天然氣管道雜質的分析與控制

王 佳

（陜西省天然氣股份有限公司，陜西西安 710061）

0 引言

隨著國內天然氣長輸管道的不斷投入使用，管道及附屬設備完好性成為了一項重要工作，特別是一些關鍵設備的完好性對管道運行起著重要作用，但是在靖西管道天然氣輸配送系統中常能發現的一種混有黑色粉末的雜質，經分析檢驗，黑色粉末雜質主要包括氧化鐵、碳酸鐵、硫化鐵、沙土、灰塵、污垢、焊渣飛濺物、潤滑油脂等雜物。此種物質的大量存在不僅嚴重影響了管道的輸氣量，降低了輸氣效率，而且導致了輸送設備的頻繁故障，嚴重影響了天然氣管道的運行安全。

1 雜質形成的原因

（1）上游來氣質量原因。上游來氣的氣體質量沒有達到國家標準GB/T 37124—2018《進入天然氣長輸管道的氣體質量要求》的要求，天然氣中硫、硫化氫、二氧化碳、水、氧氣等腐蝕介質進入管道，增加了管道母材的腐蝕可能，是導致黑色粉末雜質形成的直接原因。

（2）管道運行參數原因。管道運行的工藝參數，如壓力、流速、溫度等均會對管道母材和設施腐蝕產生影響。當天然氣中硫化氫、二氧化碳、水等雜質組分含量超出規定要求，管道和配氣系統在低于天然氣水露點的工況下運行時會出現嚴重的腐蝕問題，是導致黑色粉末雜質形成的次要因素。

（3）管道材料原因。一般可通過氣體組分控制來實現對管道的內腐蝕控制，但有時管道材料沒有達到抗硫化物腐蝕、高溫腐蝕等極端情況的要求，導致管道出現腐蝕、產生黑色粉末雜質。

（4）管道施工原因。管線建設時期，管段試壓用水未及時清除或試壓后的管道干燥不徹底，導致水長期殘留在管道底部，試壓用水腐蝕介質及泥沙含量較高，對管道形成細菌腐蝕。如果管道投運前的清管作業不到位，管道內施工殘留的物沙土、焊渣飛濺物等與天然氣中的腐蝕介質混合形成雜質。

（5）運行管理原因。場站的過濾除塵裝置精度不達標，運行過程超流速或維護保養不到位，沒有及時把運行中產生的固體腐蝕物、潤滑油脂、水合物等雜質過濾徹底，導致其進入下游管道和設備。此外還包括：管道清管作業不規范，沒有開展周期性清管作業，清管作業流程、清管裝置選用不當，導致清管質量不高，管道內雜物沒有及時被清理。

2 雜質對設備的影響

通過對靖西管道2008—2018 年運行期間設備故障調查分析，發現黑色粉末雜質多次造成分離器堵塞及排污閥損壞、計量儀表失效、調壓閥沖刷失效、往復式壓縮機氣缸磨損、離心式壓縮機葉輪磨損、球閥內漏及管道清管卡滯等故障。

2.1 對過濾分離裝置的影響

（1）立式旋風分離器主要作用是分離天然氣中少量的固體顆粒物及天然氣輸送中管壁腐蝕物等雜質。經現場維修發現黑色粉末大量沉積在分離器的底部的積污室內，導致分離器底部結塊無法通過正常排污排出，造成排污管道堵塞，排污球閥及閥套式排污閥密封件損壞漏氣。因此需要定期打開分離器人孔及排污口進行注水清洗，增加了設備的維修工作量。

（2）臥式過濾分離器的作用是通過高精度濾芯分離立式旋風分離器沒有過濾掉的更細小的固體顆粒以及液態水合物、油脂等雜物。由于濾芯的過濾精度高，微小的黑色粉末不斷沉積在濾芯表面堵塞濾芯孔隙，嚴重時會造成濾芯承壓過大變形破損過濾失效，造成臥式過濾分離器差壓增加。當差壓達到100 kPa 時要及時更換分離器濾芯，通過人孔檢查過濾分離器捕霧器是否完好。經統計靖西管道場站臥式過濾分離器每年需更換3 次，每次更換濾芯68 根，無形中增加設備維護保養的成本，且濾芯表面附著黑色粉末容易自燃，給作業帶來安全風險。分離器內黑色粉末經過排污時造成過濾分離器積液包及排污管路堵塞，排污球閥及閥套式排污閥密封件損壞漏氣。

2.2 對計量、儀表設施的影響

當黑色粉末雜質附著在流量計傳感器探頭表面，影響聲音信號與電信號的轉換，會導致探頭增益變大，造成傳感器探頭故障，數據無法采集。黑色粉末附著在流量計管壁上會造成流態分布不均勻剖面系數對稱性等指標超標。當黑色粉末附著在流量計前后直管段內壁上時，造成管壁厚度增加內徑減小，氣流速度增大，計量數據會相應偏大。

當黑色粉末雜質附著在溫度變送器套管表面時，測量溫度的響應時間延長，不能及時反應氣體溫度變化，引起計量數據偏差，當檢測溫度大于氣體實際溫度時，計量值偏小，反之計量值偏大。當黑色粉塵過多時會堵塞變送器引壓管，導致不能及時準確采集管線壓力，當檢測壓力比實際壓力高時，會造成計量值偏大，反之計量值偏小，嚴重時還會因壓力檢測反饋錯誤，引起壓力和壓降聯鎖誤動作，造成閥門關斷和設備意外停車事故。

2.3 對調壓裝置的影響

靖西管道大量應用了Fisher、RMG、荷蘭高特等廠家生產的調壓裝置。當黑色粉末進入調壓裝置會堵塞閥體中的過氣孔及引壓管，造成調壓閥指揮器檢測滯后或失效，引起調壓不穩定，壓力忽高忽低；黑色粉末通過引壓管進入調壓閥穩壓器及過濾網能，造成氣路堵塞，監控調壓失效，不能正常運行；黑色粉末顆粒在高壓氣體作用下，高速通過調壓閥閥芯，產生很強的沖刷力會損壞閥芯和閥套，造成閥芯密封失效漏氣，無法穩壓；黑色粉末附著在閥芯及閥套表面，造成閥芯卡死無法動作，當下游壓力變化時，不能起到切斷和穩壓作用，造成下游管道超壓運行，引起生產安全事故。

2.4 對壓縮機組的影響

黑色粉末雜質進入壓縮機組會造成壓縮機工藝氣濾網堵塞、損壞，增加了濾網更換頻次，增加了故障停機次數。黑色粉末雜質進入往復式壓縮機氣缸內，造成氣缸壁、活塞環、填料，活塞桿、活塞等核心部件嚴重磨損；黑色粉末雜質進入離心式壓縮機缸體，造成離心機葉輪沖刷損壞，造成設備事故；粉末與油脂混合物附著在離心機葉輪上，會造成離心機振動增大，也會引起壓縮機輸氣效率降低。黑色粉末進入離心機干氣密封裝置內，造成密封損壞，會引起離心機漏氣等事故。

2.5 其他影響

黑色粉末雜質還會造成快速截斷閥執行機構提升閥氣路通道堵塞，導致閥門無法正常操作。當黑色粉末進入球閥閥腔內造成密封面損壞內漏，或導致閥門卡阻無法正常開關。當黑色粉末大量沉積在埋地匯管后，將影響匯管流通面積無法清理。當黑色粉末在管道內沉積過多，也會導致清管器卡阻，影響清管作業。

3 雜質的控制

（1）源頭控制。在上游凈化廠控制氣體質量，減少水、硫化氫等腐蝕介質的進人管道，確保進入管道的氣體質量達到《進入天然氣長輸管道的氣體質量要求》的要求，并且在進入管道后應進行抽檢或在線檢驗，在進氣點壓力溫度下，管道中應不存在液態水和液態氫，天然氣固體顆粒應不影響輸送和利用，進入管道的氣體應使用過濾裝置，確保顆粒物粒徑不大于5 μm，在交點設定顆粒物取樣口，按照GB/T 27893—2011《天然氣中顆粒物含量的測定稱量法》要求對顆粒物分離效果進行評估。

（2）選擇合適的管道鋼材及過濾裝置。通過加注緩蝕劑、使用內涂層等措施抑制管壁發生腐蝕，降低硫化物等腐蝕物質的的產生。在輸氣管道的關鍵場站使用旋風分離器、臥式過濾分離器兩級過濾，通過旋風分離器分離大于10 μm 的固體顆粒，再用臥式過濾分離器濾掉更小尺寸的粉塵及液態物質，進一步減少進入管道的黑色粉末雜質。

（3）嚴格控制天然氣管道運行工藝參數。做好管道自身的保護措施，保證管道在氣體露點溫度以上運行。但天然氣管道往往距離長，沿途氣候條件變化大，應嚴格執行相關技術標準，嚴禁管道在氣體水露點以下輸氣，避免天然氣水合物形成。

（4）加強對管道施工期間的管理。對試壓的水質提出要求，必要時進行凈化；試壓后及時排水并對管道進行干燥；管道投產前必須進行清管，徹底清除管道內殘留沙土及施工雜物，達到相關標準的要求。

（5）定期清管。依據管道輸送氣質質量，場站分離裝置運行情況，結合管道輸送效率和輸送壓差，分析管道內黑色粉末雜物沉積的規律，確定合適的清管周期和工藝裝置，并要結合清出的雜質量，逐步調整優化清管周期。清管時應循序漸進，多階段多次作業，依據每次清出污物的數量選擇清管裝置，切勿直接使用強力磁性鋼刷清管器直接作業，避免一次清出污物量過多，導致卡堵。

（6）加強管道沿途各場站分離裝置排污操作。定期對立式旋風分離器進行排污和清洗，結合差壓參及時更換臥式分離過濾器濾芯，要求臥式分離器在差壓不超過100 kPa、濾芯過濾精度不大于10 μm 的條件下運行。

4 結論

天然氣管道內的黑色粉末雜質對設備影響較大，多次造成設備管道故障，形成安全隱患，造成經濟損失，通過對黑色粉末雜質形成的原因、對設備的影響及控制措施的分析，希望在以后天然氣管道和設備運行中能得到有效控制，確保管道設備安全平穩運行。