集氣站常見(jiàn)泄漏原因分析與治理技術(shù)探討

雷富海++張沂++馬海軍

[摘 要]本文首先對(duì)集氣站設(shè)備和其連接形式進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，總結(jié)出集氣站主要的泄漏的形式， 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)每種泄漏提出了相應(yīng)的處理措施。

[關(guān)鍵詞]天然氣、集氣站、泄漏、分析

中圖分類號(hào)：TE88 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）29-0008-01

前言

天然氣集氣站的設(shè)備多，流程復(fù)雜，密封點(diǎn)多，泄漏的概率大。集氣站天然氣一旦泄漏，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。

一、常見(jiàn)泄漏的種類

集氣站的設(shè)備主要有加熱爐、分離器、脫水撬、收、發(fā)球筒、閥門(mén)和附件等。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。在集氣站，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，集輸管線最常見(jiàn)的泄漏是由第三方破壞和腐蝕穿孔引起的。常見(jiàn)的泄漏有以下幾種：法蘭之間的泄漏、管道泄漏、螺紋泄漏、閥門(mén)泄漏。

二、常見(jiàn)泄漏的原因分析與處理措施

（一）法蘭間泄漏

法蘭間泄漏也是集氣站泄漏的最為主要的形式。由于其輸送介質(zhì)具有腐蝕、高壓以及輸送過(guò)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，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，密封墊出現(xiàn)偏裝，螺栓松緊不一。

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(zhǎng)及變形，造成泄漏。

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。

6）天然氣腐蝕造成泄漏。

對(duì)于法蘭泄漏，根據(jù)生產(chǎn)情況切換流程后，關(guān)閉泄漏處兩邊閥門(mén)，進(jìn)行放空置換后更換纏繞式金屬墊片，重新緊固。

（二）管道泄漏

（1）腐蝕引起的泄漏

1）周?chē)橘|(zhì)引起的腐蝕。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，造成管道泄漏事故。

2）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。

3）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。減少水的措施：定期進(jìn)行清管工作。

4）氫引起的腐蝕。天然氣中所含的硫化氫遇水形成硫和氫的離子，通過(guò)與鐵反應(yīng)生成硫化鐵和H原子。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，從而產(chǎn)生大量的裂紋和鼓泡，使鋼材變得松、脆，最后造成破毀。

（2）沖刷引起的泄漏

由于沖刷原因造成集氣站泄漏的事故較多，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，主要原因如下：

1）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

2）下游集氣站的彎頭，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。集氣站排污管線靠近排污池的彎頭最容易穿孔，因?yàn)榕盼酃芫€排污頻繁、排污氣流速度非?？?，造成磨損嚴(yán)重，因而造成穿孔泄漏。

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）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。

（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）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。

（4）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。

（三）螺紋泄漏

天然氣集氣站常采用的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。由于泄漏通道的存存，嚴(yán)重影響了API螺紋的密封性。所以，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。

（四）閥門(mén)泄漏

閥門(mén)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(mén)生產(chǎn)制作中存在的缺陷，閥門(mén)在使用過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生泄漏。

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(jiàn)。

3）閥體泄漏：閥體的泄漏主要是由于閥門(mén)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(mén)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。

結(jié)束語(yǔ)

為了使天然氣集氣站的泄漏得到有效的控制，減少泄漏，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。

1）法蘭連接和螺紋連接為焊接，減少漏起點(diǎn)和靜密封點(diǎn)。新建管線的主要閥門(mén)都采用焊接形式，這當(dāng)然要在閥門(mén)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。

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)，一閥保證密封，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)。

3）加強(qiáng)日常巡檢、維護(hù)和管理。堅(jiān)持兩小時(shí)巡檢制和點(diǎn)檢制，巡檢時(shí)對(duì)靜密封點(diǎn)重點(diǎn)進(jìn)行檢查。

4）集氣站建立可燃?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。

5）采用先進(jìn)測(cè)量檢測(cè)技術(shù)對(duì)集氣站設(shè)備和管線進(jìn)行檢查。