天然气站场常见泄漏的原因分析与治理技术探讨

沙、株洲、湘潭、衡阳等大中城市推广应用天然气汽车提供了天然气气源保障。长沙市政府已将大规模发展和推广应用天然气汽车（ＮＧＶ）列入了＂十一五＂城市建设发展总体规划。以科技为动力大力发展和推广应用天然气汽车必将促进长沙市空气质量、投资环境的改善和经济发展。

参考文献

１龚金科主编．汽车排放污染及控制．人民交通出版社．２００５，４

２肖永清、杨忠敏编著．汽车的发展与未来．化学工业出版社．

２００４，３

３邵毅明主编．压缩天然气汽车改装与维修．人民交通出版社．２００４，５

４刘玉梅主编．汽车节能技术与原理．机械工业出版社．２００３，

３５

祖因希主编．汽车加油加气站安全技术与管理．化学工业

出版社．２００５，４

天然气站场常见泄漏的原因分析与治理技术探讨

中国石油天然气管道局秦皇岛输油(气）公司(066000)

朱喜平

付京晶

１

前言

天然气作为一种洁净的能源，越来越受到人们

的青睐。在整个集输系统中，天然气站场在整个输气工艺中占很大的比重，是非常重要的环节，其可靠性在很大程度上决定影响整个管输系统的安全。天然气站场的设备多，流程复杂，密封点多，泄漏的概率大。站场天然气一旦泄漏，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。近几年，天然气站场的泄漏、穿刺事件时有发生，严重影响安全生产。天然气站场的事故，除了违规操作，大多由于泄漏引起的，我们要给予足够的关注和重视。

２

常见泄漏的种类

一般天然气计量站场的设备主要有分离器（有立式和卧式两种），收、发球筒、阀门（包括：球阀、旋塞阀、闸阀等）、汇气管、管线（主要有正常外输管线、放空管线、排污管线等）。其它的如变送器（温度变送器、压力变送器等）、清管球通过指示器、温度表、压力表等，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。在天然气站场，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，在线路上最常见的泄漏是由第三方破坏和管道穿孔引起的。根据现场实际常见的泄漏有以下几种：（１）法兰之间的泄漏；（２）管道泄漏；（３）螺纹泄漏；（４）阀门泄漏。

３

常见泄漏的原因分析与处理措施

摘要本文首先对天然气站场设备和其连接形式进行简要介绍，在此基础上根据现场实际总结出４种天然气站场主

要的泄漏形式，对每种泄漏的原因从理论和实际两方面进行了分析，并对每种泄漏指出相应的处理措施，文后提出８条解决天然气站场泄漏问题的建议。关键词

天然气站场

泄漏

分析

研究

气技术

燃气技术

８

３．１法兰间泄漏

法兰连接是天然气管道和设备连接的主要形式，其泄漏也是天然气站场泄漏的最为主要的形式。法兰密封主要是依靠其连接的螺栓产生的预紧力，通过垫片达到足够的工作密封比压，来阻止天然气外漏。对于天然气管道，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。天然气站场法兰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，安装密封垫出现偏装，螺栓松紧不一，两法兰中心线偏移。这种泄漏主要由于施工、安装质量引起的，主要发生在投产施压阶段；

（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，在季节交替时的泄漏主要是由这种故障引起的。

（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，这种泄漏在老管线上比较常见。

（６）天然气腐蚀，造成泄漏，这种情况比较少见，但由于垫片和法兰质量问题可能产生此种泄漏。

对于法兰泄漏，一旦发现，应采取相应的措施及时处理，否则会造成刺漏，严重影响安全生产。对于法兰泄漏，首先通过降压和放空采用重新拧紧螺栓得方法进行处理。对于采用这种方法处理效果不好的，根据生产情况分别加以处理：如果可以停输，则关闭泄漏处两边阀门，进行放空置换后更换新垫片，重新拧紧。对于不可停输的，则要及时采用法兰堵漏技术进行处理。根据现场使用情况，为了减少泄漏，法兰垫片最好根据法兰结构使用缠绕式金属垫片、金属圆环垫片或金属八角垫片。

３．２管道泄漏

３．２．１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。

３．２．２腐蚀引起的泄漏

天然气站场管道引起腐蚀的原因很多，常见的有：

①周围介质引起的均匀腐蚀

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，最终造成管道泄漏事故的发

生。

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。这种

腐蚀危害性较大，一般在没有先兆的情况下，能够迅

速扩展产生突然断裂，发生严重的泄漏事故。

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。钢管中焊有铁元素，它和与水和氧发生化学作

用，最后生成三氧化二铁，并放出氢气，造成管道内

部腐蚀。

２Ｆｅ＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏ→Ｆｅ２Ｏ３＋２Ｈ↑

减少水的措施：做好施工期的管理工作和投产

时的清管工作。投产时，对管道进行干燥处理；做好

运行期的脱水和脱氧工作。

④硫和细菌引起的腐蚀

天然气中含有硫化氢等硫化物，在运输时和管

道反应，生成硫化铁，并在管内活化剂（氧气）的作用

下，产生腐蚀，其反应如下：

３ＦｅＳ＋２Ｏ２→Ｆｅ３Ｏ４＋３Ｓ

４ＦｅＳ＋３Ｏ２→２Ｆｅ２Ｏ３＋４Ｓ

管道中还有一种细菌存在，这种细菌叫硫酸盐

还原菌，它一般附着于管线的内表面，利用硫酸盐类

进行繁殖。管道硫酸盐的生成反应式如下：

ＦｅＳ＋２Ｏ２→２ＦｅＳＯ４

上式中的硫酸盐在还原菌的作用下，生成腐蚀

生成物四氧化三铁，反应如下：

３ＦｅＳＯ４＋３Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋３Ｈ２ＳＯ４

⑤氢引起的腐蚀

目前，除去Ｈ

２

Ｓ的技术较高，但由于输送压力的

提高，造成硫化氢的分压提高，从而使ＨＩＣ（氢脆）更

为突出。

其产生的机理如下：

（１）天然气中所含的硫化氢遇水形成硫和氢的

离子；

Ｈ２Ｓ→２Ｈ＋＋Ｓ２－

（２）铁夺取Ｈ的正电荷，形成Ｆｅ２＋以及Ｈ原子；

技

术

９

Ｆｅ＋２Ｈ＋→Ｆｅ２＋＋２Ｈ

（３）生成硫化铁

Ｆｅ２＋＋Ｓ２－→ＦｅＳ

Ｈ原子的体积很小，根据分压的大小向钢中扩散。Ｈ原子首先聚集于非金属夹杂物，气孔及偏析中。在存留处，Ｈ原子变成氢分子，体积增大２０倍，体积增大的过程中，存留处压力急剧增大，如超过金属开裂应力时，造成裂纹扩展；如在内表面，形成鼓泡，在内侧则形成平行于金属表面的裂纹。同时，Ｈ原子与钢中不稳定的碳化物起反应生成ＣＨ

４

，造成

钢局部脱碳，ＣＨ

４

在缺陷或晶界处聚集，产生大量的晶界裂纹和鼓泡，使钢材变得松、脆，最后造成破毁。

⑥其他常见的还有原电池腐蚀、晶界腐蚀等。３．２．３冲刷引起的泄漏

由于冲刷原因造成站场泄漏的事故较多，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，造成这种泄漏主要有以下几个原因：

①从加工角度来说，对于冲压成型和冷煨、热煨成型的弯头，弯曲半径最大的一侧存在着加工减薄量；

②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。

对于下游站场的弯头，由于上游的硫化铁铁粉等杂质跟随管线到达下游，这些杂质的存在，加速了磨损速度。天然气站场排污管线靠近排污池的弯头最容易穿孔，这也是因为排污管线排污频繁、气质脏，靠近排污池的气流速度非常快，造成磨损严重，因而造成穿孔泄漏。此种情况已经在多个站场都发生过，应给予重视。

③调压阀的阀体也是容易被刺坏的地方。

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。

３．２．４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。

天然气管道振动的成因

①管线内压力脉动引起管道的振动

气流的脉动是引起天然气管道振动的最主要的原因，在长输天然气管道上常用压缩机给天然气加压，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，当脉动气流在管线内传播碰到弯头、变径管、汇管以及盲板等时，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风力引起的振动

当裸露的管子在受到风力时，会产生卡曼涡流效应，引起管子的振动。所谓卡曼涡流是指当流体垂直于管子流动时，在管子的背面将产生有规则的涡流，因而出现交替的横向力，称为卡曼涡流。

④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。

３．３螺纹泄漏

目前，天然气站场常采用用的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。由于结构设计的原因，啮合螺纹间存在一定的间隙。圆螺纹主要在啮合螺纹齿顶和齿底形成螺旋形通道，偏梯形螺纹主要在啮合螺纹导向面间，以及螺纹齿顶和齿底之间存在螺旋形通道。由于泄漏通道的存在，严重影响了ＡＰＩ螺纹的密封性。在名义尺寸下，圆螺纹齿顶和齿底之间的间隙为０．０７６２ｍｍ，偏梯形螺纹在齿导向面的间隙为０．０２５ｍｍ，远大于天然气分子直径。所以从本质上

气

技

术

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讲，ＡＰＩ螺纹不具备密封能力，其密封性是通过使用螺纹脂里的一些固体物质（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。

管螺纹密封的泄漏跟使用的密封材料有直接关系。我国普遍使用铅油麻丝、聚四氟乙烯胶带密封。铅油麻丝等溶剂型填料在液态时能填满间隙，固化后溶剂挥发，导致收缩龟裂，而且耐化学性能差，很容易渗漏。聚四氟乙烯胶带不可能完全紧密填充，调整时容易断丝，易堵塞管路阀门，而且聚四氟乙烯和金属磨擦系数低，管螺纹很容易松动，密封效果也不是很好。为了减少螺纹连接泄漏，可采取以下措施：

①建议采用具有弹性密封环结构的螺纹连接；

②对于主干线连接的地方，建议采用焊接；３．４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，常见的泄漏多发生在填料密封处、法兰连接处、焊接连接处、丝口连接处及阀体的薄弱部位上。

（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，在压力不高的情况下注入密封脂可得到解决。

（６）排污嘴泄漏，一旦发现及时更换。４结束语

天然气站场由于泄漏引起的事故时有发生，造

成严重的后果，为了使天然气站场的泄漏得到有效

的控制，减少泄漏，笔者认为要从设计和管理两方面

入手，才能取得较好的效果。

４．１变法兰连接和螺纹连接为焊接，减少漏起点和静密封点

目前，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。

４．２冗余设计

对排污管线和放空管线来说，最好采用双阀设

计，用一阀保证密封，用另一阀用来截流。同时管线

和弯头，尤其是弯头因该采取冗余设计。

４．３加强日常巡检、维护和管理

（１）坚持两小时巡检制和点检制。

（２）巡检时对静密封点重点进行检查。

４．４站场建立可燃气体报警系统，一旦出现泄漏，

可及时进行报警。

４．５采用先进技术对站场设备和管线进行检查

（１）采用无损检测和声发射技术对站场管道、分

离器以及收发球筒进行全面检测；

（２）对站场关键及薄弱的位置比如弯头、调压阀

阀体等定期进行厚度测量，并进行跟踪，对减薄厉害

处进行全面跟踪。

４．６加强气质管理，减少管道腐蚀

４．７做好末端储气工作。避免下游流体速度过快，导致冲刷严重

４．８做好清管工作和分离过滤以及天然气的净化

工作

参考文献

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２季文美等．机械振动．科学出版社，１９８５．

３蔡尔辅．石油化工管线设计．化学工业出版社，１９９５

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１９８１

技

术

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