天然气长输管道泄漏工况分析

天然气长输管道泄漏工况分析目前，随目前，随经济经济的快速的快速发发展，天然气展，天然气长输长输管管线线得到迅速得到迅速发发展，展，且随科学技且随科学技术术的不断提升，天然气管的不断提升，天然气管线线向高承向高承压压、 、长长运距、大运距、大输输量量发发展，与此同展，与此同时时， ，输输送安全成送安全成为为十分重要的十分重要的话题话题。在天然气。在天然气长长输过输过程中，管程中，管线线常因各常因各样样原因原因发发生管生管线线泄漏，泄漏的孔径有大、泄漏，泄漏的孔径有大、有小，泄漏点有小，泄漏点发发生的位置很生的位置很难预测难预测， ，对环对环境造成境造成污污染、浪染、浪费费能源能源的同的同时时，也，也为长输为长输管管线线以及周以及周边边的人的人类类生活生活带带来来较较大安全大安全隐隐患。患。因此，因此，对对天然气天然气长输长输管管线线的泄漏工况的泄漏工况发发生的原因、生的原因、产产生的影响、生的影响、需要采取的需要采取的预预防措施防措施进进行分析研究，行分析研究，对对有效的减小泄漏工况有效的减小泄漏工况带带来的来的损损失具有重要意失具有重要意义义。 。1 1、天然气长输管道发展现状、天然气长输管道发展现状当前，天然气当前，天然气长输长输管道的管道的发发展重点展重点为为高高压压力、新材力、新材质质、网、网络络全球化。全球化。对对于天然气于天然气长输长输的的压压力，各国要求不同，中国一般力，各国要求不同，中国一般为为10MPa，俄，俄罗罗斯斯为为 7.5MPa，美国，美国为为 12MPa， ，压压力越高，力越高，风险风险越大，越大，同同时对时对管道的技管道的技术术要求也越高，且一般来要求也越高，且一般来讲讲，路上的天然气管，路上的天然气管线线压压力一般要比海底的天然气管道小。高力一般要比海底的天然气管道小。高压压要求要求钢钢管的材管的材质质也要也要更新，要求不更新，要求不仅仅重量重量轻轻，且，且对对成本、抗成本、抗压压性、安全性也提出更高性、安全性也提出更高要求，目前加拿大及法国等国家大力推行要求，目前加拿大及法国等国家大力推行 X80 钢钢管的使用，通管的使用，通过过在在钢钢管表面添加合成材料，能在一定程度上提高管道的运行管表面添加合成材料，能在一定程度上提高管道的运行压压力、力、输输量、减小成本，保障安全。由于天然气量、减小成本，保障安全。由于天然气资资源的分布情况与源的分布情况与天然气使用密集区分布不均衡，天然气天然气使用密集区分布不均衡，天然气长输长输管道正在向国管道正在向国际际化化发发展，其中展，其中亚亚太地区的天然气管道的太地区的天然气管道的发发展展较较快，中国与中快，中国与中亚亚、 、缅缅甸、俄甸、俄罗罗斯等国家都斯等国家都进进行天然气管道合作，通行天然气管道合作，通过过天然气管道将各天然气管道将各国国紧紧密密联联系起来。系起来。2 2、天然气长输管道泄漏原因分析、天然气长输管道泄漏原因分析2.1 阴保度阴保度较较低或阴保失效低或阴保失效对对于于长输长输管道的阴极保管道的阴极保护护，当阳极区，当阳极区电电源供源供应应不不顺畅顺畅， ，导导致致阳极区的阳极区的电电阻增大阻增大时时，恒，恒电电位移的工作不位移的工作不稳稳定，使得管定，使得管线线运行的运行的参数不参数不稳稳定，影响阴保的效率。当阴保的定，影响阴保的效率。当阴保的电电位位进进一步降低，低于一步降低，低于正常的最低保正常的最低保护电护电位之位之时时，阴极保，阴极保护护作用失效，增大作用失效，增大长输长输管管线线泄泄漏的可能性。漏的可能性。2.2 天然气管天然气管线线腐腐蚀蚀开孔开孔天然气管天然气管线线受到的腐受到的腐蚀蚀作用，主要是由于管作用，主要是由于管线线金属在其金属在其环环境之下受到各境之下受到各类类的的电电化学和化学作用的影响而化学和化学作用的影响而产产生生损损坏。管坏。管线线因腐因腐蚀蚀作用，而作用，而产产生氧化反生氧化反应应，使得其失去原有的，使得其失去原有的强强度和度和韧韧度，度，从而原先致密的从而原先致密的结结构构变变得疏松，最得疏松，最终终可能可能导导致金属材致金属材质质脱落脱落产产生孔洞，腐生孔洞，腐蚀较为严蚀较为严重的管重的管线线不能再承受原不能再承受原设计压设计压力。腐力。腐蚀严蚀严重重时时，天然气管，天然气管线压线压力仍按照力仍按照设计压设计压力力进进行行输输送，将会送，将会发发生腐生腐蚀蚀穿穿孔，孔，发发生天然气管道泄漏生天然气管道泄漏现现象。因大多数天然气管象。因大多数天然气管线线多埋藏在地多埋藏在地下，与外部土壤、下，与外部土壤、杂杂散散电电流接触流接触时时，更易，更易发发生腐生腐蚀蚀。同。同时时，因天然，因天然气中的某些腐气中的某些腐蚀蚀性的性的杂质杂质，会使其内部也，会使其内部也产产生一定的腐生一定的腐蚀蚀。腐。腐蚀蚀穿孔，穿孔，为为天然气安全运行埋下天然气安全运行埋下隐隐患。患。2.3 焊缝焊缝接口接口处处存在泄漏存在泄漏天然气管天然气管线线在运行在运行时时，随着运行年限的增加，在管，随着运行年限的增加，在管线焊缝线焊缝接接口口处处，常因初期接口的不牢固，存在一定的天然气泄漏，常因初期接口的不牢固，存在一定的天然气泄漏现现象。在象。在某些某些环环形形焊缝处焊缝处，如存在某些未，如存在某些未焊焊透、透、错边错边等缺陷，当受到外界等缺陷，当受到外界压压力或力或输输气本身的气本身的压压力作用力作用时时，缺陷极易，缺陷极易扩扩展至展至临临界界值值从而因从而因失失稳发稳发生生焊缝焊缝断裂。此断裂。此类类因管因管线线老化造成的天然气泄漏在天然老化造成的天然气泄漏在天然气气总总泄漏中占有泄漏中占有较较大的比重，在浪大的比重，在浪费费能源的同能源的同时时，也，也带带来了来了较较大大的安全的安全隐隐患。患。2.4 管理机制不完善管理机制不完善天然气天然气长输长输管管线线的安全生的安全生产产和运行，需要定期的巡和运行，需要定期的巡检检来做来做保保证证。只有定期、有效的巡。只有定期、有效的巡查查，才能更早的，才能更早的发现问题发现问题，更好的解，更好的解决决问题问题。但在我国天然气管。但在我国天然气管线线运运营过营过程中，天然气管理机制存在程中，天然气管理机制存在一些疏漏，管理体制的不完善，使得天然气泄漏一些疏漏，管理体制的不完善，使得天然气泄漏问题问题得不到及得不到及时时的的发现发现，从而也很，从而也很难较难较早的解决早的解决问题问题，造成，造成较为严较为严重的事故。重的事故。2.5 人人为为因素的干因素的干扰扰在天然气在天然气长输长输管管线线运行当中，因人运行当中，因人为为因素造成的管因素造成的管线线泄漏泄漏也不占少数，此种因素主要分也不占少数，此种因素主要分为为两方面：一方面两方面：一方面为为某些不法分子某些不法分子对输对输气管气管线进线进行有意盗窃破坏，造成泄漏事故行有意盗窃破坏，造成泄漏事故发发生；另一方面生；另一方面为为伴随城伴随城镇镇化化进进程的加快，部分城程的加快，部分城镇镇建筑物建造在天然气管建筑物建造在天然气管线线上，上，违违章建筑物章建筑物对对埋地管埋地管线线造成了造成了较为严较为严重的重的挤压挤压，从而，从而带带来安全来安全隐隐患。患。3 3、长输管道泄漏的后果及预防措施、长输管道泄漏的后果及预防措施3.1 泄漏后果泄漏后果泄露的泄露的发发生生对对于天然气于天然气长输长输管管线线具有重要影响，当泄漏工具有重要影响，当泄漏工况况较轻时较轻时， ，对对管管线线的安全运的安全运营营尚未造成尚未造成严严重影响，此重影响，此时时泄漏泄漏带带来来的是能源的浪的是能源的浪费费和和环环境的境的污污染。当泄漏工况染。当泄漏工况较为严较为严重重时时，在造成，在造成能源浪能源浪费费的同的同时时，也会，也会带带来极大的安全来极大的安全隐隐患，有可能引起管患，有可能引起管线线爆爆炸等重大事故的炸等重大事故的发发生，影响周生，影响周围围人人员员的生命的生命财产财产安全。安全。气体泄漏气体泄漏扩扩散事故数据参照表散事故数据参照表见见表表 1空隙泄漏属于空隙泄漏属于较轻较轻泄漏事故，但其泄漏事故，但其发现较为发现较为困困难难，且如不及，且如不及时进时进行行发现处发现处理，很容易造成事故危理，很容易造成事故危险险加加剧剧， ，带带来来较较大大伤伤害。因害。因此，此，为较为为较为清晰的了解空隙泄漏的清晰的了解空隙泄漏的浓浓度度场场分布情况，分布情况，对对空隙泄漏空隙泄漏进进行了工程行了工程软软件模件模拟拟分析，分析，结结果如果如图图 1 所示。所示。由不同泄漏由不同泄漏时间时间下的泄漏气体下的泄漏气体组组分分浓浓度分布度分布图图可知，在泄可知，在泄漏漏刚刚开始开始时时，甲，甲烷烷气体泄漏量很少，泄漏口附近的湍流作用气体泄漏量很少，泄漏口附近的湍流作用较强较强， ，同同时时由于自然由于自然风风从左从左侧侧吹来，湍流作用左吹来，湍流作用左侧强侧强烈，此烈，此时时表表现为现为泄泄漏气体湍流漏气体湍流发发展，且向左展，且向左侧扩侧扩散。随泄漏散。随泄漏时间时间的增的增长长，泄漏气体，泄漏气体的分布逐的分布逐渐趋渐趋于均匀，甲于均匀，甲烷烷在空气中的在空气中的浓浓度分布逐度分布逐渐渐呈呈现现一定一定的的规规律性，在泄漏律性，在泄漏 15s 时时已已经经表表现现出逐出逐渐渐表表现现出一定的泄漏出一定的泄漏趋势趋势。 。在泄漏在泄漏时间时间达到达到 50s 后，空后，空间间的的总总体甲体甲烷浓烷浓度分布度分布规规律明律明显显，呈，呈现现下下侧浓侧浓度大、上度大、上侧浓侧浓度小的度小的带带状，且由于空气自然状，且由于空气自然风风的原因，的原因，泄漏气体泄漏气体带带向下向下风风向向倾倾斜。斜。3.2 泄漏泄漏检测检测及定位及定位采用先采用先进进的的检测检测手段手段较为较为及及时时的的发现发现管道泄漏点，正确有管道泄漏点，正确有效的效的预测预测出管道泄漏的具体位置以及泄漏量，出管道泄漏的具体位置以及泄漏量，对对保障管道安全保障管道安全运行具有重要意运行具有重要意义义。当前泄漏。当前泄漏检测检测的方法常用的主要分两的方法常用的主要分两类类：一：一类为类为直接直接检测检测法，通法，通过检测过检测泄漏物泄漏物质质的的浓浓度、气味等；另一度、气味等；另一类为类为间间接接检检漏法，此种方法是基于泄漏漏法，此种方法是基于泄漏时时引起管道中流量、声音、引起管道中流量、声音、压压力等量的力等量的变变化而化而发发展来的。展来的。较为较为常用的常用的为间为间接接检测检测法，依据法，依据测测定定的物理量的不同，的物理量的不同，间间接接测测漏法又分漏法又分为为基于物基于物质质平衡的平衡的检检漏法、基漏法、基于于压压力信号的力信号的检检漏法和基于放射性的漏法和基于放射性的检检漏法。在基于漏法。在基于压压力信号力信号的的检检漏法中，又分漏法中，又分压压力梯度法和波敏法，其原理力梯度法和波敏法，其原理为检测为检测泄漏泄漏时时管管道道压压力的力的变变化速率（如化速率（如图图 2、 、图图 3 所示），通所示），通过过精密的精密的检测检测技技术术， ，确定泄漏事故确定泄漏事故发发生的位置及泄漏量的大小。因我国管道一般在生的位置及泄漏量的大小。因我国管道一般在中中间泵间泵站不站不设设置流量置流量计计， ，压压力梯度法与波敏法在力梯度法与波敏法在现实应现实应用中具用中具有有较为较为广泛的广泛的应应用价用价值值。 。3.3 及及时时的的进进行行维抢维抢修修天然气天然气长输长输管道管道发发生泄漏事故生泄漏事故时时，将会，将会对对人身人身财产带财产带来威来威胁胁，因此泄漏事故一旦，因此泄漏事故一旦发发生，就需立即采取措施，以阻止事故的生，就需立即采取措施，以阻止事故的扩扩大，尽量减小事故的大，尽量减小事故的损损失概率。失概率。在在进进行行维抢维抢修作修作业时业时，首先要，首先要进进行行抢抢修准修准备备工作，包括划定工作，包括划定警戒区域，警戒区域，对对管道管道进进行泄行泄压压排空排空处处理，以及沿管道理，以及沿管道轴轴向、径向、向、径向、下方开挖工作坑。然后下方开挖工作坑。然后针对针对不同的泄漏工况，采取