廣東化工2013年第10期. 84.www.gdchem.com第40卷總第252期天然氣集輸管線失效原因分析田甜(中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院，重慶4006)[摘 要]天然氣是含有多種物質(zhì)的混合物，在集輸過程中相當(dāng)困難，對(duì)其輸送管線失效原因進(jìn)行了深入的分析。天然氣集輸管線失效的形式主要有管線及設(shè)備堵塞，使得管輸效率降低甚至停輸:管線泄露不但會(huì)引起火災(zāi)甚至爆炸，而且污染環(huán)境。結(jié)合管線在集輸中失效的形式，對(duì)失效原因進(jìn)行合理的分析，以便減少經(jīng)濟(jì)損失。[關(guān)鍵詞]天然氣:失效原因:蠕變破壞[中圖分類號(hào)]TQ[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)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天然氣管道的輸送介質(zhì)屬于易燃、易爆物質(zhì)，介質(zhì)中含有的在天然氣集輸管線中，各種腐蝕都存在。就起腐蝕機(jī)理來說，硫化氫、二氧化碳、游離水、粉塵等雜質(zhì)中，使敷設(shè)的管道處于最大的腐蝕要數(shù)電化學(xué)腐蝕。金屬的電化學(xué)廣蝕的產(chǎn)生，是由于內(nèi)外腐蝕條件，加上環(huán)境、地質(zhì)、氣象和水文災(zāi)害、管材及設(shè)計(jì)金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)所形成的腐蝕原電池的電極反應(yīng)的結(jié)缺陷、操作失誤乃至人為破壞等因素，管道的安全受到眾多因素的威脅。對(duì)天然氣集輸管線進(jìn)行系統(tǒng)的分析，找出失效的原因，分別形成陰極區(qū)和陽極區(qū):陽極部分將失去電子而發(fā)生溶解，陰.及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，以便減少經(jīng)濟(jì)損失。下面對(duì)其分類進(jìn)行系統(tǒng)分析。極部分只起傳遞電子的作用而并不腐蝕。金屬的電化學(xué)腐蝕絕大1失效主要因素多數(shù)是金屬同水溶液相接觸時(shí)發(fā)生的腐蝕過程。水溶液中除了其天然氣集輸管線失效的主要因素大致可以分為:管道直接破它離子外，總是存在H+和OH-離子。這兩種離子含量的多少由壞因素，污垢及天然氣水合物因素，設(shè)計(jì)工藝與施工缺陷因素，溶液的pH值表示。金屬在水溶液中的穩(wěn)定性不但與它的電極電集輸設(shè)備與設(shè)施因素，安全附件因素，人員及安全管理因素，環(huán)位有關(guān)，還與水溶液的pH有關(guān)。1.1.2韌性破壞境因素韌性破壞是指管道壁承受過高的應(yīng)力，達(dá)到了器壁材料的強(qiáng)1.1 管線直接破壞因素度極限，從而發(fā)生斷裂破壞。在外力作用下引起變形和破壞的過1.1.1 腐蝕破壞腐蝕是指材料與其所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生作用而引起材料變程大致可以分為彈性變形階段、塑性變形階段和斷裂階段。這種質(zhì)、破壞和性能惡化的現(xiàn)象21。由于集輸管線管線內(nèi)部含有硫化破壞將直接導(dǎo)致管線斷裂而失效，是非常危險(xiǎn)的。氫、二氧化碳的酸性氣體，它們?cè)谂c水結(jié)合后就會(huì)產(chǎn)生酸，同時(shí)產(chǎn)生韌性破壞的原因:管道的韌性破壞只有在管壁整個(gè)界面也在物理因素(應(yīng)力，振動(dòng)，壓力)的結(jié)合下，對(duì)管線進(jìn)行內(nèi)腐蝕。上材料都處于屈服狀態(tài)下才會(huì)發(fā)生。主要原因有管道超壓運(yùn)行，另外，管線在大氣自然環(huán)境下也會(huì)發(fā)生析氫析氧腐蝕，對(duì)管線進(jìn)材料選型不合格，維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)。行外部腐蝕，使管線發(fā)生泄漏。主要表現(xiàn)為腐蝕穿孔，應(yīng)力開裂1.1.3 脆性破壞脆性破環(huán)是指管道在破裂時(shí)沒有顯著的塑性變形，破裂時(shí)管目前天然氣集輸管線及其附屬設(shè)備主要都是金屬制造，金屬壁的壓力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的強(qiáng)度極限，有的甚至還低于材料的屈服極限。其特征是脆性破壞時(shí)，無明顯外觀變化和預(yù)兆，壁厚也腐蝕占主要的部分。按照金屬腐蝕分類，腐蝕可以分為:無變薄。但是發(fā)生脆性斷裂時(shí)，速度極快，高達(dá)1800 m/s(1)按腐蝕機(jī)理:物理腐蝕，化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕:脆性破壞的原因主要有兩個(gè)。一是溫度的影響。鋼管在低溫(2)腐蝕環(huán)境:介質(zhì)腐蝕，海水腐蝕，土壤腐蝕;(3)腐蝕破壞形態(tài):均勻腐蝕(全面腐蝕)，局部腐蝕(電偶腐蝕、下或一定溫度范圍內(nèi)，它的沖擊韌性將急劇下降。二是裂紋的影孔蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕、縫隙腐蝕等)，斷裂腐蝕(應(yīng)力腐響。當(dāng)管道或者設(shè)備元件產(chǎn)生裂紋，其尖端前緣產(chǎn)生很高的應(yīng)力由、疲勞腐蝕)，氫腐蝕(氫鼓包、氫脆、脫碳滲碳)，晶間腐蝕。峰值，且應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生變化，變?yōu)槿蚶鞈?yīng)力。此時(shí)強(qiáng)度將大大的降低，裂紋缺陷尺寸達(dá)到-定值后，極易發(fā)生脆性斷裂。按照材料腐蝕分類，腐蝕可以分為:1.1.4疲勞破壞j黑色金屬(鋼、鑄鐵)化學(xué)腐蝕疲勞破壞是指管壁在反復(fù)加壓和泄壓過程中受到的交變載荷金屬材料有色金屬(鋁、銅等非鐵基材料)電化學(xué)腐蝕的長(zhǎng)期作用，沒有經(jīng)過明顯的塑性變形而導(dǎo)致斷裂的一-種破壞形式。疲勞破壞是導(dǎo)致的斷裂是突然發(fā)生的，因此具有很大的危險(xiǎn)無機(jī)非金屬材料」水泥水泥一→化學(xué)腐蝕(酸、堿)(傳統(tǒng)硅酸鹽材料)(耐火材料其破壞特征是破壞時(shí)沒有明顯的塑性變形。一般是疲勞裂紋穿透管線發(fā)生泄漏失效。其破壞原因可以分為有機(jī)高分子材料塑料、橡膠、一濕氣、臭氧、射線輻射〉在在局部高應(yīng)力接管，轉(zhuǎn)有發(fā)其他兒可形決不處工經(jīng)中纖維等成一物理腐蝕(溶解、溶脹、滲存在局部高應(yīng)辦(如接管，轉(zhuǎn)角及其他兒何形狀不連續(xù)處，在焊縫透。環(huán)境應(yīng)力開裂)附近以及缺陷處會(huì)應(yīng)力集中)，其蜂值應(yīng)力會(huì)超過材料的屈服極限，復(fù)合材料鋼筋混凝土， 玻_。具有可設(shè)計(jì)性:通過基體和增隨著裁荷的周期性變化。該部位將會(huì)產(chǎn)生很大應(yīng)力變化。外部因璃鋼、鋼塑復(fù)合強(qiáng)材料的選擇、匹配、復(fù)合工素:管線存在著反復(fù)交變載荷，這種形式是變化幅度較大的非對(duì)(龐大的材料體系)管等藝等手段進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制，以標(biāo)循壞較何。最大限度滿足使用性能要求和1.1.5蠟受破壞高溫下，其組織會(huì)發(fā)生明顯的變化，晶粒長(zhǎng)大、環(huán)境條件要求。珠光體和某些合金成分有球化或團(tuán)繁狀傾向，鋼中碳化物還能析出石i墨等，省時(shí)建能現(xiàn)端的品司開發(fā)成疏物中有化物還能析[收稿日期] 2013-04-16[作者簡(jiǎn)介]田甜(982), 女，工程師，本科，主要從事城市燃?xì)?、油氣?chǔ)運(yùn)及天然氣相關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)工作。2013年第10期廣東化工第40卷總第252期www.gdchem.com.83.2系統(tǒng)存在的問題3改進(jìn)措施(1)送洗氨廢水量不易控制。 此工藝將廢水自動(dòng)調(diào)節(jié)閥安裝到(1)穩(wěn)定洗氨廢水量。將廢水自動(dòng)調(diào)節(jié)閥安裝到送酚氰污水處送洗氨的廢水管道上，而送酚氰污水處理站的廢水用手動(dòng)調(diào)節(jié)。理站的廢水管道上，流量計(jì)安裝到送洗氨的廢水管道上，實(shí)現(xiàn)利在進(jìn)蒸氨塔原料氨水量波動(dòng)時(shí)，經(jīng)常造成送洗氨的廢水量波動(dòng)，用自動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度大小來控制送酚氰污水處理站的廢水量而穩(wěn)影響洗氨效果。(2)送酚氰污水處理站的廢水溫度冬季偏低。由于新疆冬季氣定洗氨的廢水流量，達(dá)到了送洗氨廢水量穩(wěn)定在35 m/h的要求。(2)酚氰污水處理站廢水溫度的控制改進(jìn)。在富/廢水換熱器換溫較低，在冬季通過廢水冷卻器一段冷 卻后的廢水經(jīng)均和池配水完熱后的廢水管道上接旁通引到送酚氰污水處理站的廢水管道稀釋后，不能滿足酚氰污水處理站細(xì)菌繁殖所需的溫度25~32 C,上，進(jìn)入冬季生產(chǎn)時(shí)將此管道稍開與廢水冷卻器一 段冷卻后的廢需通過蒸汽加熱，不但浪費(fèi)資源又增大成本消耗。水共同送到酚氰污水處理站，使均和池配水后的溫度有20-25 C(3)分縮器冷卻水經(jīng)常翻液，溫度波動(dòng)大84~96 C.由于分縮提高到了30~32 C，不但解決了廢水溫度偏低的現(xiàn)象，且節(jié)約了器冷卻水退水管道落差大，當(dāng)冷卻水進(jìn)水量增大時(shí)，管道內(nèi)水發(fā)資源又降低了成本消耗。生汽化產(chǎn)生氣阻，造成冷卻水退水不暢而發(fā)生分縮器經(jīng)常翻液，(3)加裝排汽放散管，解決分縮器翻液。在分縮器原有冷卻水平均每班發(fā)生2~3次退水管道上加裝2.0 m高DN80的放散管(保持常開),解決了退水(4)蒸氨塔項(xiàng)壓力波動(dòng)大14 -30 kPa.由于氨氣經(jīng)分縮器冷卻管道產(chǎn)生氣阻的現(xiàn)象，保證了冷卻水退水的暢通，溫度可穩(wěn)定在，濃縮后還帶有冷凝液，而入氨分解爐的氨氣管道有一段U 型彎，87~90C，使用6個(gè)月以來再未發(fā)生過翻液現(xiàn)象。冷凝液易積在管道內(nèi)，造成氨氣通行不暢而引起蒸氨塔頂壓力波(4)加裝水封排液裝置，保證入爐氨氣管道暢通，解決冷凝液動(dòng)，波動(dòng)范圍較大在14 -30 kPa.被帶入氨分解爐的問題。由于蒸氨塔頂部壓力波動(dòng)范圍在14~30(5)氨分解爐爐膛溫度和催化床溫度波動(dòng)大。氨氣經(jīng)分縮器冷kPa,根據(jù)管道水封高度的計(jì)算要求，按最大壓力30 kPa來計(jì)算卻濃縮后進(jìn)入氨分解爐焚燒，由于入爐氨氣管道冷凝液的堆積，水封高度:造成入爐氨氣量忽大忽小，且?guī)в欣淠M(jìn)入氨分解爐，造成催h(yuǎn)=-30000m化床溫度波動(dòng)大750-1100C,為了穩(wěn)定催化床溫度而經(jīng)常造成煤ρxg? 1000x9.8氣流量調(diào)節(jié)閥大范圍調(diào)節(jié)，使得爐膛溫度也隨之波動(dòng)，氨氣平均按工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程要求，水封高度為最高工作壓力的每周放散2-4次(6)氨分解爐爐膛測(cè)溫?zé)犭娕家讚p壞。由于入爐氨氣帶有冷凝.5倍，所以取水封高度h=3x1.5=4.5 m。水封加裝好后，要求班液進(jìn)入氨分解爐而滴到爐膛測(cè)溫?zé)犭娕忌?，造成熱電偶?jīng)常炸裂，組操作人員加強(qiáng)對(duì)水封的操作及維護(hù)，每?jī)尚r(shí)對(duì)水封排液情況平均每?jī)稍戮鸵鼡Q一次。進(jìn)行檢查，確保管道內(nèi)冷凝液及時(shí)排除，保證氨氣管道暢通。表1 2012年6 月蒸氨、氨分解數(shù)據(jù)Tab.1 Ammonia, ammonia decomposition data in June 2012原料氨水處理蒸氨塔頂部 蒸氨塔頂壓 分縮 器頂部廢水含揮發(fā)氨廢水含全氨催化床溫量(m-h*)_溫度/C !力Pa溫度/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結(jié)論全氨達(dá)到了小于200 mg/L以下。通過以上措施的實(shí)施，取得了明顯的效果。滿足了洗氨所需廢水量的穩(wěn)定和送酚氰污水處理站廢水溫度的保證。最為明顯的參考文獻(xiàn)是分縮器以前每班都發(fā)生2~3次的翻液，經(jīng)改造后半年以來的運(yùn)[1]李忠順.化產(chǎn)工藝學(xué)[M].河北:冶金工業(yè)出版社，1992.行中未發(fā)生過翻液現(xiàn)象。由表1中數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)對(duì)蒸氨、氨[2]張弓.蘭州化學(xué)工業(yè)公司化工學(xué)校等合編.化工原理[M].北京:化學(xué)分解工藝設(shè)備優(yōu)化改造后蒸氨塔頂部壓力可以穩(wěn)定在17-20 kPa;工業(yè)出版社，1980氨分解爐催化床溫度穩(wěn)定在了940-1080 C,氨氣可以完全入爐分[3]肖瑞華.煉焦化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2008.解，沒有出現(xiàn)過由于溫度的異常而放散:氨分解爐爐膛測(cè)溫執(zhí)電偶有以前的一個(gè)月或兩個(gè)月就損壞一只，而經(jīng)改造后運(yùn)行半年以(本文文獻(xiàn)格式:王紅領(lǐng).蒸氨、氨分解工藝設(shè)備優(yōu)化改造[J].廣來未更換過。通過現(xiàn)場(chǎng)的跟蹤經(jīng)優(yōu)化改造以來洗氨、蒸氨、氨分東化工，2013, 40(10): 82-83)解系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，氨汽入爐率大于99 %以上，送生物脫酚廢水含(上接第85頁)1.7環(huán)境因素原因。針對(duì)失效的形式，需要對(duì)失效原因進(jìn)行合理的分析。發(fā)現(xiàn)1.7.1自然環(huán)境危險(xiǎn)有害因素失效的主要因素類別，及時(shí)進(jìn)行處理，以便減少經(jīng)濟(jì)損失。主要包括: (1)地震: (2)滑坡、 崩塌: (3)地面沉降: (4)臺(tái)風(fēng):(5)雷電: (6)低溫: (7)洪水。這些可以直接怕壞天然氣管道的正常穩(wěn)定狀態(tài)，從而導(dǎo)致管線直接或者間接地出現(xiàn)損毀，斷裂，泄露。[1]劉鐵嶺，王晗，苗振寶，集輸作業(yè)人員HSE培訓(xùn)教材[M].北京:中國(guó)1.7.2社會(huì)環(huán)境危險(xiǎn)有害因素主要包括: (1)無意破壞:在管道附近甚至管道上修建公路、石化出版社，2009.房屋、建(構(gòu))筑物等設(shè)施，或進(jìn)行開挖溝渠、打井等作業(yè)，造成[2]楊筱蘅，油氣管道安全工程[M].北京:中國(guó)石化出版社，2005.嚴(yán)重占?jí)郝竦毓艿溃黾庸艿赖呢?fù)荷，破壞了管道的恒壓狀態(tài):[3]彭春波，薛傳華。石油天然氣長(zhǎng)輸管道腐蝕檢測(cè)修復(fù)及防范探討[J].長(zhǎng)(2)有意破壞:盜、扒管道防腐層、儀器儀表、閥門或附屬設(shè)施，江大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，7(2): 237-239.在管道上開孔盜油、盜氣，或者人為蓄意破壞管線設(shè)施等。[4]方東曉.影響天然氣管道安全的危害因素分析及對(duì)策探討[].上海煤氣，2008, 3: 38-41.2結(jié)論集輸管線失 效的形式主要有管線及設(shè)備堵塞，使得管輸效率(本文文獻(xiàn)格式:田甜.天然氣集輸管線失效原因分析[J].廣東降低甚至停輸;管線泄露爆炸產(chǎn)生火災(zāi)，污染環(huán)境，直接停產(chǎn)?；?，2013， 40(10): 84-85)其影響是很大的，不僅造成巨大財(cái)產(chǎn)損失，而且可能危害到生態(tài)環(huán)境。所以必須對(duì)天然氣集輸管線進(jìn)行系統(tǒng)的分析，找出失效的