集气站常见泄漏原因分析与治理技术探讨

集气站常见泄漏原因分析与治理技术探讨
作者：雷富海张沂马海军
来源：《中国科技博览》2016年第29期
[摘要]本文首先对集气站设备和其连接形式进行简要介绍，总结出集气站主要的泄漏的形式，对每种泄漏的原因从理论和实际两方面进行了分析，并对每种泄漏提出了相应的处理措施。

[关键词]天然气、集气站、泄漏、分析
中图分类号：TE88 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0008-01
前言
天然气集气站的设备多，流程复杂，密封点多，泄漏的概率大。

集气站天然气一旦泄漏，小则影响正常生产，大则造成人员伤亡、环境严重污染、爆炸等恶性事故，造成巨大经济损失。

一、常见泄漏的种类
集气站的设备主要有加热炉、分离器、脱水撬、收、发球筒、阀门和附件等。

这些设备和仪器、仪表之间的连接形式主要是法兰连接、焊接和螺纹连接。

在集气站，最常漏气的位置就是静密封点处，如法兰、螺纹接口处的，但管线穿孔泄漏也时有发生，主要是管线弯头处，特别是排污管线和放空管线的弯头处，集输管线最常见的泄漏是由第三方破坏和腐蚀穿孔引起的。

常见的泄漏有以下几种：法兰之间的泄漏、管道泄漏、螺纹泄漏、阀门泄漏。

二、常见泄漏的原因分析与处理措施
（一）法兰间泄漏
法兰间泄漏也是集气站泄漏的最为主要的形式。

由于其输送介质具有腐蚀、高压以及输送过程中产生的振动等特点引起天然气管道法兰密封失效，造成泄漏，主要有以下原因：
1）密封垫片压紧力不足，法兰结合面粗燥，密封垫出现偏装，螺栓松紧不一。

2）由于脉冲流、工艺设计不合理，减振措施不到位或外界因素造成管道振动，致使螺栓松动，造成泄漏；
3）管道变形或沉降造成泄漏；
4）螺栓由于热胀冷缩等原因造成的伸长及变形，造成泄漏。

5）密封垫片长期使用，产生塑性变形、回弹力下降以及垫片材料老化等造成泄漏。

6）天然气腐蚀造成泄漏。

对于法兰泄漏，根据生产情况切换流程后，关闭泄漏处两边阀门，进行放空置换后更换缠绕式金属垫片，重新紧固。

（二）管道泄漏
（1）腐蚀引起的泄漏
1）周围介质引起的腐蚀。

这种腐蚀造成的泄漏主要出现在老管线上，随着时间的推移，管线内外壁一层层的腐蚀而剥落，最后造成大面积的穿孔，造成管道泄漏事故。

2）应力引起的腐蚀。

金属材料的应力腐蚀，是指在静拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下，使应力集中处产生破坏。

3）氧和水引起的腐蚀。

氧和水的存在是造成管道内部腐蚀的主要原因之一。

减少水的措施：定期进行清管工作。

4）氢引起的腐蚀。

天然气中所含的硫化氢遇水形成硫和氢的离子，通过与铁反应生成硫化铁和H原子。

H原子与钢中不稳定的碳化物起反应生成CH4，造成钢局部脱碳，从而产生大量的裂纹和鼓泡，使钢材变得松、脆，最后造成破毁。

（2）冲刷引起的泄漏
由于冲刷原因造成集气站泄漏的事故较多，比较容易出现此类故障的部位是管道弯头，特别是流速较快的弯头处，主要原因如下：
1）天然气流速较快，流经弯头时，对管壁产生较大的冲刷力，在冲刷力的作用下，管壁金属不断地被带走，壁厚逐渐变薄，最后造成泄漏
2）下游集气站的弯头，由于上游的硫化铁铁粉等杂质跟随管线到达下游，这些杂质的存存，加速了磨损速度。

集气站排污管线靠近排污池的弯头最容易穿孔，因为排污管线排污频繁、排污气流速度非常快，造成磨损严重，因而造成穿孔泄漏。

预防措施：
1）周期性清管，减少硫化铁铁粉。

2）根据下游用气量做好管道末端气量的储存，尤其在冬季大气量来临之前，以备用气充分，避免气流速度过快，导致管道里边扬尘，造成很大的磨损。

3）做好设计，弯头厚度要加厚。

（3）振动引起的泄漏
管道的振动使法兰的连接螺栓松动，垫片上的密封比压下降，振动还会使管道焊缝内缺陷扩展，最终导致严重的泄漏事故。

（1）管线内压力脉动引起管道的振动
气流的脉动是引起灭然气管道振动的最主要的原因，存长输天然气管道上常用压缩机给大然气加压，压缩机周期性地、间歇地进气和排气，结果引起管路内气流压力的脉动，当脉动气流存管线内传播碰到弯头、变径管、汇管以及肓板等时，管道系统受到周期性的激振力，在激振力的作用下引起管道及其附属设备的振动。

（2）压缩机的振动引起管线的振动
当压缩机工作时，由于活塞组存在往复惯性力及力矩的不平衡、旋转转惯性力及力矩的不平衡、连杆摆动惯性力的存在以及机器重心的周期性移动等各种复杂合力的作用，使压缩机工作时产生机械振动，从而引起和其相连的管道的振动。

（3）共振引起管道剧烈振动
当激振力的频率和管道以及设备的固有频率相同时，会引起管道和设备强烈的振动。

如：卡曼涡流的频率、脉动流的频率以及压缩机的振动频率和管道的固有频率相同时，会产生共振，有可能引起管子和设备的破毁。

管道减振可以通过两条途径来解决：①控制管流的压力脉动。

②调整管系的结点，改变固有频率，减少振动，避免产生共振。

（4）夹渣、气孔、未焊透、裂纹等焊接缺陷引起的泄漏
随着焊接技术的发展和施工质量以及检测手段的提高，这种焊接缺陷逐渐减少。

（三）螺纹泄漏
天然气集气站常采用的API锥管螺纹连接，锥管螺纹包括圆螺纹、偏梯形螺纹，设计锥度为1/8（半径方向），其密封是由内、外螺纹啮合的紧密程度决定的。

由于泄漏通道的存存，严重影响了API螺纹的密封性。

所以，API螺纹不具备密封能力，其密封性是通过使用螺纹脂
坦的一些固体物质（如铜、铅、锌和石墨等）来堵塞这些通道来获得的，或通过表面处理（如镀铜、锌、锡等软金属）来减小间隙。

要提高密封性能，必须有足够大的接触压力和足够小的螺纹间隙。

温度变化时，螺纹连接部位可能发生应力松弛，也可能造成接触压力下降，使密封性能下降，振动也造成螺纹连接变松。

（四）阀门泄漏
阀门由于受到天然气的温度，压力、冲刷、振动腐蚀的影响，以及阀门生产制作中存在的缺陷，阀门在使用过程中不可避免的产生泄漏。

1）连接法兰及压盖法兰泄漏，这种泄漏一般通过在降压的情况下，通过拧紧螺栓得以解决；
2）焊缝泄漏：对于焊接体球阀，有可能存在焊接缺陷，出现泄漏，这种泄漏很少见。

3）阀体泄漏：阀体的泄漏主要是由于阀门生产过程中的铸造缺陷所引起的，当然，天然气的腐蚀和冲刷造成阀体泄漏，这种泄漏常出现在调压阀上。

4）填料泄漏：阀门阀杆采用填料密封结构处所发生的泄漏，长时间使用填料老化、磨损、腐蚀等使其失效，通过更换填料或拧紧能够得以解决。

5）注脂嘴的泄漏；一般是由于单向阀失效造成的，存压力不高的情况下注入密封脂可得到解决。

结束语
为了使天然气集气站的泄漏得到有效的控制，减少泄漏，认为要从设计和管理两方面入手，才能取得较好的效果。

1）法兰连接和螺纹连接为焊接，减少漏起点和静密封点。

新建管线的主要阀门都采用焊接形式，这当然要在阀门的质量有保证的情况下进行，对主干线相连的压力表、变送器以及干线截断阀的根部阀都应采用焊接。

2）冗余设计。

对排污管线和放空管线来说，景好采用双阀设计，一阀保证密封，另一阀用来截流。

同时管线和弯头，尤其是弯头因该采取冗余设计。

3）加强日常巡检、维护和管理。

坚持两小时巡检制和点检制，巡检时对静密封点重点进行检查。

4）集气站建立可燃气体报警系统，一旦出现泄漏，可及时进行报警。

5）采用先进测量检测技术对集气站设备和管线进行检查。