缺陷处会应力集中)，其蜂值应力会超过材料的屈服极限，复合材料钢筋混凝土， 玻_。具有可设计性:通过基体和增随着裁荷的周期性变化。该部位将会产生很大应力变化。外部因璃钢、钢塑复合强材料的选择、匹配、复合工素:管线存在着反复交变载荷，这种形式是变化幅度较大的非对(庞大的材料体系)管等艺等手段进行设计和控制，以标循坏较何。最大限度满足使用性能要求和1.1.5蜡受破坏高温下，其组织会发生明显的变化，晶粒长大、环境条件要求。珠光体和某些合金成分有球化或团繁状倾向，钢中碳化物还能析出石i墨等，省时建能现端的品司开发成疏物中有化物还能析[收稿日期] 2013-04-16[作者简介]田甜(982), 女，工程师，本科，主要从事城市燃气、油气储运及天然气相关专业的设计工作。2013年第10期广东化工第40卷总第252期www.gdchem.com.83.2系统存在的问题3改进措施(1)送洗氨废水量不易控制。 此工艺将废水自动调节阀安装到(1)稳定洗氨废水量。将废水自动调节阀安装到送酚氰污水处送洗氨的废水管道上，而送酚氰污水处理站的废水用手动调节。理站的废水管道上，流量计安装到送洗氨的废水管道上，实现利在进蒸氨塔原料氨水量波动时，经常造成送洗氨的废水量波动，用自动调节阀的开度大小来控制送酚氰污水处理站的废水量而稳影响洗氨效果。(2)送酚氰污水处理站的废水温度冬季偏低。由于新疆冬季气定洗氨的废水流量，达到了送洗氨废水量稳定在35 m/h的要求。(2)酚氰污水处理站废水温度的控制改进。在富/废水换热器换温较低，在冬季通过废水冷却器一段冷 却后的废水经均和池配水完热后的废水管道上接旁通引到送酚氰污水处理站的废水管道稀释后，不能满足酚氰污水处理站细菌繁殖所需的温度25~32 C,上，进入冬季生产时将此管道稍开与废水冷却器一 段冷却后的废需通过蒸汽加热，不但浪费资源又增大成本消耗。水共同送到酚氰污水处理站，使均和池配水后的温度有20-25 C(3)分缩器冷却水经常翻液，温度波动大84~96 C.由于分缩提高到了30~32 C，不但解决了废水温度偏低的现象，且节约了器冷却水退水管道落差大，当冷却水进水量增大时，管道内水发资源又降低了成本消耗。生汽化产生气阻，造成冷却水退水不畅而发生分缩器经常翻液，(3)加装排汽放散管，解决分缩器翻液。在分缩器原有冷却水平均每班发生2~3次退水管道上加装2.0 m高DN80的放散管(保持常开),解决了退水(4)蒸氨塔项压力波动大14 -30 kPa.由于氨气经分缩器冷却管道产生气阻的现象，保证了冷却水退水的畅通，温度可稳定在，浓缩后还带有冷凝液，而入氨分解炉的氨气管道有一段U 型弯，87~90C，使用6个月以来再未发生过翻液现象。冷凝液易积在管道内，造成氨气通行不畅而引起蒸氨塔顶压力波(4)加装水封排液装置，保证入炉氨气管道畅通，解决冷凝液动，波动范围较大在14 -30 kPa.被带入氨分解炉的问题。由于蒸氨塔顶部压力波动范围在14~30(5)氨分解炉炉膛温度和催化床温度波动大。氨气经分缩器冷kPa,根据管道水封高度的计算要求，按最大压力30 kPa来计算却浓缩后进入氨分解炉焚烧，由于入炉氨气管道冷凝液的堆积，水封高度:造成入炉氨气量忽大忽小，且带有冷凝水进入氨分解炉，造成催h=-30000m化床温度波动大750-1100C,为了稳定催化床温度而经常造成煤ρxg↔ 1000x9.8气流量调节阀大范围调节，使得炉膛温度也随之波动，氨气平均按工业企业煤气安全规程要求，水封高度为最高工作压力的每周放散2-4次(6)氨分解炉炉膛测温热电偶易损坏。由于入炉氨气带有冷凝.5倍，所以取水封高度h=3x1.5=4.5 m。水封加装好后，要求班液进入氨分解炉而滴到炉膛测温热电偶上，造成热电偶经常炸裂，组操作人员加强对水封的操作及维护，每两小时对水封排液情况平均每两月就要更换一次。进行检查，确保管道内冷凝液及时排除，保证氨气管道畅通。表1 2012年6 月蒸氨、氨分解数据Tab.1 Ammonia, ammonia decomposition data in June 2012原料氨水处理蒸氨塔顶部 蒸氨塔顶压 分缩 器顶部废水含挥发氨废水含全氨催化床温量(m-h*)_温度/C !力Pa温度/C/(mgL)/(mg:L)度/C平均值059918.488.2.57150.45987最小值9098173.48594C最大值。1800209(13.6244.610804结论全氨达到了小于200 mg/L以下。通过以上措施的实施，取得了明显的效果。满足了洗氨所需废水量的稳定和送酚氰污水处理站废水温度的保证。最为明显的参考文献是分缩器以前每班都发生2~3次的翻液，经改造后半年以来的运[1]李忠顺.化产工艺学[M].河北:冶金工业出版社，1992.行中未发生过翻液现象。由表1中数据可以看出，经对蒸氨、氨[2]张弓.兰州化学工业公司化工学校等合编.化工原理[M].北京:化学分解工艺设备优化改造后蒸氨塔顶部压力可以稳定在17-20 kPa;工业出版社，1980氨分解炉催化床温度稳定在了940-1080 C,氨气可以完全入炉分[3]肖瑞华.炼焦化学产品生产技术问答[M].北京:冶金工业出版社，2008.解，没有出现过由于温度的异常而放散:氨分解炉炉膛测温执电偶有以前的一个月或两个月就损坏一只，而经改造后运行半年以(本文文献格式:王红领.蒸氨、氨分解工艺设备优化改造[J].广来未更换过。通过现场的跟踪经优化改造以来洗氨、蒸氨、氨分东化工，2013, 40(10): 82-83)解系统运行平稳，氨汽入炉率大于99 %以上，送生物脱酚废水含(上接第85页)1.7环境因素原因。针对失效的形式，需要对失效原因进行合理的分析。发现1.7.1自然环境危险有害因素失效的主要因素类别，及时进行处理，以便减少经济损失。主要包括: (1)地震: (2)滑坡、 崩塌: (3)地面沉降: (4)台风:(5)雷电: (6)低温: (7)洪水。这些可以直接怕坏天然气管道的正常稳定状态，从而导致管线直接或者间接地出现损毁，断裂，泄露。[1]刘铁岭，王晗，苗振宝，集输作业人员HSE培训教材[M].北京:中国1.7.2社会环境危险有害因素主要包括: (1)无意破坏:在管道附近甚至管道上修建公路、石化出版社，2009.房屋、建(构)筑物等设施，或进行开挖沟渠、打井等作业，造成[2]杨筱蘅，油气管道安全工程[M].北京:中国石化出版社，2005.严重占压埋地管道，增加管道的负荷，破坏了管道的恒压状态:[3]彭春波，薛传华。石油天然气长输管道腐蚀检测修复及防范探讨[J].长(2)有意破坏:盗、扒管道防腐层、仪器仪表、阀门或附属设施，江大学学报，2010，7(2): 237-239.在管道上开孔盗油、盗气，或者人为蓄意破坏管线设施等。[4]方东晓.影响天然气管道安全的危害因素分析及对策探讨[].上海煤气，2008, 3: 38-41.2结论集输管线失 效的形式主要有管线及设备堵塞，使得管输效率(本文文献格式:田甜.天然气集输管线失效原因分析[J].广东降低甚至停输;管线泄露爆炸产生火灾，污染环境，直接停产。化工，2013， 40(10): 84-85)其影响是很大的，不仅造成巨大财产损失，而且可能危害到生态环境。所以必须对天然气集输管线进行系统的分析，找出失效的