浅析天然气压缩机高压气管安全性能

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天然气高压气管主要由碳钢或钢管构成，该组件的运行环境为高压、高温状态，故所采用的高压气管必须具有较强的稳定性和塑韧性。

但是，受材料加工、材料处理方面的影响，可能会导致排气钢管出现弯曲、自然、爆炸等方面的问题。

所以，工作人员需重视考量高压气管的安全性能，重点分析高压气管的输配功能，从而消除爆炸而导致的安全问题。

文章围绕某一高压气管爆炸现象进行经验总结（环境压力为22MPa，工作温度为110℃），提出提升装置安全性能的方法。

一、爆管现象宏观分析
1.宏观故障分析
经外观探查后分析后发现，爆炸、变形的位置处于弯头区域，且钢管变形处有明显开裂现象。

其中，爆炸区域的长度参数为130mm、宽度为55mm，测量后爆口两侧的宽度为左侧23mm、右侧24mm，管口的直径为29.0mm；开裂部分的外翻角度为45°，弯曲部分的管壁厚度为2.60mm，且损坏区域由严重变形现象（范性形变）；管内中有大量黑色颗粒物体，当管壁爆炸发生后，内侧管壁出现明显竖直方向的加工纹路，该纹路沿着管道内壁向其余部分扩展，颜色为金属色。

2.故障发生机理
根据管道爆炸现象可得：爆炸时管道工作失效的主要原因是由于高压气管出现疲劳断裂现象。

该现象会导致管道弯曲处的气压压力明显较大，在拉伸的作用下影响了管壁的厚度参数，致使管道的韧性较差，并且内壁地出现了明显了裂纹。

在此过程中，受纵向裂纹的影响，使得管内天然气压力波动明显，且疲劳裂纹直接向管内两侧纵向拓展。

当管内承载力超过压力上限时，高压气管就会发生爆管现象。

二、爆管现象微观分析
经扫描电镜检测后发现，高压气管的横向、纵向的硬度分别为：HV294~310及HV244~265，弯管截面的硬度参数为HV240~266。

其中，所使用的钢材符合使用要求，且钢材中有部分杂物，均处于额定要求内（GV/T10561-1989）。

同时，二次电子形貌显示可明显发现管内中的黑色杂质中富有硫（3.18%）、磷（3.37%）、锌（4.44%）、镁（0.45%）、铝（0.60%）等元素。

在断裂口外观处周围可见裂纹，断裂口处的裂纹已经向内部延伸，其角度为轴线的45°，且力场分布与主应力方向大致相同。

此外，断口处具有明显的塑韧性，且断口表现为韧窝状态。

三、天然气钢管运行失效原因及优化策略
1.运行环境恶劣及优化
天然气压缩机主要由运动、工作机组及辅助系统组成。

该组件运行中会长期处于高压、高温的环境中。

有限元实验测试后发现，内、外壁所承受的应力分别为170MPa和100MPa，钢管内壁手承受的应力明显高于外壁。

在此过程中，气体会受到一定波动影响，在不规则交变应力的影响下，可能会导致钢管内部出现纵向裂纹，进而导致钢管的疲劳裂纹扩展值明显降低。

一旦内壁发生爆炸，裂纹也会快速拓展。

因此，工作人员需及时采用检测设备分析气钢管服役所承受的压力值和温度参数，若检测的温度超过临界值，需要及时调整温度，控制天
然气气压压力的波动效果，有利于控制疲劳裂纹扩展现象，以便降低钢管爆炸的几率。

同时，工作人员需注意钢管的弯曲部分，其原因是爆炸时管壁会出现明显的范性形变现象，爆炸区域呈剪切唇状态，会体现壁薄的受力现象。

因此，工作人员需使用扫描电镜检测钢管的断口部分，巩固材料的塑韧性。

2.弯管变形及优化
弯管变形的原因还可能由于粗糙加工导致，在不规范加工处理的影响下，可能会导致钢管内壁有明显粗糙加工纹路。

在压力的作用下，可能会导致钢管出现拉伸情况，一旦拉伸效果超过承载参数，可能会致使管壁壁厚明显降低，且拉伸参数明显提高。

在材料变形的影响下，可能会导致钢管中碳元素含量减少，如渗透了部分杂质。

在脆性杂质的作用下，裂纹就会出现在该部分，致使材料的韧性明显降低，且疲劳抗性大大减小。

另外，钢管内部的预应力出现变化时，材料就会产生残余应力，且在空气环境的影响下，弯曲部分就会随着气压的波动出现裂口情况，管壁外侧也会出现爆裂。

因此，工作人员需及时解决钢管内部粗糙加工的情况，同时给予管壁外部保护措施，减少管壁中硫、磷、锌元素对钢管的负面影响。

此外，需要及时调研管壁的壁厚尺寸，选择高质量、稳定性强的钢管材料，避免由于外力而产生的管壁爆裂现象。

3.裂纹扩展及优化
裂纹、变形发生的位置主要为钢管内壁处，其原因是该部分所承受的应变力较为集中，肉容易形成疲劳裂纹。

当内壁有裂纹出现时，切口部分就会产生断裂现象。

同时，在粗劣操作的影响下，钢管内壁已受到划伤，故工作人员需在钢材投入前及时统计钢材的应力情况，探讨高压钢管内杂质是否在额定标准内，也能避免裂纹发生的情况。

从宏观的角度分析，工作人员需统计钢管失效的标准，观看结晶面的扩展情况，也能减小塑性变形的发生几率。

若气体中的硫、氮、磷元素超标，可能会导致管道腐蚀现象，故需要工作人员定时复查管道的弯曲情况，一旦管道内部出现裂纹拓展状况，需及时停止使用，并采用疲劳寿命预测模型探讨材料的使用周期，以便提高钢材使用的安全性。

结束语
综上所述，天然气压缩机高压气管的安全性与材料功能、环境、人工操作等因素有关，因此工作人员需及时结合现场状况建立监督、统计机制，采用针对性的分析模型分析钢管的应力及功能性，以便消除钢管使用过程中的安全隐患。

同时，工作人员需根据材料塑韧性及疲劳性能进行协调，从而提高压缩机的功能性及安全性。

参考文献：
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[3]邢通,胡梅花.应用高完整性压力保护系统防止天然气压缩机出口管线超压[J].油气田地面工程,2018,v.37;No.320(04):86-89.
浅析天然气压缩机高压气管安全性能
万志强 中石化石油机械股份有限公司三机分公司
【摘　要】天然气压缩机装置的合理使用，能有效地将压缩机内动能转化为压力，进而巩固了装置内汽体压力。

因此，工作人员需要重视对压缩机排气钢管安全性能的测试和分析，根据已有的经验进行统计，给予防止爆炸事故的优化对策，从而提高天然气压缩机运行的稳定性。

基于此，文章重点分析了天然气压缩机高压管安全性能的整改措施。

【关键词】天然气压缩机；高压气管；安全性能。