天然氣管道運行中常見設備故障及處理對策

鄧俊超，戴智勇

（江西省天然氣集團有限公司管道分公司，江西南昌 330069）

天然氣的輸送通常通過復雜的管道網絡進行，這些管道系統(tǒng)必須保持高效運行，同時確保安全性，以滿足不斷增長的能源需求。但是天然氣管道系統(tǒng)運行中的設備故障，可能會對供應可靠性和安全性產生嚴重的影響。天然氣是一種重要的能源，用于供應居民、工業(yè)和商業(yè)部門。管道系統(tǒng)的設備故障可能導致供應中斷，對國家經濟和居民生活產生嚴重影響，管道系統(tǒng)的設備故障可能導致泄漏、火災、爆炸和其他安全風險，這對于環(huán)境保護和社會安全都構成潛在威脅[1]。

1 天然氣管道運行中常見設備故障分析

1.1 焊接問題

管道材料的質量問題，如制造過程中的缺陷或不合格材料都可能會導致焊接問題，材料問題可能包括裂紋、夾雜物、氣孔等，我國部分管道材料的化學成分及力學性能見表1。焊接過程中使用不適當?shù)募夹g、設備或焊接操作可能導致焊接問題，這包括不正確的焊接電流、電壓、速度或溫度，缺乏有效的質量控制措施可能導致焊接問題，包括不合格的焊工培訓、不足的焊縫檢查和質量保證程序[2]。管道所處的環(huán)境因素，如土壤條件、地下水位、溫度和腐蝕性介質，可能影響焊接的持久性，惡劣的環(huán)境條件可能增加焊接問題的發(fā)生率。腐蝕是管道焊接問題的一個常見原因，焊縫處的腐蝕可能導致材料減薄、開裂或破損。管道在運行過程中經歷溫度變化，這可能導致焊接材料的膨脹和收縮，從而引發(fā)焊縫開裂，管道系統(tǒng)中的設備老化可能導致焊接問題的增加，因為焊接區(qū)域可能會受到腐蝕、疲勞和應力集中的影響。不良的施工質量可能導致焊接問題，包括焊縫不足、未完全焊透、焊接殘留物等，管道系統(tǒng)中的振動和應力可能導致焊縫的疲勞和開裂。

表1 部分管道材料的化學成分及力學性能

1.2 過濾器故障

管道中的天然氣可能攜帶著各種雜質，如灰塵、泥土、腐蝕產物等。這些雜質可能在過濾器中積聚，導致過濾效率下降，過濾器堵塞可能是由于大量雜質堆積在過濾器內部，導致過濾器通道被封堵。這可能阻止天然氣正常通過過濾器，導致管道壓降和設備故障。過濾器內部的金屬部件可能受到腐蝕的影響，特別是在存在腐蝕性介質的情況下，腐蝕可能導致過濾器部件破損或腐蝕產物脫落，過濾器內部的部件可能因摩擦和磨損而失效，這可能是由于過濾材料的使用壽命到期或操作條件不當導致的[3]。過濾器的設計不合理或選擇不當也可能導致過濾器故障，例如，過濾器可能無法適應管道中的流量或無法有效去除特定類型的雜質，天然氣管道中的溫度變化可能導致過濾器部件膨脹或收縮，從而影響其正常運行。操作人員可能不按照操作規(guī)程進行操作，如不及時更換過濾器元件、維護不當或操作條件超出規(guī)定范圍等。常見的過濾器故障問題主要可以分為三種類型，分別是堵塞、泄漏以及其他故障。其中，堵塞問題占所有故障問題出現(xiàn)概率的43%，主要是由于天然氣含雜質相對較多所引起，泄漏問題占所有故障問題出現(xiàn)概率的24%，這主要是由于過濾器密封不嚴密所引起，其他故障問題占所有故障問題出現(xiàn)概率的15%，這主要是由于過濾器異常振動所引起。

1.3 管道腐蝕

化學腐蝕是由管道內的氣體、水分或其他物質與管道材料相互作用而引起的，例如，天然氣中的硫化物和氧氣可能與管道材料發(fā)生反應。電化學腐蝕是由于管道內部存在電化學差異，如金屬的電位差，導致電流流動并引發(fā)腐蝕，這種腐蝕可能由不均勻的電位、電解質的存在或其他電化學因素引起。微生物腐蝕是由微生物生長和代謝引起的腐蝕，這些微生物通常存在于水分和天然氣中，可以附著在管道內壁并產生腐蝕性代謝產物[4]。管道內流體的高速流動或顆粒物的存在可能會引發(fā)磨損腐蝕，導致管道材料的磨損和腐蝕。管道所處的環(huán)境因素，如土壤化學性質、濕度、溫度和地下水位等，可能影響腐蝕，不同環(huán)境條件可能引起不同類型的腐蝕。不適當?shù)牟牧线x擇可能導致管道腐蝕，不同材料對于不同的工作條件可能更不耐腐蝕。根據(jù)歐洲天然氣管道事故數(shù)據(jù)組織的分析結果顯示，35.6%的天然氣管道風險事故是由于管道腐蝕所引起，因此，對管道腐蝕速率進行控制十分關鍵。

1.4 閥門失效

對于某天然氣管道而言，其閥門故障共出現(xiàn)55次，閥門故障的數(shù)據(jù)見表2。閥門內部的活動部件可能會因長時間的摩擦或腐蝕而受損，導致閥門失效，這種情況常見于有腐蝕性介質的管道系統(tǒng)，管道中可能存在塵埃、雜質和固體顆粒，這些顆粒可能進入閥門內部并導致活動部件的卡滯或損壞。閥門在溫度和壓力變化下可能受到應力和變形的影響，從而導致閥門失效，特別是在高溫、高壓的環(huán)境下，閥門的材料和密封件可能會受到壓力和溫度的損害，閥門的材料隨著時間的推移可能會老化，變得更加脆弱和容易受損[5]。閥門的密封面可能被雜質或沉積物堵塞，從而導致閥門無法完全關閉或打開，閥門的設計或制造缺陷可能導致其失效，包括材料選用錯誤、制造缺陷或設計不當，管道系統(tǒng)中的震動和振動可能會對閥門產生不利影響，從而導致閥門失效。

表2 閥門故障數(shù)據(jù)

1.5 壓縮機震動

不平衡的氣體流量或壓力分布可能導致壓縮機的不均勻負荷，從而引起振動，這可能發(fā)生在進氣或出氣管道中，或者在各級壓縮機的不均衡負荷，壓縮機內部的機械部件，如壓縮機軸、活塞、閥門、驅動裝置等，如果存在不平衡，可能引起振動問題，存在于天然氣中的雜質、顆粒物或液體滴落可能導致壓縮機部件的磨損或卡住。不合適的油潤滑或潤滑油質量問題，可能導致軸承或滑動表面的摩擦增加引發(fā)振動，機械部件中的螺栓、螺母或連接件的松動可能導致振動問題。不正確的支撐或不穩(wěn)定的基礎可能引起壓縮機的不穩(wěn)定振動，超出設計范圍的操作條件，如壓力、溫度或流量，可能導致振動問題。例如，對于某壓縮機而言，在265 ～370 r/min 的低轉速下并沒有出現(xiàn)異常震動問題，但是在轉速超過370 r/min 以后，其出現(xiàn)了嚴重的震動問題，這說明操作參數(shù)已經超過了壓縮機的設計范圍。氣體在壓縮機內部的脈動或渦流可能導致振動，特別是在壓縮機的吸氣和排氣部分，機械部件的故障或損壞，如軸承損壞或活塞密封問題可能引起振動。

2 天然氣管道運行中常見設備處理對策研究

2.1 強化管道質量控制

選擇高質量、耐腐蝕和耐壓的管道材料，以確保管道系統(tǒng)的長期耐用性，建立定期檢查和維護計劃，包括管道內部和外部的檢查，以及設備和閥門的維護，這有助于及早發(fā)現(xiàn)問題并采取糾正措施。采用腐蝕控制措施，如內部和外部涂層、陰極保護和定期腐蝕監(jiān)測，以減少腐蝕引發(fā)的問題，建立和實施緊急響應計劃，以應對可能發(fā)生的事故，包括泄漏、火災或爆炸。正確標示和標識管道系統(tǒng)，以確保操作人員能夠識別關鍵設備、閥門和緊急關閉點，培訓和教育操作人員、維護人員和應急響應團隊，以確保他們了解管道系統(tǒng)、操作規(guī)程和安全措施。使用監(jiān)測設備和系統(tǒng)，實時監(jiān)測管道系統(tǒng)的性能，并對數(shù)據(jù)進行分析，以及時識別問題并采取措施。提高天然氣管道的施工質量，確保施工團隊擁有合格的工程師、監(jiān)督員和技術人員。他們應具備必要的資質和經驗，制定詳細的工程設計和規(guī)劃，包括施工圖、工程規(guī)格、材料要求和施工程序。建立質量管理計劃，明確質量標準和程序，以確保施工符合標準和規(guī)范，實施定期的質量檢查和測試，包括材料測試、焊縫檢查、涂層檢查和泄漏測試。確保施工設備和工具處于良好工作狀態(tài)，定期維護和校準它們，記錄所有施工活動，包括材料來源、焊接參數(shù)、質量檢測結果等，以建立全面的文件記錄，確保施工團隊內部和不同承包商之間的有效溝通和合作，以協(xié)調施工進程。

2.2 強化管道陰極保護

定期檢查管道系統(tǒng)的陰極保護系統(tǒng)，包括陰極保護電流、電極電位和涂層狀態(tài)，監(jiān)測數(shù)據(jù)可以幫助確定陰極保護的有效性，確保陰極保護電極的正確布置，以覆蓋整個管道系統(tǒng)，并考慮地形和土壤條件。根據(jù)管道材料和環(huán)境條件，控制陰極保護系統(tǒng)的電流密度以確保足夠的保護覆蓋，選擇適當?shù)碾姌O材料，如鋁、鋅或鎂，以滿足具體管道系統(tǒng)的需求，確保管道表面的涂層和絕緣層是完整的，以防止電流泄漏和腐蝕。定期檢查并修復任何涂層或絕緣的損壞，定期檢查和維護陰極保護電極，包括清潔、修復和更換電極，以確保其性能正常，確保電流源的運行穩(wěn)定。電流輸出在所需的范圍內，使用監(jiān)測技術，如電位和電流密度測量，來及時發(fā)現(xiàn)陰極保護系統(tǒng)的問題并采取糾正措施。

2.3 定期開展過濾器和閥門維護

針對過濾器維護問題，需要定期檢查過濾器的狀態(tài)，包括過濾器殼體、濾芯和密封部件，檢查是否有任何可見的損壞、松動、裂紋或泄漏，按照制造商的建議，定期更換濾芯，以確保過濾器的過濾效率，更換頻率通常根據(jù)運行條件而異，如果過濾器具有可清潔的濾芯，確保按照制造商的指南進行濾芯清洗和維護，定期校準過濾器上的差壓計，以確保它們能夠準確測量濾芯堵塞情況，差壓計的不準確可能導致過早更換濾芯或延誤更換，檢查過濾器的密封部件，如O型圈和密封墊圈，確保它們沒有磨損或老化。針對閥門維護問題，需要定期檢查閥門的狀態(tài)，包括閥體、閥瓣、閥座和密封部件，檢查是否有任何泄漏、松動、損壞或異物卡在閥門中。根據(jù)制造商的建議，定期為閥門的運動部件提供潤滑，以確保閥門操作平穩(wěn)，校準閥門的操作機構，以確保它們在正確的位置打開和關閉，調整閥門的操作力以確保符合設計要求，使用泄漏檢測工具或方法，檢測閥門是否存在泄漏，如果發(fā)現(xiàn)泄漏，立即采取糾正措施，根據(jù)需要更換閥座和密封件，以確保閥門的密封性能。

2.4 提高焊接質量

確保焊接工人獲得合格的焊接培訓和認證，他們應了解焊接規(guī)程、工藝和標準，以確保高質量的焊接。建立和遵循嚴格的焊接質量控制程序，包括對材料的選擇、設備的校準和操作規(guī)程的標準化，在開始焊接前進行工藝評估，包括確定最佳的焊接方法、焊材和電流/電壓設置。根據(jù)管道材料和設計要求，制定詳細的焊接程序規(guī)范，這些規(guī)范應包括焊接參數(shù)、預熱要求、冷卻措施等。定期檢查和維護焊接設備，確保它們在良好工作狀態(tài)，包括焊接機、電源和氣體供應系統(tǒng)，進行質量檢驗和測試，包括對焊縫的可視檢查、尺寸測量、X 射線或超聲波檢測，以確保焊接質量。在焊接之前，確保焊接表面干凈，沒有油污、銹蝕或涂層，對于焊接材料和填充材料，要求它們無油和無濕，根據(jù)管道材料和焊接規(guī)程要求，進行適當?shù)念A熱和冷卻控制，以減少應力和預防裂紋。記錄所有焊接活動，包括焊接參數(shù)、材料、操作員信息和質量檢測結果，這些文件有助于追蹤和驗證焊接質量。

2.5 壓縮機震動處理

使用振動監(jiān)測設備來實時監(jiān)測壓縮機的振動水平，定期分析振動數(shù)據(jù)，以識別異常振動和趨勢，使用專業(yè)的振動分析技術，根據(jù)振動頻譜和波形，確定振動問題的根本原因。確保振動監(jiān)測設備和傳感器的準確性，定期進行校準和維護，檢查壓縮機的機械部件，包括軸承、密封、活塞、閥門等，以尋找損壞、磨損或不正常磨損。確保潤滑系統(tǒng)正常運行，油潤滑部件應有足夠的潤滑油，并根據(jù)制造商的建議更換油，校準壓縮機的平衡，以確保旋轉部件的平衡性，減少振動，檢查緊固件和螺栓，確保它們都已緊固到正確的扭矩值。如果發(fā)現(xiàn)受損或無法修復的機械部件，及時更換它們，檢查與壓縮機連接的管道系統(tǒng)，確保支撐和固定良好，不會引起振動傳播，考慮周圍環(huán)境因素，如地震、振動、風暴等，可能對壓縮機振動產生影響，采取相應的防護措施。

3 結語

綜上所述，設備運行穩(wěn)定性問題以及安全問題是威脅天然氣管道運行效率以及運行安全的重要因素，天然氣管道運行過程中的常見設備故障問題相對較多，引起設備故障問題的原因也相對較為復雜，需要根據(jù)每種故障問題出現(xiàn)的原因，分別采取合理的處理措施和預防措施，保障設備長期處于安全可靠的運行狀態(tài)，為提高天然氣管道的運行效率和運行安全奠定基礎。