石油天然氣管道安全管理存在的問題及解決方法

蘇成果(中國石油天然氣銷售陜西分公司，陜西 西安 710016)

0 引言

目前，石油天然氣是我國社會(huì)生產(chǎn)生活必不可少的能源之一，特別是天然氣，由于其燃燒對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較少的污染，因此越來越得到人們的重視。管道作為石油天然氣能源開發(fā)和使用的重要組成部分，支撐著我國石油天然氣的發(fā)展。由此可見，在天然氣運(yùn)輸?shù)倪^程中管道安全是十分重要的。天然氣管道在日常運(yùn)作時(shí)會(huì)受到諸多因素的影響，所以想要發(fā)揮其最大作用，就要保持天然氣管道的安全運(yùn)行。但是，在進(jìn)行安全管理工作的時(shí)候，會(huì)遇到許多不確定因素，合理分析石油天然氣管道存在的問題，有益于提高管道安全管理的水平和豐富相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)，也是維持其正常運(yùn)轉(zhuǎn)、提高其運(yùn)轉(zhuǎn)效率的重點(diǎn)工作內(nèi)容。

1 石油天然氣管道安全運(yùn)行管理存在的問題

1.1 石油天然氣管道運(yùn)行過程中存在腐蝕隱患

目前，石油天然氣運(yùn)輸管道主要構(gòu)成材料為鋼制材料，如：直縫管、無縫管、螺旋管等。燃?xì)夤芫€的銹蝕主要是由鋼制材質(zhì)和周邊環(huán)境材料之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，電化學(xué)影響造成了石油燃?xì)夤芫€受到破壞。根據(jù)侵蝕機(jī)理，石油天然氣管道侵蝕主要可分為電化學(xué)作用侵蝕，生物化學(xué)侵蝕和化學(xué)作用侵蝕[1]。其中，化學(xué)反應(yīng)侵蝕的機(jī)理是金屬表面和外界介質(zhì)直接產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成表面的損傷。當(dāng)金屬表面與非電解質(zhì)接觸時(shí)，非電解質(zhì)中的原子被金屬表面吸收，分散為在原子之間后與金屬表面分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而形成腐蝕性物質(zhì)。但化學(xué)作用腐蝕和電化學(xué)作用腐蝕最大的不同點(diǎn)是沒有電流的產(chǎn)生。

從燃?xì)夤芫€銹蝕狀況分析，燃?xì)夤芫€銹蝕可以包括管線外壁銹蝕和管線內(nèi)部銹蝕。管線外壁面銹蝕的定義是石油燃?xì)膺\(yùn)輸管線的表面產(chǎn)生銹蝕而影響管線使用壽命，這種狀況通常發(fā)生于管線架空，或是將管道深埋在土里的情形。通常情況下，架空的管道外表層也會(huì)受到空氣中水汽和氧元素的危害。因此雖然在管子外表上面噴涂有隔離涂料，但是在日月累積的外界影響下也會(huì)產(chǎn)生一些安全隱患。深埋在土里的石油天然氣管線的侵蝕環(huán)境相比于架空管線來說就比較復(fù)雜，因?yàn)檫@些侵蝕環(huán)境通常是電化學(xué)侵蝕，而電化學(xué)腐蝕對(duì)石油天然氣管線的損耗往往是不均勻的，這就會(huì)大幅度提高管壁被穿孔的幾率，從而擴(kuò)大對(duì)管線環(huán)境的影響。石油天然氣內(nèi)壁侵蝕一般是指在管線內(nèi)表面進(jìn)行侵蝕，這和天然氣中的部分化學(xué)成分是密切相關(guān)的?？傊?，石油天然氣中也含有一定的水分，在原油天然氣儲(chǔ)運(yùn)的過程中水分會(huì)在管道內(nèi)表面產(chǎn)生親水層，使之發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致由電化學(xué)腐蝕引起的嚴(yán)重后果。此外，煤氣中產(chǎn)生的二氧化碳和硫代物等都具有較強(qiáng)腐蝕，而上述物質(zhì)在與管道內(nèi)表面接觸時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的化學(xué)作用腐蝕。

1.2 石油天然氣安全管理的法律問題

中國石油天然氣管道安全管理工作啟動(dòng)時(shí)間較晚，在石油天然氣管道安全管理、環(huán)保意識(shí)和市場運(yùn)作機(jī)制上都需要完善的法律法規(guī)體系。部分地方政府對(duì)油田或天然氣管線存在的故障和隱患重視不夠，以及在發(fā)生重大安全事故后因害怕?lián)?zé)等問題。此外，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，對(duì)石油天然氣的需求也呈倍數(shù)增加，然而各地區(qū)需要與時(shí)俱進(jìn)對(duì)天然氣管道安全的法律意識(shí)還停留在過去階段。

1.3 石油天然氣管道泄漏問題

在惡劣環(huán)境下，管道運(yùn)輸是一種合適而有效的天然氣運(yùn)輸方法。然而，高壓低溫條件下容易發(fā)生水合物堵塞，嚴(yán)重威脅管道安全，管道泄漏可能導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。所以，燃?xì)夤芫€中水合物堵塞與泄漏的在線監(jiān)測與定位對(duì)燃?xì)廨斔偷陌踩椒€(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)有著關(guān)鍵意義。

在天然氣站場，最常泄漏的地方是靜密封點(diǎn)處，即法蘭、螺紋接口處。而管道穿孔泄漏則屢見不鮮，主要是管線的彎頭處，尤其是在排污管線與放空管線的彎頭處。而管線上最普遍的泄漏是由第三方破壞，或者管道穿孔而造成的。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際狀況分析，可分為以下幾類：管道泄漏、法蘭之間的泄漏、閥門泄漏、螺紋泄漏。以法蘭之間的泄漏為例，法蘭連接是燃?xì)夤艿篮脱b置之間連接的主要方式，其泄漏也是天然氣站場泄漏的最為主要的表現(xiàn)形式之一。而法蘭密封性主要是依靠與其連接的固定螺絲所產(chǎn)生的預(yù)緊力，或者使用墊片獲得適當(dāng)?shù)墓ぷ髅芊獗葔簛矸乐谷細(xì)庑孤┑?。?duì)天然氣管線，因?yàn)槠漭斔徒橘|(zhì)具有腐蝕、高壓和輸送過程中產(chǎn)生震動(dòng)等特性將會(huì)引起天然氣管線法蘭密封性損壞而造成泄漏。燃?xì)庹緢鎏幏ㄌm泄漏大致有以下原因：

(1)密封墊片的壓緊力度不夠，裝配時(shí)密封墊片發(fā)生了偏裝，螺絲連接松緊不一，兩法蘭中心線偏離。此類情況，大多由于作業(yè)工人施工、裝配質(zhì)量差引起的。

(2)因脈沖流、工藝設(shè)計(jì)不合理，減振措施不落實(shí)或外部原因而引起管道震動(dòng)，從而導(dǎo)致螺絲松動(dòng)就會(huì)造成泄漏現(xiàn)象，或管道變形、下沉引起的泄漏，這是由于外部因素對(duì)管道的影響從而影響接頭部位，造成松動(dòng)所引起的泄漏。

(3)螺栓由熱脹冷縮等因素引起的伸長及變形，以及在季節(jié)交替時(shí)的泄漏大多數(shù)是由這些故障所造成的。

(4)由于燃?xì)獾母g性，密封墊片經(jīng)過長時(shí)間使用，產(chǎn)生塑性變形、回彈力降低以及墊片材質(zhì)的老化等也會(huì)造成燃?xì)庑孤?/p>

2 提升石油天然氣管道安全管理水平的措施

2.1 石油天然氣管道腐蝕防護(hù)措施

2.1.1 陰極保護(hù)

由于在石油天然氣管道腐蝕類型中，電化學(xué)銹蝕是導(dǎo)致燃?xì)膺\(yùn)輸管線內(nèi)部銹蝕的主要因素，所以，如何解決電化學(xué)腐蝕便成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。第一，陰極保護(hù)法。這是避免電化學(xué)腐蝕的最主要方法，是通過在油氣運(yùn)輸管線上接入相應(yīng)頻率的直流電流，輸送管線在接入直流電流時(shí)管線內(nèi)的極性改變，以最大限度保證在管線內(nèi)腐蝕的電池正負(fù)極電位差平衡，從而減少基本類型的腐蝕電流，從而發(fā)揮對(duì)石油天然氣管道的保障功能。第二，常用的陰極層保護(hù)方法則是在石油天然氣運(yùn)輸管線表層涂上防腐蝕涂料，以延長石油天然氣運(yùn)輸管線的壽命。把上述兩種方式組合運(yùn)用，才能實(shí)現(xiàn)最大程度的對(duì)石油天然氣管線的防護(hù)。目前，陰極保護(hù)已經(jīng)大量使用在石油天然氣管道中，不僅控制了腐蝕問題，還能降低管道管理的綜合成本。

2.1.2 改善腐蝕環(huán)境

復(fù)雜的石油天然氣管線及其鋪設(shè)環(huán)境對(duì)管線腐蝕產(chǎn)生了很大危害。由于天然氣管道大多埋藏于土中，土壤中的化學(xué)成分會(huì)直接影響到管道，在土壤中的電解質(zhì)、氧化物共同作用下，能夠腐蝕管道表面，隨著管道使用年限增長，腐蝕情況日益加重。因此，在一些石油天然氣運(yùn)輸管道腐蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域，可以通過改善當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境等方式，降低環(huán)境對(duì)石油天然氣管道的腐蝕。比如，在油田石油天然氣管線鋪設(shè)附近采用脫水和調(diào)整土壤pH值等方法，最大限度減少管線鋪設(shè)周圍土層的侵蝕影響，進(jìn)而發(fā)揮保護(hù)油田天然氣管線的功能。但是，利用改善腐蝕環(huán)境來減少管道受侵蝕程度，局限性太大，操作成本過大，可行性較低。所以，這個(gè)辦法通常在無法使用其他方法的地方可采用。

2.1.3 緩蝕劑防腐

石油天然氣輸送管道外壁防腐的重要方式之一就是添加緩蝕劑防腐劑，這種方法造價(jià)低，成本小，可行性高。同時(shí)，通過加入緩蝕劑防腐劑可以有效降低因石油天然氣儲(chǔ)運(yùn)管線外部破裂所產(chǎn)生的不良后果，從而增加石油天然氣管道的使用壽命。在中國西南地區(qū)酸性天然氣田集輸管線都需要定期涂刷緩蝕劑來降低銹蝕速度。不過，在涂抹緩蝕劑的時(shí)候，必須按照現(xiàn)場土地要求以及油田燃?xì)夤芫€狀況來選用適用的緩蝕劑，力求用最少的緩蝕劑實(shí)現(xiàn)油田燃?xì)夤芫€最大防腐功效。其次，使用緩蝕劑可能對(duì)運(yùn)輸管線的性能造成不良影響，所以要針對(duì)管線具體的材料和技術(shù)參數(shù)選用有針對(duì)性的緩蝕劑。

2.2 健全和完善石油天然氣管道安全管理法律法規(guī)

油氣管道安全管理需要進(jìn)行有效的監(jiān)管，必須建立完備的法律法規(guī)，依靠法律提高管道建設(shè)的質(zhì)量，強(qiáng)化管道管理維護(hù)工作，規(guī)范管道的管理，做到定期維護(hù)、檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)。從整體上看，目前我國的油氣安全管理還沒有全面落實(shí)法律法規(guī)，主要原因是政府盡管出臺(tái)了《石油天然氣管道保護(hù)法》，對(duì)施工經(jīng)營單位的權(quán)力與責(zé)任做出了界定。但在實(shí)際執(zhí)行過程中，并沒有通過相應(yīng)的立法對(duì)項(xiàng)目施工、經(jīng)營具體操作的權(quán)力進(jìn)行明確，因此有必要補(bǔ)充、健全并實(shí)施相應(yīng)的規(guī)章制度，以推動(dòng)安全管理水平的不斷提高；其次，要通過立法進(jìn)行規(guī)范管理，嚴(yán)格控制管道從建設(shè)到運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)懲違法違規(guī)行為，確保油氣管道安全管理工作的順利開展和有效實(shí)施。

2.3 借鑒檢測和定位泄漏位置的新方法

針對(duì)天然氣管道中水合物堵塞或泄漏問題，相關(guān)企業(yè)要學(xué)習(xí)借鑒國際上研制的一系列先進(jìn)的檢測和定位方法。例如：文獻(xiàn)[2]提出了一種基于Tikhonov正則化的天然氣管道正常運(yùn)行條件下的部分堵塞檢測理論方法。根據(jù)瞬態(tài)過程可以得到具體的堵塞參數(shù)觀測數(shù)據(jù)的相對(duì)計(jì)算誤差大部分小于5%。文獻(xiàn)[3]研究了一種基于傳播規(guī)律的天然氣管道泄漏檢測定位新方法。文獻(xiàn)[4]提出了一種基于被動(dòng)聲學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)行了數(shù)值模擬研究和作品分析接收到的信號(hào)強(qiáng)度，這樣可以在水下獲得天然氣管道漏孔的位置和泄漏孔的大小。文獻(xiàn)[5]利用光纖布拉格光柵壓力傳感器設(shè)計(jì)了一種基于負(fù)壓波的管道泄漏檢測系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的負(fù)壓波檢測技術(shù)相比，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的泄漏定位精度和更小的泄漏量檢測。文獻(xiàn)[6]利用鋯鈦酸鉛傳感器測量管道泄漏引起的應(yīng)變變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，定位誤差和可重復(fù)定位精度分別為2%和4%。然而，這些方法都不能同時(shí)檢測和定位天然氣管道中的水合物堵塞和泄漏。在之前的研究中，文獻(xiàn)[7]提出了一種主動(dòng)聲激勵(lì)技術(shù)，可以同時(shí)檢測和定位多重水合物堵塞和管道泄漏。通過向管道內(nèi)發(fā)射脈沖聲波并對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了水合物堵塞和泄漏的檢測和定位。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于小波包分析和混沌特征分析的“能量模式”方法來區(qū)分這兩類異常事件。

3 結(jié)語

石油天然氣作為我國國民經(jīng)濟(jì)的一大承重梁，對(duì)于資源利用，城市化建設(shè)有著重要影響。管道安全管理能夠有效的提高石油天然氣管道的運(yùn)行效率，避免重大事故。同時(shí)，天然氣管道運(yùn)輸安全問題又事關(guān)廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。鑒于此，當(dāng)前天然氣管道安全管理工作仍需進(jìn)一步完善與優(yōu)化，其中包含建立健全石油天然氣管道保護(hù)法律法規(guī)，科學(xué)有效的解決和預(yù)防石油天然氣管道存在的相關(guān)問題，以確保石油天然氣管道安全管理水平有效提高，為石油天然氣的使用提供安全保障。