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(guó)內(nèi)天然氣長(zhǎng)輸管道的不斷投入使用，管道及附屬設(shè)備完好性成為了一項(xiàng)重要工作，特別是一些關(guān)鍵設(shè)備的完好性對(duì)管道運(yùn)行起著重要作用，但是在靖西管道天然氣輸配送系統(tǒng)中常能發(fā)現(xiàn)的一種混有黑色粉末的雜質(zhì)，經(jīng)分析檢驗(yàn)，黑色粉末雜質(zhì)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(rùn)滑油脂等雜物。此種物質(zhì)的大量存在不僅嚴(yán)重影響了管道的輸氣量，降低了輸氣效率，而且導(dǎo)致了輸送設(shè)備的頻繁故障，嚴(yán)重影響了天然氣管道的運(yùn)行安全。

1 雜質(zhì)形成的原因

（1）上游來氣質(zhì)量原因。上游來氣的氣體質(zhì)量沒有達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 37124—2018《進(jìn)入天然氣長(zhǎng)輸管道的氣體質(zhì)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(zhì)進(jìn)入管道，增加了管道母材的腐蝕可能，是導(dǎo)致黑色粉末雜質(zhì)形成的直接原因。

（2）管道運(yùn)行參數(shù)原因。管道運(yùn)行的工藝參數(shù)，如壓力、流速、溫度等均會(huì)對(duì)管道母材和設(shè)施腐蝕產(chǎn)生影響。當(dāng)天然氣中硫化氫、二氧化碳、水等雜質(zhì)組分含量超出規(guī)定要求，管道和配氣系統(tǒng)在低于天然氣水露點(diǎn)的工況下運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問題，是導(dǎo)致黑色粉末雜質(zhì)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(shí)現(xiàn)對(duì)管道的內(nèi)腐蝕控制，但有時(shí)管道材料沒有達(dá)到抗硫化物腐蝕、高溫腐蝕等極端情況的要求，導(dǎo)致管道出現(xiàn)腐蝕、產(chǎn)生黑色粉末雜質(zhì)。

（4）管道施工原因。管線建設(shè)時(shí)期，管段試壓用水未及時(shí)清除或試壓后的管道干燥不徹底，導(dǎo)致水長(zhǎng)期殘留在管道底部，試壓用水腐蝕介質(zhì)及泥沙含量較高，對(duì)管道形成細(xì)菌腐蝕。如果管道投運(yùn)前的清管作業(yè)不到位，管道內(nèi)施工殘留的物沙土、焊渣飛濺物等與天然氣中的腐蝕介質(zhì)混合形成雜質(zhì)。

（5）運(yùn)行管理原因。場(chǎng)站的過濾除塵裝置精度不達(dá)標(biāo)，運(yùn)行過程超流速或維護(hù)保養(yǎng)不到位，沒有及時(shí)把運(yùn)行中產(chǎn)生的固體腐蝕物、潤(rùn)滑油脂、水合物等雜質(zhì)過濾徹底，導(dǎo)致其進(jìn)入下游管道和設(shè)備。此外還包括：管道清管作業(yè)不規(guī)范，沒有開展周期性清管作業(yè)，清管作業(yè)流程、清管裝置選用不當(dāng)，導(dǎo)致清管質(zhì)量不高，管道內(nèi)雜物沒有及時(shí)被清理。

2 雜質(zhì)對(duì)設(shè)備的影響

通過對(duì)靖西管道2008—2018 年運(yùn)行期間設(shè)備故障調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)黑色粉末雜質(zhì)多次造成分離器堵塞及排污閥損壞、計(jì)量?jī)x表失效、調(diào)壓閥沖刷失效、往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸磨損、離心式壓縮機(jī)葉輪磨損、球閥內(nèi)漏及管道清管卡滯等故障。

2.1 對(duì)過濾分離裝置的影響

（1）立式旋風(fēng)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(zhì)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)維修發(fā)現(xiàn)黑色粉末大量沉積在分離器的底部的積污室內(nèi)，導(dǎo)致分離器底部結(jié)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(jìn)行注水清洗，增加了設(shè)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(fēng)分離器沒有過濾掉的更細(xì)小的固體顆粒以及液態(tài)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(yán)重時(shí)會(huì)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(dāng)差壓達(dá)到100 kPa 時(shí)要及時(shí)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(jīng)統(tǒng)計(jì)靖西管道場(chǎng)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(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的成本，且濾芯表面附著黑色粉末容易自燃，給作業(yè)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。分離器內(nèi)黑色粉末經(jīng)過排污時(shí)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(duì)計(jì)量、儀表設(shè)施的影響

當(dāng)黑色粉末雜質(zhì)附著在流量計(jì)傳感器探頭表面，影響聲音信號(hào)與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，會(huì)導(dǎo)致探頭增益變大，造成傳感器探頭故障，數(shù)據(jù)無法采集。黑色粉末附著在流量計(jì)管壁上會(huì)造成流態(tài)分布不均勻剖面系數(shù)對(duì)稱性等指標(biāo)超標(biāo)。當(dāng)黑色粉末附著在流量計(jì)前后直管段內(nèi)壁上時(shí)，造成管壁厚度增加內(nèi)徑減小，氣流速度增大，計(jì)量數(shù)據(jù)會(huì)相應(yīng)偏大。

當(dāng)黑色粉末雜質(zhì)附著在溫度變送器套管表面時(shí)，測(cè)量溫度的響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，不能及時(shí)反應(yīng)氣體溫度變化，引起計(jì)量數(shù)據(jù)偏差，當(dāng)檢測(cè)溫度大于氣體實(shí)際溫度時(shí)，計(jì)量值偏小，反之計(jì)量值偏大。當(dāng)黑色粉塵過多時(shí)會(huì)堵塞變送器引壓管，導(dǎo)致不能及時(shí)準(zhǔn)確采集管線壓力，當(dāng)檢測(cè)壓力比實(shí)際壓力高時(shí)，會(huì)造成計(jì)量值偏大，反之計(jì)量值偏小，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)因壓力檢測(cè)反饋錯(cuò)誤，引起壓力和壓降聯(lián)鎖誤動(dòng)作，造成閥門關(guān)斷和設(shè)備意外停車事故。

2.3 對(duì)調(diào)壓裝置的影響

靖西管道大量應(yīng)用了Fisher、RMG、荷蘭高特等廠家生產(chǎn)的調(diào)壓裝置。當(dāng)黑色粉末進(jìn)入調(diào)壓裝置會(huì)堵塞閥體中的過氣孔及引壓管，造成調(diào)壓閥指揮器檢測(cè)滯后或失效，引起調(diào)壓不穩(wěn)定，壓力忽高忽低；黑色粉末通過引壓管進(jìn)入調(diào)壓閥穩(wěn)壓器及過濾網(wǎng)能，造成氣路堵塞，監(jiān)控調(diào)壓失效，不能正常運(yùn)行；黑色粉末顆粒在高壓氣體作用下，高速通過調(diào)壓閥閥芯，產(chǎn)生很強(qiáng)的沖刷力會(huì)損壞閥芯和閥套，造成閥芯密封失效漏氣，無法穩(wěn)壓；黑色粉末附著在閥芯及閥套表面，造成閥芯卡死無法動(dòng)作，當(dāng)下游壓力變化時(shí)，不能起到切斷和穩(wěn)壓作用，造成下游管道超壓運(yùn)行，引起生產(chǎn)安全事故。

2.4 對(duì)壓縮機(jī)組的影響

黑色粉末雜質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)組會(huì)造成壓縮機(jī)工藝氣濾網(wǎng)堵塞、損壞，增加了濾網(wǎng)更換頻次，增加了故障停機(jī)次數(shù)。黑色粉末雜質(zhì)進(jìn)入往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸內(nèi)，造成氣缸壁、活塞環(huán)、填料，活塞桿、活塞等核心部件嚴(yán)重磨損；黑色粉末雜質(zhì)進(jìn)入離心式壓縮機(jī)缸體，造成離心機(jī)葉輪沖刷損壞，造成設(shè)備事故；粉末與油脂混合物附著在離心機(jī)葉輪上，會(huì)造成離心機(jī)振動(dòng)增大，也會(huì)引起壓縮機(jī)輸氣效率降低。黑色粉末進(jìn)入離心機(jī)干氣密封裝置內(nèi)，造成密封損壞，會(huì)引起離心機(jī)漏氣等事故。

2.5 其他影響

黑色粉末雜質(zhì)還會(huì)造成快速截?cái)嚅y執(zhí)行機(jī)構(gòu)提升閥氣路通道堵塞，導(dǎo)致閥門無法正常操作。當(dāng)黑色粉末進(jìn)入球閥閥腔內(nèi)造成密封面損壞內(nèi)漏，或?qū)е麻y門卡阻無法正常開關(guān)。當(dāng)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(dāng)黑色粉末在管道內(nèi)沉積過多，也會(huì)導(dǎo)致清管器卡阻，影響清管作業(yè)。

3 雜質(zhì)的控制

（1）源頭控制。在上游凈化廠控制氣體質(zhì)量，減少水、硫化氫等腐蝕介質(zhì)的進(jìn)人管道，確保進(jìn)入管道的氣體質(zhì)量達(dá)到《進(jìn)入天然氣長(zhǎng)輸管道的氣體質(zhì)量要求》的要求，并且在進(jìn)入管道后應(yīng)進(jìn)行抽檢或在線檢驗(yàn)，在進(jìn)氣點(diǎn)壓力溫度下，管道中應(yīng)不存在液態(tài)水和液態(tài)氫，天然氣固體顆粒應(yīng)不影響輸送和利用，進(jìn)入管道的氣體應(yīng)使用過濾裝置，確保顆粒物粒徑不大于5 μm，在交點(diǎn)設(shè)定顆粒物取樣口，按照GB/T 27893—2011《天然氣中顆粒物含量的測(cè)定稱量法》要求對(duì)顆粒物分離效果進(jìn)行評(píng)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(nèi)涂層等措施抑制管壁發(fā)生腐蝕，降低硫化物等腐蝕物質(zhì)的的產(chǎn)生。在輸氣管道的關(guān)鍵場(chǎng)站使用旋風(fēng)分離器、臥式過濾分離器兩級(jí)過濾，通過旋風(fēng)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(tài)物質(zhì)，進(jìn)一步減少進(jìn)入管道的黑色粉末雜質(zhì)。

（3）嚴(yán)格控制天然氣管道運(yùn)行工藝參數(shù)。做好管道自身的保護(hù)措施，保證管道在氣體露點(diǎn)溫度以上運(yùn)行。但天然氣管道往往距離長(zhǎng)，沿途氣候條件變化大，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁管道在氣體水露點(diǎn)以下輸氣，避免天然氣水合物形成。

（4）加強(qiáng)對(duì)管道施工期間的管理。對(duì)試壓的水質(zhì)提出要求，必要時(shí)進(jìn)行凈化；試壓后及時(shí)排水并對(duì)管道進(jìn)行干燥；管道投產(chǎn)前必須進(jìn)行清管，徹底清除管道內(nèi)殘留沙土及施工雜物，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（5）定期清管。依據(jù)管道輸送氣質(zhì)質(zhì)量，場(chǎng)站分離裝置運(yùn)行情況，結(jié)合管道輸送效率和輸送壓差，分析管道內(nèi)黑色粉末雜物沉積的規(guī)律，確定合適的清管周期和工藝裝置，并要結(jié)合清出的雜質(zhì)量，逐步調(diào)整優(yōu)化清管周期。清管時(shí)應(yīng)循序漸進(jìn)，多階段多次作業(yè)，依據(jù)每次清出污物的數(shù)量選擇清管裝置，切勿直接使用強(qiáng)力磁性鋼刷清管器直接作業(yè)，避免一次清出污物量過多，導(dǎo)致卡堵。

（6）加強(qiáng)管道沿途各場(chǎng)站分離裝置排污操作。定期對(duì)立式旋風(fēng)分離器進(jìn)行排污和清洗，結(jié)合差壓參及時(shí)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(yùn)行。

4 結(jié)論

天然氣管道內(nèi)的黑色粉末雜質(zhì)對(duì)設(shè)備影響較大，多次造成設(shè)備管道故障，形成安全隱患，造成經(jīng)濟(jì)損失，通過對(duì)黑色粉末雜質(zhì)形成的原因、對(duì)設(shè)備的影響及控制措施的分析，希望在以后天然氣管道和設(shè)備運(yùn)行中能得到有效控制，確保管道設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行。