導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 化工安全論文>>正文

天然氣低溫運行的危害分析及應(yīng)對措施

文檔作者：周廷鶴文檔來源：南京市燃氣工程設(shè)計院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月17日
下載地址：點擊這里	文件大?。?290.38 KB 共4頁	文檔格式： PDF	下載點數(shù)： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內(nèi)容預(yù)覽 [文件共4頁]

本文件共4頁，如需編輯使用，請下載。

注：預(yù)覽效果可能會出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大?。?90.38 KB 共4頁文件格式：PDF 下載點數(shù)：1 點（VIP會員免費）

下一篇：探究液化氣罐車安全閥泄露的原因與解決措施

上一篇：天然氣點供站存在問題與安全管理措施

文本預(yù)覽

僅提取頁面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

第33卷第6期
2013年6月
煤氣與熱力
GAS&amp;amp; HEAT
V01．33 NO．6
Jun．2013
· 燃氣輸配與儲運·
天然氣低溫運行的危害分析及應(yīng)對措施
周廷鶴
(南京市燃氣工程設(shè)計院有限公司，江蘇南京210009)
摘 要： 分析造成輸配廠站內(nèi)天然氣低溫運行對管材、管件、管道輸送、貿(mào)易計量等方面的危
害，提出了調(diào)壓前加熱、使用低溫材料等應(yīng)對措施。
關(guān)鍵詞： 絕熱節(jié)流效應(yīng)； 低溫運行； 危害； 應(yīng)對措施
中圖分類號：TU996 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1000—4416(2013)06—0A22—04
作者簡介：周廷鶴(1985一 )，男，江蘇徐州人，工程師，
碩士，從事城市燃氣工程相關(guān)的咨詢、設(shè)計工
作。
門站、高一中壓調(diào)壓站等輸配廠站(以下簡稱
廠站)是天然氣輸配系統(tǒng)中的重要節(jié)點，起到承上
啟下的作用，其安全穩(wěn)定運行對城市天然氣供應(yīng)尤
為重要。受環(huán)境溫度、絕熱節(jié)流效應(yīng)的影響，廠站內(nèi)
天然氣溫度會降低，當(dāng)天然氣溫度低于環(huán)境空氣露
點時，露天管道表面會產(chǎn)生結(jié)露、結(jié)霜甚至結(jié)冰現(xiàn)
象，危及廠站內(nèi)和下游管道的安全運行。為避免這
種不良工況的發(fā)生，本文對廠站內(nèi)天然氣低溫運行
的危害進行分析并提出應(yīng)對措施。
1 天然氣低溫的危害分析
1．1 低溫對管材及管件的影響
天然氣低溫對管子、管件材質(zhì)的影響是需要考
慮的最重要的問題。
廠站內(nèi)常用的無縫鋼管、焊接鋼管等適用的最
低溫度為一20℃ 。當(dāng)這些碳素鋼、低合金鋼等鐵素
體鋼材的溫度低于某一臨界溫度時，會出現(xiàn)韌性急
劇下降，脆性上升的現(xiàn)象，即冷脆現(xiàn)象，這一臨界溫
度稱為金屬材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。由于管道系統(tǒng)不
可避免地存在材料、結(jié)構(gòu)、制作等缺陷，因此當(dāng)?shù)陀?
材料脆性轉(zhuǎn)變溫度時，在一定應(yīng)力下的管道就可能
發(fā)生低應(yīng)力性斷裂，這非常危險。因此用于介質(zhì)溫
度≤一20℃的管道，其管材及管件均應(yīng)按沖擊性能
的要求選用。GB／T 20801．2—2006《壓力管道規(guī)范
工業(yè)管道 第2部分：材料》對低溫條件下材料
的使用限制(管道鋼種、管道制造標(biāo)準(zhǔn)、免除沖擊試
驗的管道壁厚、最低使用溫度、沖擊試驗要求)提出
了明確的要求和說明。
1．2 低溫對管道輸送的影晌
在一定的溫度和壓力條件下，含水天然氣可生
成白色致密的結(jié)晶固體，稱為天然氣水合物。在大
然氣管道輸送過程中，天然氣水合物是威脅輸氣管
道安全運行的一個重要因素。管道內(nèi)水合物的生成
會降低管道的輸送效率，嚴重時甚至?xí)氯艿?；?
高壓的沖擊下造成設(shè)備的損壞(尤其是調(diào)壓器的薄
膜被水合物沖擊穿孔)，導(dǎo)致管道下游壓力升高，引
發(fā)事故。
能否生成水合物與天然氣的組成(包括含水
量)、壓力、溫度等條件有關(guān)。對于被水蒸氣飽和的
天然氣，可以用平衡絕對壓力判斷水合物是否生成，
對應(yīng)關(guān)系見表1，計算公式詳見文獻[1]第2．9．4
節(jié)。當(dāng)天然氣壓力低于某溫度下的平衡絕對壓力時
· A 22 ·
周延鶴：天然氣低溫運行的危害分析及應(yīng)對措施 第33卷第6期
就不能生成水合物，換言之，若高于平衡絕對壓力，
則具備了生成水合物的條件。從壓力因素上分析，
中壓天然氣(0．4 MPa)一般情況下不 生成水合
物；但對于高(次高)壓天然氣，存在生成水合物的
可能。
表1 平衡絕對壓力與溫度對照表
天然氣溫度／℃ 一12 —5 0 5
平衡絕對壓力／MPa O．66 0．81 0．o8 1．77
天然氣溫度／℃ 10 15 20
平衡絕對壓力／MPa 3．24 6．09 12．78
GB 17820-2012《天然氣》規(guī)定：“管道輸送的
商品天然氣在交接點壓力下，水露點應(yīng)比輸送條件
下最低環(huán)境溫度低5 c(=”。根據(jù)氣源資料，“西氣東
輸”天然氣在正常情況下，4．0 MPa時的水露點為
一12℃ ，在0．4 MPa時為一23 oC 。天然氣溫度
一般是高于水露點的，不會結(jié)冰。但天然氣經(jīng)過絕
熱節(jié)流后，溫度迅速下降，當(dāng)天然氣溫度等于或低于
其水露點且壓力高于平衡絕對壓力時，就有可能結(jié)
冰，甚至形成水合物，造成管道及設(shè)備堵塞、調(diào)壓設(shè)
備破壞，影響系統(tǒng)的正常運行。
1．3 低溫對管道外壁結(jié)冰的影響
管道外壁結(jié)冰是在管壁溫度低于外部環(huán)境空氣
的露點、環(huán)境濕度較大或雨雪天氣等情況下發(fā)生的。
由于管內(nèi)天然氣流速較高，長時間運行后管道內(nèi)壁
的邊界層形成的溫差很小，管壁溫度非常接近輸送
的天然氣溫度，當(dāng)?shù)陀诠艿乐車諝獾穆饵c時，管道
外壁便開始結(jié)露、結(jié)霜甚至結(jié)冰。
管道外壁結(jié)冰不僅會增加管道及管道支墩的負
荷，而且冰層膨脹時還會對管道的機械性能產(chǎn)生影
響。在實際運行中，冰層薄時不必除冰，冰層厚時要
用工具機械除冰。
管道結(jié)冰主要出現(xiàn)在調(diào)壓后的架空管道上，低
溫的埋地管道會使周圍土壤內(nèi)的水分凝結(jié)成冰將土
壤凍結(jié)從而形成凍土。凍土沿管道走向的長度取決
于天然氣低溫的程度，溫度越低凍土距離越長。凍
土的形成將影響地表植被、農(nóng)作物的生長，破壞生態(tài)
平衡，曾出現(xiàn)某門站出站次高壓管道上距起點100
1TI范圍內(nèi)的小麥被凍死的現(xiàn)象。
1．4 低溫對貿(mào)易計量的影響
為了準(zhǔn)確地對輸送的天然氣進行貿(mào)易計量及比
對，消除壓力和溫度的影響，得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積
流量，一般與流量計配套設(shè)置體積修正儀。通過查
閱常用品牌流量計的技術(shù)資料發(fā)現(xiàn)，一般情況下氣
體流量計的性能參數(shù)中對溫度的要求是“被測氣體
溫度范圍：一10～60℃”，體積修正儀對溫度的要求
是“被測氣體溫度范圍：一2O～60℃”，常用溫度變
送器的量程下限一般為一20℃ 。
因此，當(dāng)天然氣溫度≤ 一20℃時，流量計便會
計量不準(zhǔn)，誤差增大至超出允許范圍，影響正常的貿(mào)
易計量。
1．5 對下游管道的影響
門站、高一中壓調(diào)壓站下游管道的管材一般為
鋼管或PE管，且采用埋地方式敷設(shè)。天然氣低溫
運行對下游一定距離內(nèi)的埋地鋼管仍然有上述某些
影響。根據(jù)CJJ 63—2008《聚乙烯燃氣管道工程技
術(shù)規(guī)程》要求，PE管的使用溫度范圍為一20～40
℃。聚乙烯是一種高分子材料，溫度對其影響較大，
溫度過低將導(dǎo)致其變脆(脆化溫度一般為一80℃)，
抗沖擊強度和斷裂伸長率下降。由于PE管低溫抗
沖擊性能好，與鋼管相比，天然氣低溫運行給PE管
帶來的不良影響較小。
2 應(yīng)對措施
2．1 調(diào)壓前加熱
造成廠站內(nèi)天然氣低溫的主要原因為調(diào)壓節(jié)流
引起的溫度降低，為了使調(diào)壓后天然氣溫度不至于
過低，通常根據(jù)調(diào)壓工藝需求在調(diào)壓前進行加熱。
常用的換熱設(shè)備有水套加熱爐、熱水換熱器、電換熱
器和電伴熱帶等。
① 水套加熱爐
水套加熱爐是目前氣田集輸系統(tǒng)中應(yīng)用較廣的
天然氣加熱設(shè)備，長輸管道的分輸站也常有使用。
主要部件有水套、天然氣盤管、燃燒器、火筒、煙囪
等，它是用熱水在常壓下對天然氣進行加熱，易于操
作和控制。由于水套加熱爐內(nèi)有明火燃燒設(shè)施，根
據(jù)GB 50028-2006(城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》第6．5．5
條的要求，與站內(nèi)露天工藝裝置區(qū)邊緣的間距不小
于20 m，因此在城鎮(zhèn)燃氣輸配廠站內(nèi)很少使用。
② 熱水換熱器
熱水換熱器由殼體(殼程)和管束(管程)組成，
熱水和天然氣的流通通道分別為殼體(殼程)和管
束(管程)，換熱介質(zhì)為來自鍋爐的熱水。熱水從換
熱器上方進水口進人殼體(殼程)，天然氣從換熱器
下方人口進入換熱管束(管程)。熱水與天然氣進
行熱量交換后，再由換熱器下方回水口回流至鍋爐，
· A 23 ·
第33卷第6期 煤氣與熱力
而天然氣則經(jīng)管程從另一側(cè)出口流出。熱水的基本
參數(shù)一般為：供水溫度為85℃ ，回水溫度為65℃ 。
鍋爐功率根據(jù)換熱量、換熱效率等因素確定，換熱量
可由式(1)計算得到。
換熱器設(shè)計時應(yīng)考慮管程內(nèi)的天然氣與殼程內(nèi)
的熱水間進行充分換熱，使放熱量和吸熱量匹配，保
證在最不利條件下仍能使天然氣出口溫度達到規(guī)定
值。一般加熱后的天然氣在經(jīng)過調(diào)壓降溫后的溫度
比其水露點高3～5℃，這樣管道內(nèi)的天然氣不會結(jié)
冰或形成水合物；若需要天然氣管道外壁也不結(jié)露、
結(jié)霜或結(jié)冰，加熱后的天然氣在經(jīng)過調(diào)壓降溫后的
溫度應(yīng)高于大氣的露點。
③ 電換熱器
電換熱器工作原理與熱水換熱器相似，不同的
是前者通過電加熱器加熱殼程內(nèi)的導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油
再與管程內(nèi)的天然氣進行換熱以提高天然氣出口溫
度。
由于電換熱器消耗電能來加熱天然氣，換熱量
有限，常用于高壓差、小流量的管道上，如廠站內(nèi)自
用氣調(diào)壓橇。
④ 電伴熱帶
電伴熱帶是由發(fā)熱芯料、兩根平行金屬導(dǎo)線及
絕緣保護層構(gòu)成，兩根平行的金屬導(dǎo)線為電源母線，
中間均勻擠滿的導(dǎo)電高分子材料為發(fā)熱芯料。發(fā)熱
芯料是一種電阻率隨溫度變化的發(fā)熱阻燃材料，其
特性是具有正溫度系數(shù)特性，且相互并聯(lián)，能隨被加
熱物體的溫度變化自動調(diào)節(jié)輸出溫度，自動限制加
熱的溫度。正溫度系數(shù)特性是指材料電阻隨溫度升
高而增大，并在某一溫度區(qū)間急劇增大的特性。
電伴熱帶安裝簡便，維護簡單，自動化水平較
高，運行及維護費用較低。但和電換熱器相似，電伴
熱帶的換熱量有限，常用于換熱量較小的管道伴熱、
管道設(shè)備伴熱、各種信號管(如調(diào)壓器信號管)伴
熱、排污管伴熱等。
⑤ 換熱量計算
換熱器所需提供的熱功率為：
： 3 600 (1) "o 、
式中 ——熱功率，w
q ——天然氣流量，lift ／h
C ——天然氣的比體積定壓熱容，J／(In ·
K)，取1 550 J／(m ·K)
△p——調(diào)壓前后的壓力降，MPa
j— — 焦耳一湯姆遜系數(shù)，~C／MPa
△t — — 富裕溫度，℃ ，取5 c【=
叼——換熱效率
天然氣換熱器與不加熱時的旁通管路并聯(lián)設(shè)置
并設(shè)置相應(yīng)的關(guān)斷閥門，不加熱時，天然氣經(jīng)旁通管
通過，以節(jié)省連續(xù)換熱時的能量消耗。
2．2 使用低溫材料
金屬材料發(fā)生低溫冷脆，對管材及管件將造成
很大的破壞，因此要根據(jù)管道的最低運行溫度確定
設(shè)計溫度，選用合適的材質(zhì)。根據(jù)GB 50028-2006
《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》第6．5．13條的要求，廠站內(nèi)
設(shè)計壓力大于0．4 MPa鋼質(zhì)管道性能應(yīng)滿足GB／T
9711_2011《石油天然氣行業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼
管》或GB／T 8163-20084輸送流體用無縫鋼管》的
規(guī)定。高壓無縫鋼管也可以用于輸配廠站內(nèi)的管
道，技術(shù)性能應(yīng)滿足GB 5310—2008《高壓鍋爐用無
縫鋼管》、GB／T 14976-2012(流體輸送用不銹鋼無
縫鋼管》或GB 6479-2000(高壓化肥設(shè)備用無縫鋼
管》的要求。
GB／T 20801．2_2006《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管
道第2部分：材料》規(guī)定了執(zhí)行上述幾個規(guī)范的
20號、20G、16Mn、L245／L290、06Crl9Nil0等鋼管最
低使用溫度、進行低溫沖擊試驗及可免除試驗的要
求。
GB／T 8163-2008(輸送流體用無縫鋼管》中沒
有對20號鋼管進行沖擊試驗的要求。第5．4．2條
規(guī)定：牌號為Q345E(原牌號為16Mn)、外徑不小于
70 mm且壁厚不小于6．5 ITlm的鋼管，應(yīng)進行沖擊
試驗，沖擊試驗溫度要求為一40℃ 。
GB 6479-2000(高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》第
4．4．2條規(guī)定2O號、16Mn鋼管的低溫沖擊試驗溫
度分別為一20℃ 和一40 c《=。
對于設(shè)計溫度低于或等于一20 qC的管材及管
件應(yīng)按沖擊性能的要求選用，一般要求如下 ：①
低溫壓力管道采用的鋼材應(yīng)為鎮(zhèn)靜鋼；② 當(dāng)碳素鋼
和低合金鋼、材質(zhì)為碳素鋼、低合金鋼的鍛鋼管件用
于溫度低于或等于一20℃ 的管道上時，應(yīng)進行沖擊
試驗。
常用管道的最低使用溫度總結(jié)于表2。
· A 24 ·
周廷鶴：天然氣低溫運行的危害分析及應(yīng)對措施 第33卷 第6期
表2 常用鋼管最低使用溫度
牌號或鋼級 最低使用 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
溫度／℃
GB／T 8163一-2008或
20號 一2O G
B 6479一—2000
Q345E 一40 GB／T 8163——_2008
L245、L290 —20 GB／T 971】—_2011
2OG 一2O GB 531O一_2008
16Mn 一40 GB 6479一—2O0o
06Cr19N訂0 —196 GB／T 14976— 2012
根據(jù)國家質(zhì)檢總局頒布的特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)
范TSG D7004-2010(壓力管道定期檢驗規(guī)則 公
用管道》第四條的規(guī)定，城市燃氣輸配系統(tǒng)中的門
站、調(diào)壓站(器)管道及其安全保護裝置、附屬設(shè)施
的定期檢驗參照工業(yè)管道、壓力容器定：朗檢驗有關(guān)
要求執(zhí)行。因此門站、高一中壓調(diào)壓站內(nèi)的管道按
照GC1(設(shè)計壓力為4．0 MPa)或GC2(設(shè)計壓力小
于4．0 MPa)級壓力管道進行設(shè)計。根據(jù)GB／T
20801．2_2o06《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道第2部
分：材料》第6．3．1條的規(guī)定，GB／T 9711_2011的
L245、L290電阻焊鋼管，電熔焊鋼管及對焊管件，
GB／T 8163-2008的碳鋼無縫鋼管及對：悍管件不得
用于GC1級壓力管道。
管道材質(zhì)的選用應(yīng)該綜合考慮管道的設(shè)計壓
力、設(shè)計溫度、造價、采購難易程度等因素確定。本
文推薦選用的管道材質(zhì)及使用條件詳見：表3。
表3 鋼管牌號或鋼級選用推薦表
設(shè)計溫度下 設(shè)計壓力 選用材質(zhì)的 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
℃ ／MPa 牌號或鋼級
≤ 一40 06Cr19Ni10 GB／T 14976-2012
Q345E GB／T 8163—_2008
> 一40
16 Mn GB (9479_ 2000
L245、L290、
GB／T 971l—_2011
I320、L360
> 一20 <4．0 20G GB 5310—_2008
20號 GB 6479—_2O00或
GB／T 8163—-2008
L245、L290、
GB／T 971 1——201 1
L320、1360
> 一20 4．O 20G GB 5；310
— _2008
20號 GB 6479—_2000
根據(jù)管道材質(zhì)、設(shè)計溫度、設(shè)計壓力等條件確定
合適的閥門、管件、法蘭(蓋)、墊片、緊固件等。
3 結(jié)論
① 引起廠站內(nèi)天然氣低溫運行的主要原因是
絕熱節(jié)流效應(yīng)，同時天然氣管道還受到大氣環(huán)境低
溫的影響。
② 天然氣低溫運行主要對廠站內(nèi)的管道、管
件、附屬設(shè)施、管道輸送、貿(mào)易計量等產(chǎn)生不良影響。
實際工程設(shè)計時，應(yīng)充分考慮絕熱節(jié)流溫度降和環(huán)
境溫度，確定系統(tǒng)的設(shè)計溫度和設(shè)計壓力，進而選擇
合適的管道、管件及附屬設(shè)施材質(zhì)、流量計和換熱方
式。
③ 建議工藝區(qū)露天管道應(yīng)盡早埋地出站，依
靠管道與土壤之間的換熱使天然氣溫度回升，減小
低溫對站外下游管道的影響。
參考文獻：
[1] 嚴銘卿．燃氣工程設(shè)計手冊[M]．北京：中國建筑工
業(yè)出版社，2009．
[2] 張鴻鵬，李顏強．門站調(diào)壓節(jié)流引起管道低溫的分析
[J]．煤氣與熱力，2009，29(1)：B01～B04．
Anal r ．
~sis for Hazards of Natural Gas Low
Temperature Operation and
Countermeasures
ZHOU Tinghe
Abstract： The pipe materials， pipe fittings，
pipeline transmission and trade metrology hazards of
natural gas low temperature operation in transmission
and distribution stations are analyzed． Some counter—
measures such as heating before pressure regulation，u—
sing low temperature materials and SO on are put for—
ward．
Key words： adiabatic throttling effect；low
temperature operatmn；hazard；countermeasure
收稿日期：2013一O1—05； 修回日期：2013—04—15
· A 25 ·

網(wǎng)友評論 more

化工安全論文最新內(nèi)容

03-11