天然气管道运行中常见设备故障及处理对策

邓俊超，戴智勇

（江西省天然气集团有限公司管道分公司，江西南昌 330069）

天然气的输送通常通过复杂的管道网络进行，这些管道系统必须保持高效运行，同时确保安全性，以满足不断增长的能源需求。但是天然气管道系统运行中的设备故障，可能会对供应可靠性和安全性产生严重的影响。天然气是一种重要的能源，用于供应居民、工业和商业部门。管道系统的设备故障可能导致供应中断，对国家经济和居民生活产生严重影响，管道系统的设备故障可能导致泄漏、火灾、爆炸和其他安全风险，这对于环境保护和社会安全都构成潜在威胁[1]。

1 天然气管道运行中常见设备故障分析

1.1 焊接问题

管道材料的质量问题，如制造过程中的缺陷或不合格材料都可能会导致焊接问题，材料问题可能包括裂纹、夹杂物、气孔等，我国部分管道材料的化学成分及力学性能见表1。焊接过程中使用不适当的技术、设备或焊接操作可能导致焊接问题，这包括不正确的焊接电流、电压、速度或温度，缺乏有效的质量控制措施可能导致焊接问题，包括不合格的焊工培训、不足的焊缝检查和质量保证程序[2]。管道所处的环境因素，如土壤条件、地下水位、温度和腐蚀性介质，可能影响焊接的持久性，恶劣的环境条件可能增加焊接问题的发生率。腐蚀是管道焊接问题的一个常见原因，焊缝处的腐蚀可能导致材料减薄、开裂或破损。管道在运行过程中经历温度变化，这可能导致焊接材料的膨胀和收缩，从而引发焊缝开裂，管道系统中的设备老化可能导致焊接问题的增加，因为焊接区域可能会受到腐蚀、疲劳和应力集中的影响。不良的施工质量可能导致焊接问题，包括焊缝不足、未完全焊透、焊接残留物等，管道系统中的振动和应力可能导致焊缝的疲劳和开裂。

表1 部分管道材料的化学成分及力学性能

1.2 过滤器故障

管道中的天然气可能携带着各种杂质，如灰尘、泥土、腐蚀产物等。这些杂质可能在过滤器中积聚，导致过滤效率下降，过滤器堵塞可能是由于大量杂质堆积在过滤器内部，导致过滤器通道被封堵。这可能阻止天然气正常通过过滤器，导致管道压降和设备故障。过滤器内部的金属部件可能受到腐蚀的影响，特别是在存在腐蚀性介质的情况下，腐蚀可能导致过滤器部件破损或腐蚀产物脱落，过滤器内部的部件可能因摩擦和磨损而失效，这可能是由于过滤材料的使用寿命到期或操作条件不当导致的[3]。过滤器的设计不合理或选择不当也可能导致过滤器故障，例如，过滤器可能无法适应管道中的流量或无法有效去除特定类型的杂质，天然气管道中的温度变化可能导致过滤器部件膨胀或收缩，从而影响其正常运行。操作人员可能不按照操作规程进行操作，如不及时更换过滤器元件、维护不当或操作条件超出规定范围等。常见的过滤器故障问题主要可以分为三种类型，分别是堵塞、泄漏以及其他故障。其中，堵塞问题占所有故障问题出现概率的43%，主要是由于天然气含杂质相对较多所引起，泄漏问题占所有故障问题出现概率的24%，这主要是由于过滤器密封不严密所引起，其他故障问题占所有故障问题出现概率的15%，这主要是由于过滤器异常振动所引起。

1.3 管道腐蚀

化学腐蚀是由管道内的气体、水分或其他物质与管道材料相互作用而引起的，例如，天然气中的硫化物和氧气可能与管道材料发生反应。电化学腐蚀是由于管道内部存在电化学差异，如金属的电位差，导致电流流动并引发腐蚀，这种腐蚀可能由不均匀的电位、电解质的存在或其他电化学因素引起。微生物腐蚀是由微生物生长和代谢引起的腐蚀，这些微生物通常存在于水分和天然气中，可以附着在管道内壁并产生腐蚀性代谢产物[4]。管道内流体的高速流动或颗粒物的存在可能会引发磨损腐蚀，导致管道材料的磨损和腐蚀。管道所处的环境因素，如土壤化学性质、湿度、温度和地下水位等，可能影响腐蚀，不同环境条件可能引起不同类型的腐蚀。不适当的材料选择可能导致管道腐蚀，不同材料对于不同的工作条件可能更不耐腐蚀。根据欧洲天然气管道事故数据组织的分析结果显示，35.6%的天然气管道风险事故是由于管道腐蚀所引起，因此，对管道腐蚀速率进行控制十分关键。

1.4 阀门失效

对于某天然气管道而言，其阀门故障共出现55次，阀门故障的数据见表2。阀门内部的活动部件可能会因长时间的摩擦或腐蚀而受损，导致阀门失效，这种情况常见于有腐蚀性介质的管道系统，管道中可能存在尘埃、杂质和固体颗粒，这些颗粒可能进入阀门内部并导致活动部件的卡滞或损坏。阀门在温度和压力变化下可能受到应力和变形的影响，从而导致阀门失效，特别是在高温、高压的环境下，阀门的材料和密封件可能会受到压力和温度的损害，阀门的材料随着时间的推移可能会老化，变得更加脆弱和容易受损[5]。阀门的密封面可能被杂质或沉积物堵塞，从而导致阀门无法完全关闭或打开，阀门的设计或制造缺陷可能导致其失效，包括材料选用错误、制造缺陷或设计不当，管道系统中的震动和振动可能会对阀门产生不利影响，从而导致阀门失效。

表2 阀门故障数据

1.5 压缩机震动

不平衡的气体流量或压力分布可能导致压缩机的不均匀负荷，从而引起振动，这可能发生在进气或出气管道中，或者在各级压缩机的不均衡负荷，压缩机内部的机械部件，如压缩机轴、活塞、阀门、驱动装置等，如果存在不平衡，可能引起振动问题，存在于天然气中的杂质、颗粒物或液体滴落可能导致压缩机部件的磨损或卡住。不合适的油润滑或润滑油质量问题，可能导致轴承或滑动表面的摩擦增加引发振动，机械部件中的螺栓、螺母或连接件的松动可能导致振动问题。不正确的支撑或不稳定的基础可能引起压缩机的不稳定振动，超出设计范围的操作条件，如压力、温度或流量，可能导致振动问题。例如，对于某压缩机而言，在265 ～370 r/min 的低转速下并没有出现异常震动问题，但是在转速超过370 r/min 以后，其出现了严重的震动问题，这说明操作参数已经超过了压缩机的设计范围。气体在压缩机内部的脉动或涡流可能导致振动，特别是在压缩机的吸气和排气部分，机械部件的故障或损坏，如轴承损坏或活塞密封问题可能引起振动。

2 天然气管道运行中常见设备处理对策研究

2.1 强化管道质量控制

选择高质量、耐腐蚀和耐压的管道材料，以确保管道系统的长期耐用性，建立定期检查和维护计划，包括管道内部和外部的检查，以及设备和阀门的维护，这有助于及早发现问题并采取纠正措施。采用腐蚀控制措施，如内部和外部涂层、阴极保护和定期腐蚀监测，以减少腐蚀引发的问题，建立和实施紧急响应计划，以应对可能发生的事故，包括泄漏、火灾或爆炸。正确标示和标识管道系统，以确保操作人员能够识别关键设备、阀门和紧急关闭点，培训和教育操作人员、维护人员和应急响应团队，以确保他们了解管道系统、操作规程和安全措施。使用监测设备和系统，实时监测管道系统的性能，并对数据进行分析，以及时识别问题并采取措施。提高天然气管道的施工质量，确保施工团队拥有合格的工程师、监督员和技术人员。他们应具备必要的资质和经验，制定详细的工程设计和规划，包括施工图、工程规格、材料要求和施工程序。建立质量管理计划，明确质量标准和程序，以确保施工符合标准和规范，实施定期的质量检查和测试，包括材料测试、焊缝检查、涂层检查和泄漏测试。确保施工设备和工具处于良好工作状态，定期维护和校准它们，记录所有施工活动，包括材料来源、焊接参数、质量检测结果等，以建立全面的文件记录，确保施工团队内部和不同承包商之间的有效沟通和合作，以协调施工进程。

2.2 强化管道阴极保护

定期检查管道系统的阴极保护系统，包括阴极保护电流、电极电位和涂层状态，监测数据可以帮助确定阴极保护的有效性，确保阴极保护电极的正确布置，以覆盖整个管道系统，并考虑地形和土壤条件。根据管道材料和环境条件，控制阴极保护系统的电流密度以确保足够的保护覆盖，选择适当的电极材料，如铝、锌或镁，以满足具体管道系统的需求，确保管道表面的涂层和绝缘层是完整的，以防止电流泄漏和腐蚀。定期检查并修复任何涂层或绝缘的损坏，定期检查和维护阴极保护电极，包括清洁、修复和更换电极，以确保其性能正常，确保电流源的运行稳定。电流输出在所需的范围内，使用监测技术，如电位和电流密度测量，来及时发现阴极保护系统的问题并采取纠正措施。

2.3 定期开展过滤器和阀门维护

针对过滤器维护问题，需要定期检查过滤器的状态，包括过滤器壳体、滤芯和密封部件，检查是否有任何可见的损坏、松动、裂纹或泄漏，按照制造商的建议，定期更换滤芯，以确保过滤器的过滤效率，更换频率通常根据运行条件而异，如果过滤器具有可清洁的滤芯，确保按照制造商的指南进行滤芯清洗和维护，定期校准过滤器上的差压计，以确保它们能够准确测量滤芯堵塞情况，差压计的不准确可能导致过早更换滤芯或延误更换，检查过滤器的密封部件，如O型圈和密封垫圈，确保它们没有磨损或老化。针对阀门维护问题，需要定期检查阀门的状态，包括阀体、阀瓣、阀座和密封部件，检查是否有任何泄漏、松动、损坏或异物卡在阀门中。根据制造商的建议，定期为阀门的运动部件提供润滑，以确保阀门操作平稳，校准阀门的操作机构，以确保它们在正确的位置打开和关闭，调整阀门的操作力以确保符合设计要求，使用泄漏检测工具或方法，检测阀门是否存在泄漏，如果发现泄漏，立即采取纠正措施，根据需要更换阀座和密封件，以确保阀门的密封性能。

2.4 提高焊接质量

确保焊接工人获得合格的焊接培训和认证，他们应了解焊接规程、工艺和标准，以确保高质量的焊接。建立和遵循严格的焊接质量控制程序，包括对材料的选择、设备的校准和操作规程的标准化，在开始焊接前进行工艺评估，包括确定最佳的焊接方法、焊材和电流/电压设置。根据管道材料和设计要求，制定详细的焊接程序规范，这些规范应包括焊接参数、预热要求、冷却措施等。定期检查和维护焊接设备，确保它们在良好工作状态，包括焊接机、电源和气体供应系统，进行质量检验和测试，包括对焊缝的可视检查、尺寸测量、X 射线或超声波检测，以确保焊接质量。在焊接之前，确保焊接表面干净，没有油污、锈蚀或涂层，对于焊接材料和填充材料，要求它们无油和无湿，根据管道材料和焊接规程要求，进行适当的预热和冷却控制，以减少应力和预防裂纹。记录所有焊接活动，包括焊接参数、材料、操作员信息和质量检测结果，这些文件有助于追踪和验证焊接质量。

2.5 压缩机震动处理

使用振动监测设备来实时监测压缩机的振动水平，定期分析振动数据，以识别异常振动和趋势，使用专业的振动分析技术，根据振动频谱和波形，确定振动问题的根本原因。确保振动监测设备和传感器的准确性，定期进行校准和维护，检查压缩机的机械部件，包括轴承、密封、活塞、阀门等，以寻找损坏、磨损或不正常磨损。确保润滑系统正常运行，油润滑部件应有足够的润滑油，并根据制造商的建议更换油，校准压缩机的平衡，以确保旋转部件的平衡性，减少振动，检查紧固件和螺栓，确保它们都已紧固到正确的扭矩值。如果发现受损或无法修复的机械部件，及时更换它们，检查与压缩机连接的管道系统，确保支撑和固定良好，不会引起振动传播，考虑周围环境因素，如地震、振动、风暴等，可能对压缩机振动产生影响，采取相应的防护措施。

3 结语

综上所述，设备运行稳定性问题以及安全问题是威胁天然气管道运行效率以及运行安全的重要因素，天然气管道运行过程中的常见设备故障问题相对较多，引起设备故障问题的原因也相对较为复杂，需要根据每种故障问题出现的原因，分别采取合理的处理措施和预防措施，保障设备长期处于安全可靠的运行状态，为提高天然气管道的运行效率和运行安全奠定基础。