天然气管道杂质的分析与控制

王 佳

（陕西省天然气股份有限公司，陕西西安 710061）

0 引言

随着国内天然气长输管道的不断投入使用，管道及附属设备完好性成为了一项重要工作，特别是一些关键设备的完好性对管道运行起着重要作用，但是在靖西管道天然气输配送系统中常能发现的一种混有黑色粉末的杂质，经分析检验，黑色粉末杂质主要包括氧化铁、碳酸铁、硫化铁、沙土、灰尘、污垢、焊渣飞溅物、润滑油脂等杂物。此种物质的大量存在不仅严重影响了管道的输气量，降低了输气效率，而且导致了输送设备的频繁故障，严重影响了天然气管道的运行安全。

1 杂质形成的原因

（1）上游来气质量原因。上游来气的气体质量没有达到国家标准GB/T 37124—2018《进入天然气长输管道的气体质量要求》的要求，天然气中硫、硫化氢、二氧化碳、水、氧气等腐蚀介质进入管道，增加了管道母材的腐蚀可能，是导致黑色粉末杂质形成的直接原因。

（2）管道运行参数原因。管道运行的工艺参数，如压力、流速、温度等均会对管道母材和设施腐蚀产生影响。当天然气中硫化氢、二氧化碳、水等杂质组分含量超出规定要求，管道和配气系统在低于天然气水露点的工况下运行时会出现严重的腐蚀问题，是导致黑色粉末杂质形成的次要因素。

（3）管道材料原因。一般可通过气体组分控制来实现对管道的内腐蚀控制，但有时管道材料没有达到抗硫化物腐蚀、高温腐蚀等极端情况的要求，导致管道出现腐蚀、产生黑色粉末杂质。

（4）管道施工原因。管线建设时期，管段试压用水未及时清除或试压后的管道干燥不彻底，导致水长期残留在管道底部，试压用水腐蚀介质及泥沙含量较高，对管道形成细菌腐蚀。如果管道投运前的清管作业不到位，管道内施工残留的物沙土、焊渣飞溅物等与天然气中的腐蚀介质混合形成杂质。

（5）运行管理原因。场站的过滤除尘装置精度不达标，运行过程超流速或维护保养不到位，没有及时把运行中产生的固体腐蚀物、润滑油脂、水合物等杂质过滤彻底，导致其进入下游管道和设备。此外还包括：管道清管作业不规范，没有开展周期性清管作业，清管作业流程、清管装置选用不当，导致清管质量不高，管道内杂物没有及时被清理。

2 杂质对设备的影响

通过对靖西管道2008—2018 年运行期间设备故障调查分析，发现黑色粉末杂质多次造成分离器堵塞及排污阀损坏、计量仪表失效、调压阀冲刷失效、往复式压缩机气缸磨损、离心式压缩机叶轮磨损、球阀内漏及管道清管卡滞等故障。

2.1 对过滤分离装置的影响

（1）立式旋风分离器主要作用是分离天然气中少量的固体颗粒物及天然气输送中管壁腐蚀物等杂质。经现场维修发现黑色粉末大量沉积在分离器的底部的积污室内，导致分离器底部结块无法通过正常排污排出，造成排污管道堵塞，排污球阀及阀套式排污阀密封件损坏漏气。因此需要定期打开分离器人孔及排污口进行注水清洗，增加了设备的维修工作量。

（2）卧式过滤分离器的作用是通过高精度滤芯分离立式旋风分离器没有过滤掉的更细小的固体颗粒以及液态水合物、油脂等杂物。由于滤芯的过滤精度高，微小的黑色粉末不断沉积在滤芯表面堵塞滤芯孔隙，严重时会造成滤芯承压过大变形破损过滤失效，造成卧式过滤分离器差压增加。当差压达到100 kPa 时要及时更换分离器滤芯，通过人孔检查过滤分离器捕雾器是否完好。经统计靖西管道场站卧式过滤分离器每年需更换3 次，每次更换滤芯68 根，无形中增加设备维护保养的成本，且滤芯表面附着黑色粉末容易自燃，给作业带来安全风险。分离器内黑色粉末经过排污时造成过滤分离器积液包及排污管路堵塞，排污球阀及阀套式排污阀密封件损坏漏气。

2.2 对计量、仪表设施的影响

当黑色粉末杂质附着在流量计传感器探头表面，影响声音信号与电信号的转换，会导致探头增益变大，造成传感器探头故障，数据无法采集。黑色粉末附着在流量计管壁上会造成流态分布不均匀剖面系数对称性等指标超标。当黑色粉末附着在流量计前后直管段内壁上时，造成管壁厚度增加内径减小，气流速度增大，计量数据会相应偏大。

当黑色粉末杂质附着在温度变送器套管表面时，测量温度的响应时间延长，不能及时反应气体温度变化，引起计量数据偏差，当检测温度大于气体实际温度时，计量值偏小，反之计量值偏大。当黑色粉尘过多时会堵塞变送器引压管，导致不能及时准确采集管线压力，当检测压力比实际压力高时，会造成计量值偏大，反之计量值偏小，严重时还会因压力检测反馈错误，引起压力和压降联锁误动作，造成阀门关断和设备意外停车事故。

2.3 对调压装置的影响

靖西管道大量应用了Fisher、RMG、荷兰高特等厂家生产的调压装置。当黑色粉末进入调压装置会堵塞阀体中的过气孔及引压管，造成调压阀指挥器检测滞后或失效，引起调压不稳定，压力忽高忽低；黑色粉末通过引压管进入调压阀稳压器及过滤网能，造成气路堵塞，监控调压失效，不能正常运行；黑色粉末颗粒在高压气体作用下，高速通过调压阀阀芯，产生很强的冲刷力会损坏阀芯和阀套，造成阀芯密封失效漏气，无法稳压；黑色粉末附着在阀芯及阀套表面，造成阀芯卡死无法动作，当下游压力变化时，不能起到切断和稳压作用，造成下游管道超压运行，引起生产安全事故。

2.4 对压缩机组的影响

黑色粉末杂质进入压缩机组会造成压缩机工艺气滤网堵塞、损坏，增加了滤网更换频次，增加了故障停机次数。黑色粉末杂质进入往复式压缩机气缸内，造成气缸壁、活塞环、填料，活塞杆、活塞等核心部件严重磨损；黑色粉末杂质进入离心式压缩机缸体，造成离心机叶轮冲刷损坏，造成设备事故；粉末与油脂混合物附着在离心机叶轮上，会造成离心机振动增大，也会引起压缩机输气效率降低。黑色粉末进入离心机干气密封装置内，造成密封损坏，会引起离心机漏气等事故。

2.5 其他影响

黑色粉末杂质还会造成快速截断阀执行机构提升阀气路通道堵塞，导致阀门无法正常操作。当黑色粉末进入球阀阀腔内造成密封面损坏内漏，或导致阀门卡阻无法正常开关。当黑色粉末大量沉积在埋地汇管后，将影响汇管流通面积无法清理。当黑色粉末在管道内沉积过多，也会导致清管器卡阻，影响清管作业。

3 杂质的控制

（1）源头控制。在上游净化厂控制气体质量，减少水、硫化氢等腐蚀介质的进人管道，确保进入管道的气体质量达到《进入天然气长输管道的气体质量要求》的要求，并且在进入管道后应进行抽检或在线检验，在进气点压力温度下，管道中应不存在液态水和液态氢，天然气固体颗粒应不影响输送和利用，进入管道的气体应使用过滤装置，确保颗粒物粒径不大于5 μm，在交点设定颗粒物取样口，按照GB/T 27893—2011《天然气中颗粒物含量的测定称量法》要求对颗粒物分离效果进行评估。

（2）选择合适的管道钢材及过滤装置。通过加注缓蚀剂、使用内涂层等措施抑制管壁发生腐蚀，降低硫化物等腐蚀物质的的产生。在输气管道的关键场站使用旋风分离器、卧式过滤分离器两级过滤，通过旋风分离器分离大于10 μm 的固体颗粒，再用卧式过滤分离器滤掉更小尺寸的粉尘及液态物质，进一步减少进入管道的黑色粉末杂质。

（3）严格控制天然气管道运行工艺参数。做好管道自身的保护措施，保证管道在气体露点温度以上运行。但天然气管道往往距离长，沿途气候条件变化大，应严格执行相关技术标准，严禁管道在气体水露点以下输气，避免天然气水合物形成。

（4）加强对管道施工期间的管理。对试压的水质提出要求，必要时进行净化；试压后及时排水并对管道进行干燥；管道投产前必须进行清管，彻底清除管道内残留沙土及施工杂物，达到相关标准的要求。

（5）定期清管。依据管道输送气质质量，场站分离装置运行情况，结合管道输送效率和输送压差，分析管道内黑色粉末杂物沉积的规律，确定合适的清管周期和工艺装置，并要结合清出的杂质量，逐步调整优化清管周期。清管时应循序渐进，多阶段多次作业，依据每次清出污物的数量选择清管装置，切勿直接使用强力磁性钢刷清管器直接作业，避免一次清出污物量过多，导致卡堵。

（6）加强管道沿途各场站分离装置排污操作。定期对立式旋风分离器进行排污和清洗，结合差压参及时更换卧式分离过滤器滤芯，要求卧式分离器在差压不超过100 kPa、滤芯过滤精度不大于10 μm 的条件下运行。

4 结论

天然气管道内的黑色粉末杂质对设备影响较大，多次造成设备管道故障，形成安全隐患，造成经济损失，通过对黑色粉末杂质形成的原因、对设备的影响及控制措施的分析，希望在以后天然气管道和设备运行中能得到有效控制，确保管道设备安全平稳运行。