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天然气管道泄漏的危害,天然气管道泄露的原因分析

发布时间:2015-11-11   点击次数:2412次

由于管内天然气的不断冲刷,温度、压力、振动、季节变化,地质变化,人为等因素的影响,使天然气输送管道不可避免地会发生密封失效的问题,如不及时处理,密封失效的程度将会扩大,导致天然气大量泄漏,造成能源物料流失、污染环境,重则引起火灾、爆炸、中毒、伤亡等恶性事故,严重威胁着天然气输送管道正常运行。因此,泄漏的预防及在动态条件下及时有效地消除泄漏是天然气管道输送管理工作的重要内容。文章描述了天然气管道泄露的危害和检测的方法,分析了天然气输送管道中生产泄漏的原因,介绍了在不影响正常操作的条件下,消除泄漏的动态密封技术,论述了天然气输送管道上法兰泄漏、直管泄漏、三通泄漏、弯头泄漏及填料泄漏的具体消除手段。

一、天然气管道泄漏的危害

天然气管道的泄漏不仅危害城市居民的生命安全,而且对自然环境的影响也不可小视,并且其巨大的破坏性所造成的损失也是不可小觑的。天然气管道泄漏对于管道途径的各个区域都具有一定的危险性,尤其是天然气的各个处理站区域,均属于管道泄漏的高危区域,一旦发生爆炸,对于站点的工作人员将是极其危险的,不仅天然气爆炸的冲击会造成人员伤亡,其对其他设备及建筑的破坏也是造成人员伤亡的主要方式。天然气管道在城市内的泄漏对于城市居民的威胁性也是极大的,城市建筑密集,且各种管道的铺设也相互关联,燃气管道发生爆炸,除爆炸本身对居民生财产安全的危害以外,对地下其他管线及城市建筑物的破坏,极有可能造成连锁反应,扩大伤害的影响,也给城市居民日常的生活带来极大不便。天然气虽然作为一种清洁能源被广泛使用,但天然气管道在运输中发生泄漏引发的大面积爆炸还可能会导致部分其他有害气体被释放到空气中,造成空气的污染以及气候环境的破坏。而如果在工业密集的区域发生天然气管道泄漏引起的爆炸,将可能对工厂工作人员生命造成危害,对工业设备造成破坏,并且严重影响工业生产,相对更加危险的化工厂收到波及还可能导致化工原料的泄漏,带来更大的威胁。因此天然气管道泄漏的防范与检测是天然气生产与使用中的重中之重。

二、天然气管道泄露的检测方法

随着天然气的使用越来越广泛,针对天然气管道泄露的检测也在不断的革新,并且科技成分的融入也不断加大。目前天然气管道泄漏检测的方法有很多种,大致可以分为基于物理原理检测与计算机数据分析检测两类。

1.基于物理原理的检测方法也可以成为硬件检测法:

主要是通过对天然气管道区域的物理数据的监测以及硬件监测设备的安装,来实现对天然气泄漏情况的监测。常用方法主要包括直接观察法、探测球法、半渗透检测管法三种。

1)直接观察法:

主要是依靠有经验的管道工人或经过训练的运物进行管道巡查。通过对天然气管线进行准确的察看或听以此来判断天然气管线是否存在泄漏情况,这种检测方法较为直接,但是不能对管线进行准确的连续检测,发现泄漏的实时性生较差。

2)探测球法:

是近二十年出现的一种基于多项科技领域发展起来的新技术,它的应用原理是指将探测球沿管线内进行探测,利用超声技术或漏磁技术对天然气管道的各类情况进行检测和分析,并形成大量数据,将这些所得的数据结合实际情况进行事后分析,以此来判断天然气管线是否被腐蚀、穿孔等,通过该方法进行检测,可以达到准确率高的程度,但是该检测方法只能是间断进行,在检测的过程中,检测球容易发生堵塞、停运等事故,并且这种检测方法较高。

3)半渗透检测管法:

是一种检测准确率相对较高的方法。这种检测方法是基于扩散原理为基础的,主要元件是一根半渗透检测管,在检测管内部含有一定的成分,这种特殊的成分能够对天然气和石油等具有很高的渗透率,却不透水,这样就使得检测的准确进一步增加,一旦检测管周围发生一定的油气泄漏,这时所泄漏的油气就分渗入到检测管中,在检测管的一端连有抽气泵,持续地从管内进行抽气,并将所抽取的气体进入烃类检测器,如果检测到有一定的油气存在,则说明有泄漏事件发生。

2.计算机数据分析检测法:

主要是通过计算机系统对天然气管道中采集的各项数据进行分析,根据其分析结果检测是否有泄漏发生以及对泄漏位置进行确定,其主要参考分析数据包括管道内的流量、压力、温度等等。其中基于压力数据的检测方法有压力点分析法和压力梯度法。压力点分析法主要是通过在管道上设置压力检测点,通过压力点采集的压力数据变化,利用计算机进行分析,当压力变化超出范围时系统便会报警,并通过数据分析进行泄漏点的定位。而压力梯度法同样是通过设置压力检测点进行数据采集,不同的是压力梯度法主要是通过压力数据的梯度线的变化,来检测泄漏的发生以及定位泄漏点。

三、天然气管道泄漏的原因分析

在天然气管道输送过程中,常发生泄漏的部位是管道上的连接部位、焊接部位、流体的转向部位及采用填料密封部位等。

1.连接部位泄漏

连接部位是指为了检修或更换零部件而在设备或管道上设置的可拆卸性构件。最常见的连接部位有法兰连接和螺纹连接:

1)法兰连接部位泄漏:

法兰连接密封是天然气管道输送中应用最广泛的一种密封结构形式。这种密封形式一般是依靠其连接螺栓所产生的预紧力,通过各种固体垫片或液体垫片达到足够的工作密封比压,来阻止被密封流体介质的外泄,属于强制密封范畴。法兰连接主要存在三种泄漏形式:

1)界面泄露:密封垫片压紧力不足、法兰结合面上的粗糙度不恰当、管道温差变形、机械振动等都会引起密封垫片与法兰面之间密合不严而发生泄漏。

2)渗透泄漏:压力介质通过密封垫片内部的微小间隙而产生的一种泄漏形式。

3)破坏泄露:破坏泄漏是由于安装质量欠佳而产生密封垫片压缩过度或密封比压不足而发生的泄漏

2)螺纹连接部位泄漏:

螺纹部位泄漏是由于所使用的缠绕填充材料经过长期使用后,出现老化、龟裂、变质,塑隆变形和回弹力下降,造成填充材料与丝扣之间密合不严而发生泄漏。

2.焊接部位泄漏:

主要是由于焊接过程中的焊接不到位、操作失误等等一些问题导致焊接部位出现气孔或裂缝等,造成天然气的泄漏。

3.流体转向部位泄漏:

主要是由于流体在管道中高速运动,在其转向时对转向部位会造成巨大的冲击力,可能导致管道的穿孔,造成天然气泄漏。

四、消除天然气泄漏的动态密封技术

机具总成示意图

目前,我国用于处理天然气输送管道泄漏采用的方法是“注剂式带压密封技术”〔1〕。即将密封注剂强行注射到夹具与泄漏部位部分外表面所形成的密封空腔内,迅速地弥补各种复杂的泄漏缺陷,在注剂压力远远大于泄漏介质压力的条件下,泄漏被强行止住,密封注剂自身能够维持住一定的工作密封比压,并在短时间内由塑性体转变为弹性体,形成一个坚硬的、富有弹性的新的密封结构,达到重新密封的目的。注剂式带压密封技术机具总成包括:夹具、接头、注剂旋塞阀、高压注剂枪、快装接头、高压输油管、压力表、压力表接头、回油尾部接头、油压换向阀接头、手动液压油泵等组成,如图1所示。该技术的特点是:不用停产、停气,属于在线修复技术;安全可靠,适用于易燃易爆介质泄漏的处理;适应性强,无需对泄漏部位进行处理,不破坏原有的密封结构;具有良好的可拆性;可处理泄漏介质的最高温度为800,最低温度为-186,最高泄漏介质压力为30MPa

五、天然气管道泄露的处理方法

1.法兰泄漏的处理方法

1)法兰泄漏测绘:法兰泄漏的测绘包括泄漏法兰的外圆直径;泄漏法兰的连接间隙,至少要测量4个点;泄漏法兰副的错口量;泄漏法兰外边缘到其连接螺栓的最小距离。泄漏法兰副的宽度;泄漏法兰连接间隙的深度;泄漏法兰连接螺栓的个数和规格。

2)钢带围堵法:当两法兰之间的连接间隙不大于8mm,输送的天然气压力小于2.5MPa,可以采用钢带围堵法进行动态密封作业。供这种钢带拉紧器使用的钢带厚度为0.5mm,宽为25mm。钢带拉紧器用于法兰动态密封作业安装后情况,目前钢带拉紧器所使用的钢带已有商品出售。

3)凸形法兰夹具法:凸形法兰夹具是“注剂式带压密封技术”中应用最广泛的一种夹具。根据我国目前法兰夹具的设计及现场应用情况,这种凸形法兰夹具又可分为标准法兰夹具、偏心法兰夹具、异径法兰夹具、局部法兰夹具、孔板法兰夹具等等。用户可根据天然气管道泄漏法兰的尺寸、两法兰的连接间隙、两法兰的同轴度来设计选择。

2.直管段泄漏的处理方法

 1)直管泄漏的测绘:直管泄漏需要测绘的现场数据有:泄漏管道的外径;泄漏直管的错口量;泄漏缺陷的几何尺寸;检查并记录泄漏部位管道的壁厚,必要时应进行壁厚检测,以便在夹具设计时采取相应的保护措施,避免在动态密封作业时发生失稳现象。

2)直径较小管段泄漏的处理:泄漏管道的直径小于DN80,可以设计方形夹具进行动态密封作业。

3)直径较大管段泄漏的处理:泄漏管道直径大于DN80,则应当设计制作圆形夹具。

4)大管径局部泄漏的处理:该法只密封天然气管道泄漏区域的有效部分。

5)直管螺纹连接泄漏的处理:该法是利用G形卡子的特殊功能来实现的。具体步骤是,首先将G形卡子固定在螺纹泄漏部位的外表面上,G形卡子上的顶丝顶紧,然后通过顶丝的内孔,用约?3mm的长钻头钻透管壁,引出天然气后,安装高压注剂枪,然后按程序进行作业即可。

3.弯头泄漏的处理方法

(1)弯头泄漏的测绘:弯头泄漏需要测绘的现场数据有:泄漏弯头的外径;泄漏弯头的内外弯曲半径,确定弯头的形式;泄漏缺陷的几何尺寸。

(2)直径较小弯头泄漏的处理:泄漏弯头直径小于DN80,可以设计整体弯头夹具进行动态密封作业。

(3)直径较大弯头泄漏的处理:泄漏弯头直径小于DN100,可以设计焊制弯头夹具进行动态密封作业。

4.三通泄漏的处理方法

1)三通泄漏的测绘:三通泄漏需要测绘的现场数据有:泄漏三通的外径,应测三处,主管两处,支管一处,分别记录为DD′和D;泄漏缺陷的几何尺寸b

2)直径较小三通泄漏的处理:泄漏三通直径小于DN80,可以设计整体三通夹具进行动态密封作业。

3)直径较大三通泄漏的处理:泄漏三通直径小于DN100,可以设计焊制三通夹具进行动态密封作业。四通泄漏处理的方法与三通相似。

5.填料泄漏的处理方法

当天然气输送管道上的填料部位发生泄漏时,可以采用一种非常简便的G形卡具处理法,其动态密封作业的程序是:

1)泄漏阀门填料盒尺寸选择G形卡具型号;

2)试装,确定钻孔位置,并打样冲眼窝;

3)用10mm的钻头在打样冲眼窝处钻一定位密封孔,深度按G形卡具螺栓头部形状确定;

4)安装G形卡具,检查眼窝处的密封情况;

5)用3mm的长杆钻头将余下的填料盒壁厚钻透,引出泄漏介质;

6)安装注剂专用旋塞阀及高压注剂枪进行注剂作业。

注:目前G形卡具的商品规格有三种,即大、中、小三个型号。作业时根据泄漏阀门填料盒的外部尺寸,可选择不同型号的G形卡具。

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