1、 化学工程与装备 2023 年 第 1 期 96 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 1 月 天然气输送管道安全运行及质量管理天然气输送管道安全运行及质量管理 王晓霞，沈恒坤（国家管网集团华北天然气管道有限公司，天津 300450）摘摘 要要：能源危机一直是世界各国社会经济发展全过程中普遍关注的问题。近年来，我国越来越重视天然气等绿色能源的研发和应用。天然气需要一定数量的管道进行输送，气管道运行的安全和质量直接决定了天然气的使用范围，而天然气管道运行的管理方法可以在较大程度上保证天然气管道的可靠运行。因此，为确保天然气输送管道和运行的安全和高效运行，必须
2、加强安全和质量管理。本文将对天然气输送管道的安全运行和质量管理方法进行研究。关键词：关键词：天然气输送管道；安全运行；质量管理；探究 随着我国经济的快速发展，天然气用量的不断增加，输气管线的建设和铺设日益增多，同时也给输气管线的安全运行带来了严峻的问题。比如，随着城市建设的加速，天然气管道被大量占用、人为破坏、环境腐蚀等原因，天然气管道的高压易燃易爆、管线长、交叉复杂、分布广等因素更是给天然气输送管道运行带来严重安全隐患。为了保证输气管线的安全和质量，保证输气的稳定性，保障人民的生命和社会发展，必须对输气管线的安全和质量进行科学、有效的管理。输气管线的安全和质量控制，不仅是保证安全平稳输气的一
3、种有效途径，也是我国天然气管线建设和生产运行的一个重要环节。1 1 天然气输送管道运行过程影响因素天然气输送管道运行过程影响因素 1.1 第三方破坏因素 第三方破坏是影响输气管线安全和质量的最重要的危险因素，它表现在第三方人为、施工、工程、建筑等诸多方面。施工和市政工程对管线的安全问题。一是由于工业化和现代化的发展，工程建设数量众多，而施工方对天然气行业认识较低，对埋地管线了解较少，在施工过程中缺乏对天然气管道的安全保护意识。尤其是在施工过程中，施工人员不到位，缺少警示标志，没有提前采取有效的保护措施，造成了管线的损坏。二是在各类市政工程施工中，存在着占压、影响管道维护检修、安全距离不足等问题
4、。人们的日常生活对天然气管线的损害。公众对天然气管线的安全意识不强，擅自搭建、乱建、乱停、乱挖、偷取天然气等行为，严重破坏了天然气输送管道的正常运行，带来深层次风险隐患。违规建设和管道的违法扩建和改造。一是在输气管线周边安全范围内修建了大量违规建筑，使其安全系数下降，影响到管线的受力平衡，从而导致燃气泄漏，容易引起火灾、爆炸和人员伤亡。二是违规改建、扩建输气管道，在后期又增添了不少不稳定的隐患。1.2 输送管道自身缺陷因素 输气管线工程施工中，设计不合格、材料不合格、焊接工艺不规范、工艺不合理、管理不严格等都会导致工程质量不高，导致管线投入使用后，管线本身存在缺陷，特别是运行时间较久后。这些问
5、题造成的腐蚀、穿孔、断裂等问题，严重地影响了管道的正常使用和质量的稳定性。2 2 天然气管道泄漏的原因分析天然气管道泄漏的原因分析 2.1 设计方面的原因 设计上的问题主要是由于管线和管线设计中的一些问题，造成了管道泄漏。一般而言，天然气管线必须穿越河流、沼泽地、沙丘等复杂地形，而这些区域的土壤环境差异很大，所以在进行管线规划时要综合考虑，如果设计不当，就会引起管线的泄漏。2.2 第三方破坏的原因 第三方损害是指在施工过程中，除了本公司以外的第三方公司在施工过程中，对管线的施工造成了损害，导致管线发生泄漏。近年来，随着城市化进程的加快，城市地下管线的数量越来越多，相应的部门也越来越多。如果施工
6、方不熟悉地下管线，或者施工人员的粗暴、盲目施工等问题，都会造成管线的损坏。2.3 自然腐蚀原因 目前，所有的天然气管道都是经过防腐和保温的，而在钢管的外层，则是一层防腐层，每一层都有各自的寿命。一旦超过了使用寿命，那么它的防腐蚀性能就会降低，从而导致泄漏。另外，由于地下管线周边土壤中微生物、酸碱等因素比较复杂，或者有很强的杂散电流，都会引起管线的腐蚀和泄漏。更严重的是，如果钢管防腐涂层的施工质量不合格，也就是钢管在包覆层之前，除锈、刷底漆、干燥等工艺处理不当，导致外层防腐层有缺陷，从而加速腐蚀，从而导致泄漏。另外，由于管线附近的树木受其根部的影响，会造成防腐层的损坏，从而发生泄漏。2.4 施工
7、质量原因 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.064 王晓霞：天然气输送管道安全运行及质量管理 97 在埋管时，如果不严格按照施工规范进行，必然会导致管线泄漏。施工中没有按规范进行施工的原因有：管材选用不合理。管的材质有铸铁管、塑料管、钢管等，每个管都有自己的标准。如果有假冒伪劣现象，就会自然而然地造成钢管的品质不达标。焊接工艺。在天然气管线施工中，焊接是一个非常关键的环节，对操作工人的技术要求很高，但是在实际焊接中，焊接工人的技术水平却是参差不齐。一些焊接的地方，自然会有一些瑕疵。在充填过程中出现了问题。在回填工程中，由于在工程设计中对回填土的土质和土层中的石料颗
8、粒尺寸等都有严格的要求，所以有的施工单位并没有严格的遵循标准操作规程。如果不按上述要求进行回填，土壤自然会发生侵蚀。2.5 管理因素 天然气管线的日常维护和防腐工作同样重要。通常，为避免腐蚀，必须定期对管线进行阴极保护，定期检测，如果不能达到应有的防护效果。那就必须要尽快的修复。另外，如果平时对管道周边的工程管理不到位，也会对管道的正常使用产生影响。2.6 人为破坏原因 近年来，一些地区的一些人因为非法连接天然气管道，盗窃天然气设施和设备，还有对天然气管道的恐怖攻击。这种人为破坏的可能性很低，但却是实实在在的，一旦发生，那么就会给整个社会带来巨大的威胁。3 3 质量分析技术质量分析技术 3.1
9、 检测项目及其指标 在我国强制性国家行业标准天然气：GB17820-2012中，新增了天然气检验项目和技术标准。整合欧洲、北美、乌克兰等海外地区，关键是要符合 GB17820 的技术标准。天然气检测标准最终确定了天然气质量检测的新项目和指标值。表 3 列出了蒙西煤制天然气外输管道的关键指标值。对于海外管道天然气的产品质量规定，重点需要关注高热值、水露点等关系到安全、环保和经济发展利益的指标值，充分保证买家获得更好的天然气资源。高位热值是评价天然气经济价值的主要指标值。蒙西煤制天然气外输管道要求天然气高位热值不低于 36.0MJ/m3，满足 GB17820-2012 要求的 I类气体（36.0M
10、J/m3）技术标准。天然气中总硫含量是关系到环境保护和管道安全运行的性能指标。天然气的水露点是一项关系到管道安全运行和输送效率的性能指标。蒙西煤制天然气外输管道冬夏两季均要求严格的水露点指标值，确保管道能在极端自然环境下使用。3.2 取样口的设置 满足要求的采样口对于获取象征性的天然气样品尤为重要。蒙西煤制天然气外输管道中转计量站干线设置三个独立的采样口。低压进样系统用于气相色谱分析以及硫化氢、总硫的采样和分析；采用高压采样系统软件采样水（烃）泄漏点测量；第三个采样口用于测量机械设备残留成分的采样。其中，低压采样系统软件和高压采样系统开发为可相互转换。当一个通道出现异常（如采样摄像头被遮挡）时
11、，仍能保证另一个通道能够获取样本用于各种仪器设备的分析。另外，在分析舱内预埋了用于抽取无网分析样品的采样口。从采样口到进入计量检定室的采样管道均采用加热保温措施，充分保证了天然气采样的象征性和在线分析仪获取样品的合理性。3.3 在线分析设备的配置 表 1 为蒙西煤制天然气外输管道交接计量站在线分析设备的设备配置。用于组成和发热量、总硫（硫化氢）含量、水露点、烃露点等重点检测新项目的在线分析设备，主备一体，不仅保证了重要新检测项目的研究成果能够随时随地进行检查比对，也保证当主线分析仪出现异常时，仍能根据预留设备立即给出在线分析气场数据信息。表表 1 1 蒙西煤制天然气外输管道交接计量站在线分析设
12、备配置表蒙西煤制天然气外输管道交接计量站在线分析设备配置表 检测项目 设备名称 配置情况 组成和发热量 气相色谱分析意思 水露点 水含量/水露点分析仪 一主一备 烃露点 烃露点分析仪 H2S 含量 硫化氢分析仪 1 台 总硫（硫化氢）含量 总硫分析仪 1 台 O2含量 氧分析仪 1 台 注：在线总硫分析仪可同时检测硫化氢成分；由于汞和机械设备残留这两个新检测项目的测量频率较低，因此选择按时到现场取样送实验室进行分析检测。3.4 分析结果溯源保障 气体标准物质是天然气分析结果可追溯性和准确性的保证。蒙西煤制天然气外输管道计量检定协议对认证气体标准物质的选用作出了规定。标准物质中各组分的相对膨胀测
13、量不确定度要求：甲烷气不高于 0.2%，乙烷、丙烷气、氮气和二氧化碳不高于 1.0%，其他组分不高于 2.0%。估计使用计量检定协议要求的气体标准物质分析试样得到的高位发热量的相对膨胀测量不确定度小于 0.20%（k=2）。LNG 接98 王晓霞：天然气输送管道安全运行及质量管理 收站提供的气体标准物质测量的高位热值测量不确定度相对扩大与一级气体高位热值测量不确定度相对扩大对比结果选用我国标准材料。结果表明，我国一级燃气标准物质计算的高位发热量的相对膨胀测量不确定度达到 0.44%。另外，由于我国二级气体标准物质中不存在甲烷气体的相对膨胀测量不确定度，因此该标准气体用于分析时高位热值的相对膨胀
14、测量不确定度很可能优于相对膨胀测量不确定度，等级蒸汽标准材料较高。当天然气贸易计量检定从体积计量检定转变为动能计量检定时，高热值是计算动能值的关键基础参数。物质中甲烷气体的相对膨胀测量不确定度需要进一步提高，以便最终得到相对膨胀测量不确定度较小的热值值。表表 2 2 采用蒙西煤制天然气外输管道计量协议与我国采用蒙西煤制天然气外输管道计量协议与我国 一级气体标准物质获得高位发热量结果的比较表一级气体标准物质获得高位发热量结果的比较表 组分 组分绝对含量 计量协议规定气体标准物质 中国一级气体标准物质 甲烷 86.09%86.09%乙烷 4.61%4.61%丙烷 1.281%1.281%正丁烷 0
15、.328%0.328%异丁烷 0.149%0.149%正戊烷 0.0398%0.039%异戊烷 0.0404%0.0404%新戊烷 0.00948%0.00948%正己烷 0.0203%0.0203%氮气 7.180%7.180%二氧化碳 0.246%0.0246%高位发热量/（MJm-3）36.88 36.88 高位发热量相对扩展 不确定度（k=2）0.18%0.44%4 4 应对天然气泄漏事故的应急处置措施应对天然气泄漏事故的应急处置措施 4.1 天然气泄漏的应急处置措施 天然气管道在运行的过程当中，若值班人员发现某个输站或进站处的压力出现了异常的降低，则需要立即进行原因的排查。若工艺区内
16、测试压力仪器的表压与站控处的压力一致，则表示放空系统中不存在泄漏或误动的问题，则可以确定在进站处存在压力异常的问题。此时，值班的人员需要将该情况迅速的报告给上游的站点，并通知他们将上游出站的阀门给关闭。与此同时，还需要及时向下游用户报告相应的情况，并要求他们及时将用户阀门给关闭。若确定为管道的泄漏，则需要马上启动相应的紧急处理程序，及时地组织相关单位进行抢修，并协调下游的供应。紧接着，采用无人机对相应的天然气管线进行巡查，寻找出相应的泄漏点，并通知负责各管线的工人迅速对自己负责的管段进行排查，同时，将应急的物资装车，并准备随时出发。在泄漏点被发现以后，分站的值班人员或维修人员需携带应急材料、设备和工具等一些东西及时地赶赴现场进行抢修，并使用无人机及时将现场的情况反馈过来，若出现了人员伤亡，还需立即通知 120 医护人员来现场处理。当抵达泄漏现场以后，抢修队伍可以利用燃气测试仪对泄漏现场的气体进行检测，并马上组织并疏散现场无关的人员，并进行警戒隔离。若现场有人员受伤，需立刻进行简单的医务处理并将其抬到警戒的区域之外，再等待 120 专业医护人员进行进一步的治疗。接着，专业技术人员需对泄漏