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天然气作为一种高效清洁的能源受到广大用户的接受和认可,但在日常的储存和运输过程中天然气泄漏是一个比较常见的事情,而且由于后续应急处理不善导致天然气泄漏后爆炸的事故比比皆是,而且在日常管理中天然气泄漏后管理方往往要付出很大的代价进行抢修,因此制定天然气泄漏的应急管理预案,对天然气在生产运输销售等各环节进行应急预案管理,尽可能地减少天然气泄漏事故的发生,即使发生泄漏也会有相应的应急管理预案,可以将其危害降到最低。
一、天然气生产运输销售环节导致泄漏的主要原因分析。
制定天然气泄漏应急管理预案,实施泄漏的应急管理最重要的是分析有可能导致天然气泄漏的主要原因,然后对这个原因进行客观准确的判断之后进行应急管理,因此防患于未然,对可能导致天然气泄漏的主要原因进行提前预备,既有利于安全生产,同时也可以在事故发生后的第一时间采取应急措施。根据天然气事故发生的案例以及管理中容易发生泄漏的环节分析,天然气泄漏的主要愿意主要包括以下几个方面:
1. 管理疏忽、违章操作导致的泄漏
在运输和销售过程中对于天然气的管理有严格规程要求,按照操作规范进行相关环节的操作可以最大程度的避免事故隐患的发生,但是目前已经发生的种种事故表明,相关人员的操作疏忽以及,操作过程中想当然以及各种错误操作导致天然气泄漏的事故比比皆是,另外就是相关单位在市场竞争过程中由于降低人工成本并且追求最大的经济利润,往往导致人员使用和操作过程中不重视安全生产的相关投入和简略操作流程,最终导致的结果就是安全保护错的缺失以及各种安全生产系数被降低,从而引发各种安全生产事故。
而目前最为常见的操作失误就是输送天然气不平稳导致天然气压力急剧变化,以及未按规定及时添加剂导致设备磨损,还有就是常见的操作失误就是开关阀门的失误,最为典型的就是忘记关阀门,还有就是等天然气输送管道汇总的多台阀门同时关闭可能会导致天然气压力急剧变化导致管道破裂。
2. 材料老化、外力破坏导致的泄漏
目前因为天然气储存和运输过程中因为容器及管道材料的疲劳和长时间暴漏于户外环境导致的材料老化是天然气泄漏的主要原因,因为天然气在储藏过程中因为低温和腐蚀导致管道的磨损或者管道裂纹是目前天然气泄漏的主要原因之一,这种情况主要是因为容器或者管道在焊接过程中存在气孔或者气缝,或者是焊渣或者夹渣或者钢管或者钢材本身就有裂纹或者砂眼导致管壁破裂,别且液态天然气的腐蚀作用比较强,长时间使用必然导致钢管内壁出现高浓度腐蚀,容器张力或者钢管内壁张力集中导致容器强度下降。
还有就是现在关于建筑施工中大型或者重型机械的碾压,或者是自然灾害主要变现为破坏力极大的地震或者泥石流等原因导致管道破裂或者挤压变形,这种外力作用下的管道破裂也是天然气泄漏的主要原因之一。
3. 关于容器管道的密封问题导致的泄漏
因为涉及到天然气的输送问题,这中间管道之间必然要进行密封处理,但现在根据实践来看,恰恰是密封问题容易出现问题,从目前来看,主要的泄漏及爆炸事故均是由于密封的失效导致,这中间既有管道设计不合理的原因、也有安装的原因,当然也存在管道材质不好等方面的原因。
二、天然气泄漏的应急处理和预案管理
天然气的泄漏过程一般包括两个阶段及初期的喷射阶段和后期的扩散阶段,喷射阶段通常是出现泄漏点导致天然气呈现自由射流状的快速喷射,此刻天然气通过和周围空气进行动量的互换导致天然气和空气混合形成可燃性爆炸气体,在这个阶段没有引燃不会产生混合气体成分之间的化学反应。后面的扩散阶段就是天然气和空气之间混合,天然气的爆炸范围是5%-15%的爆炸阈值,此刻天然气的质量分数如果大于3%就已经形成了危险区域容易发生闪爆,另外关于风速也是天然气泄漏扩散的重要因素。
1. 关于天然气泄漏现场的应急管理措施
1.1 报警和救援。天然气泄漏应急的首要因素是形成救援的应急工作预案,并且形成天然气生产公司的专业抢修人员、公安、消防警察和医院救治的协同工作机制。
当天然气发生泄漏的地点一般发生在人员较多的公共场所,并且在第一时间一般不会有专业人员在场,因此泄漏地点的任何公民都有责任和义务在第一时间进行报警,接到报警后天然气生产公司的抢修人员应该第一时间赶往事故地点进行处理以防止爆炸和火灾,并且根据实际情况通知110巡警对附近单位和人群进行疏散,并且通知119火警,消防警察及时赶到泄漏地点进行防火防爆应急,而且120急救做好伤员的救护工作。
通过天然气生产公司、110、119和120协同工作形成应急、抢险、救护的联合工作机制,确保第一时间对泄漏事件进行处理。
1.2 现场的警戒和人员的疏散。对于天然气泄漏的应急处理的第一责任人是天然气生产公司的抢修工作人员,工作人员到达现场后首先是关闭管道阀门,切断气源防止天然气的进一步扩散,在关闭气源的同时设置警戒区域,主要目的是禁止车辆通行以防止火种引爆已扩散的天然气,并且禁止携带火种的人员靠近,最常见的就是吸烟者,设置警戒区的目的就是切断可能产生火种的所有通道,并且立即切断电源,关闭供电装置,防止电器设备工作行程的静电和电火花引燃天然气。
现场警戒之后,要立刻进行现场人员的疏散,首先要求群众不要乘坐电梯,直接从消防通道进行疏散,如果燃气泄漏严重,应该在疏散的过程要求使用湿毛巾遮住口鼻,防止甲烷中毒。
1.3 险情的排除。由于泄漏现场已经形成天然气和空气的混合易爆炸性气体,因此现场险情排除过程中,天然气生产公司的维修人员应该尽快找到泄漏位置,并且在泄漏区域进行分析和定位,排险的过程中切忌使用金属工具,防止静电引燃天然气泄漏位置的高密度混合易爆气体,关闭供气阀门,尽快修补泄漏区域,确定不再发生泄漏的情况下,恢复供气。
2. 针对容易发生天然气泄漏的人为因素和器材原因进行预先防范
2.1 加强安全生产教育和制度建设,确保各级工作人员按照规范进行安全生产。针对天然气在运输和销售过程中容易发生泄漏的各个技术环节,加强对工作人员的技术培训,提升工作人员的工作警惕性,将安全生产牢记心间,熟练掌握安全生产的各个工艺流程,清晰掌握天然气泄漏的环节和条件,及早采取措施,防范于未然。
加强安全生产巡回检查制度建设,一方面强化工作人员的工作责任心,另一方面通过制度建设强化安全生产的检查和督导,目的就是讲问题及早发下,及早解决,避免小失误酿造大事故。
2.2 关于器材的可靠性设计和生产的密闭性检查
根据以往的经验,我们很容易发现,天然气生产、运输和销售过程中涉及到环节越多,中间的流程越复杂,用到的器材型号越多,越容易出现问题。因此在以往教训的基础上,笔者认为有必要对天然气供应的各个环节设计的器材进行统一化处理,尽量使用环节少、易统一和可靠性高的器材进行生产,通过使用型号和规格一致的器材,并且及时对其检查和更换,可以极大地提升器材的可靠性和可替换性,及时更换,防止因为张力过于集中造成金属疲劳和液体对金属器材的腐蚀,这里需要重点关注的是对于重要位置的输气管道的管壁设计问题,笔者建议在重要位置,一定不要为了节省钢材而偷工减料,这样会酿成大祸,重要的位置必要时可以使用双管壁,通过双保险实现安全生产。
对于输气系统的密封性,笔者认为使用型号和规格统一的设备和器材,尤其是管道,对于加强系统的密封管理和密闭性有着至关重要的作用,在生产和运输过程中,一定要注重器材密闭性的检查,保证管道和容器的密闭,防止因为器材的密封问题导致天然气泄漏事故这种低端错误的出现。
参考文献
[1] 城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程,J51-2006.
[2] 城镇燃气管理条例,2011,3.
关键词:天然气长输管道;泄露原因;泄露定位;预防措施
天然气长输管道的长年埋地运行,受到自然和人为的各种因素的影响,不可避免的出现泄漏或薄弱点,其泄漏造成的经济损失、环境污染及人身伤害往往是巨大的。本文基于防范与控制天然气长输管道泄漏产生为出发点,浅析天然气长输管道泄漏产生的原因和泄漏点的定位探测方法,进而提出实践性的预防措施。
1、天然气长输管道泄漏原因
1.1燃气管道腐蚀
一般分为外腐蚀、内腐蚀、应力腐蚀。外腐蚀与防腐质量、土壤、保护方式、管道附近有无金属埋设物、管道附近磁场、电场有关,影响因素主要为土壤和地下水中的NO3-、OH-、CO2-、HCO3-和Cl-等,点蚀是其主要形式。内腐蚀的主要因素:H2S、CO2、缓蚀剂及水。应力腐蚀开裂是埋地管道发生突发性破坏事故的主要危险之一,往往没有明显预兆的情况下,突然发生管道的灾难性破坏。
1.2阴极保护
管道表面施加外加电流,使管道成为阴极,抑制金属腐蚀时电子的迁移,避免或减弱腐蚀的发生。由于阳极区中断或断电等原因可引起阴极保护不足,影响保护效率;阴极保护电位低于正常最低保护电位时,可使阴极保护失效。
1.3人为因素
违章操作,如由于置换不到位,使管网内部形成爆鸣气体,流速控制不当引起爆燃或振动。施工不当:焊缝焊接缺陷(焊缝内有气孔、夹渣、裂纹、未焊透、咬边等)未能及时查明或补修,长时间受到输气压力或其它外力,在断面上产生应力,会造成裂纹的失稳扩展而导致焊缝断裂;其他单位的野蛮施工;违章占压造成管道周围的塌陷;其它设施如供电线等与管道间距不够,均可造成管道损伤。检查管理单位工作不到位,不能及时发现事故隐患而造成事故发生。人为破坏,一些不法分子对输气管线进行盗窃破坏等。
1.4设施因素
设施老化或维护不及时造成泄漏,如调压器失灵、胶管脱落、接头漏气等。
1.5自然灾害
自然灾害及其他原因造成管道悬空、变形、断裂、设施损坏以及由于气候的变化造成设施应力突变,从而产生泄漏。
2、天然气长输管道泄漏传统定位检测
如果能够及时发现泄漏,确定泄漏点,可有效地减轻事故造成的损失和危害。目前己有多种检测管道泄漏的方法,其中根据测量分析的媒介不同可分为直接检测法与间接检测法。
2.1直接检测法
是指直接用测量装置对管线周围的介质进行测量,判断有无泄漏产生。最常用的是空气取样法,此法测量装置有火焰电离检测器和可燃气体监测器。
2.2间接检测法
是指根据泄漏引起的管道流量、压力等参数及声、光、电等方面变化进行泄漏检测。
2.2.1 体积或质量平衡法
体积或质量平衡法是直接利用己有的测量仪表,如流量计、温度计、压力表等,连续检测管道,并发现微小泄漏。
2.2.2 压力梯度法
通常压力分布呈斜直线,根据漏点前后直线斜率的变化,判断泄漏点位置。压力梯度法需要在管道上安装多个压力检测点,而且仪表精度及间距都对定位结果有较大的影响。
2.3 互相关分析法
以上、下两站的传感器接收到的随机信号建立互相关函数。根据所接收的两信号的特征,得出互相关函数值的变化。一般说来当没有泄漏发生时,互相关函数的值在零值附近;发生泄漏后,互相关函数之间很显著变化,以此检测泄漏。
另外,新型天然气管道泄漏检测技术有红外线成像法、传感器法、漏磁检测技术、热红外成像、气体成像等。
3、长输管道泄漏的预防措施
3.1定期对长输管道进行全面的安全性检查,对出现的问题或缺陷的管道进行及时有效地修补或更换。
3.2加大技术投入,提高科技含量。如引进先进的防腐型管道故障定位仪,配备先进的钻孔机、检漏车等,以便迅速准确的查找漏点。
3.3完善管道的监测系统。如完善SCADA系统,实现以快速准确地定位。
3.4实行管线责任制,建立完善的定点、定时、定人的巡线制度。
3.5提高巡视人员的业务水平,加强业务能力培训,形成专业的检漏力量。
3.6加大对违章占压的清除力度和对管道线路的标识和宣贯,发挥社会的参与性,杜绝出现人为破坏。
3.7建立完善有效地管道档案资料。如管道年限、投产时间、管道材质、区段相邻地下设施等,为检漏工作服务,如对运行时间较长或问题较多的管道,可重点检查等。
4、结束语
天然气长输管道泄漏关系到人民生命财产安全和社会稳定,要保证管道的安全运行,需要建立有效的管理机制;加大从业人员的技术培训,提高业务水平;采用先进的技术手段;发挥社会的参与意识,加大宣传;增强各参与单位的责任;探索泄漏事故防预和控制的方法,进而杜绝天然气长输管道泄漏发生。
参考文献
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【关键词】天然气管道;泄露;动态处理
中图分类号:F407文献标识码: A
一、前言
目前,天然气管道使用过程中,泄露问题依然存在,如果不能够采取有效的措施来处理泄露问题,天然气使用效果将会大大折扣,所以,分析天然气管道的动态处理技术非常有必要。
二、天然气管道产生泄漏的现象分析
在现阶段的技术条件支持下,天然气管道是否会发生泄漏问题,不但与天然气管道自身质量相关,同时也与周边环境有着显著的相关性关系。天然气气田或气体处理厂距离勇气的中心城市和工业企业较近,因此,需要通过长输管道或其他途径将商品天然气安全、平稳、源源不断的输送给用户。一般而言,陆上及近海天然气的输送都采用管道方式;而对于跨洋长距离天然气的输送,当铺设管道难于实施时采用液化天然气(LNG)方式。
1.天然气管道常出现泄漏的区域
结合实践工作经验来看,天然气管道比较常出现泄漏的区域有以下几个方面:
(一)连接部位;
(二)冲刷部位;
(三)填料部位。
2.天然气泄漏的原因
进一步从理论角度上分析,会导致上述区域出现天然气泄漏问题的原因还表现在:
(一)由于天然气管道密封垫片压紧力不足,导致法兰结合面上出现粗糙度失衡的问题,最终导致法兰面与垫片之间的密合度不够,引发天然气的泄漏。多将此种泄漏现象称之为界面泄漏;
(二)在天然气管道密封垫片的内部,由于其内部存在一定的微小间隙,导致压力介质在管道传输过程当中可能会通过此区域,并导致天然气管道出现渗透性的泄漏问题;
(三)受到安装质量因素的影响,导致密封垫片可能出现过度压缩、或者是比压不足的问题,同样会引发天然气管道表现出不同程度上的泄漏问题。
三、天然气长输管道泄漏传统定位检测
如果能够及时发现泄漏,确定泄漏点,可有效地减轻事故造成的损失和危害。目前己有多种检测管道泄漏的方法,其中根据测量分析的媒介不同可分为直接检测法与间接检测法。
1、直接检测法
是指直接用测量装置对管线周围的介质进行测量,判断有无泄漏产生。最常用的是空气取样法,此法测量装置有火焰电离检测器和可燃气体监测器。
2、间接检测法
是指根据泄漏引起的管道流量、压力等参数及声、光、电等方面变化进行泄漏检测。
(一)体积或质量平衡法
体积或质量平衡法是直接利用己有的测量仪表,如流量计、温度计、压力表等,连续检测管道,并发现微小泄漏。
(二)压力梯度法
通常压力分布呈斜直线,根据漏点前后直线斜率的变化,判断泄漏点位置。压力梯度法需要在管道上安装多个压力检测点,而且仪表精度及间距都对定位结果有较大的影响。
3、互相关分析法
以上、下两站的传感器接收到的随机信号建立互相关函数。根据所接收的两信号的特征,得出互相关函数值的变化。一般说来当没有泄漏发生时,互相关函数的值在零值附近;发生泄漏后,互相关函数之间很显著变化,以此检测泄漏。
四、天然气管道泄漏动态处理方法
目前,我国用于处理天然气输送管道泄漏采用的方法是“注剂式带压密封技术”。即将密封注剂强行注射到夹具与泄漏部位部分外表面所形成的密封空腔内,迅速地弥补各种复杂的泄漏缺陷,在注剂压力远远大于泄漏介质压力的条件下,泄漏被强行止住,密封注剂自身能够维持住一定的工作密封比压,并在短时间内由塑性体转变为弹性体,形成一个坚硬的、富有弹性的新的密封结构,达到重新密封的目的。注剂式带压密封技术机具总成包括:夹具、接头、注剂旋塞阀、高压注剂枪、快装接头、高压输油管、压力表、压力表接头、回油尾部接头、油压换向阀接头、手动液压油泵等组成,如图1所示。该技术的特点是:不用停产、停气,属于在线修复技术;安全可靠,适用于易燃易爆介质泄漏的处理;适应性强,无需对泄漏部位进行处理,不破坏原有的密封结构;具有良好的可拆性;可处理泄漏介质的最高温度为800℃,最低温度为-186℃,最高泄漏介质压力为30MPa。
1.法兰泄漏的处理方法
天然气输送管道上的法兰多设在压缩机的出入口、容器出入口及阀门连接部位等。法兰泄漏处理过程如下:
(一)法兰泄漏测绘。法兰泄漏的测绘包括泄漏法兰的外圆直径;泄漏法兰的连接间隙,至少要测量4个点;泄漏法兰副的错口量;泄漏法兰外边缘到其连接螺栓的最小距离。泄漏法兰副的宽度;泄漏法兰连接间隙的深度;泄漏法兰连接螺栓的个数和规格。
(二)钢带围堵法。当两法兰之间的连接间隙不大于8mm,输送的天然气压力小于2.5MPa时,可以采用钢带围堵法进行动态密封作业。供这种钢带拉紧器使用的钢带厚度为0.5mm,宽为25mm。钢带拉紧器用于法兰动态密封作业安装后情况,目前钢带拉紧器所使用的钢带已有商品出售。
(三)凸形法兰夹具法。凸形法兰夹具是“注剂式带压密封技术”中应用最广泛的一种夹具。根据我国目前法兰夹具的设计及现场应用情况,这种凸形法兰夹具又可分为标准法兰夹具、偏心法兰夹具、异径法兰夹具、局部法兰夹具、孔板法兰夹具等等。用户可根据天然气管道泄漏法兰的尺寸、两法兰的连接间隙、两法兰的同轴度来设计选择。
图1机具总成示意图
2.直管段泄漏的处理方法
天然气直管段上泄漏多发生在焊缝或管道的薄弱环节处。
(一)直管泄漏的测绘。直管泄漏需要测绘的现场数据有:泄漏管道的外径;泄漏直管的错口量;泄漏缺陷的几何尺寸;检查并记录泄漏部位管道的壁厚,必要时应进行壁厚检测,以便在夹具设计时采取相应的保护措施,避免在动态密封作业时发生失稳现象。
(二)直径较小管段泄漏的处理。泄漏管道的直径小于DN80,可以设计方形夹具进行动态密封作业。
(三)直径较大管段泄漏的处理。泄漏管道直径大于DN80时,则应当设计制作圆形夹具。
(四)大管径局部泄漏的处理。该法只密封天然气管道泄漏区域的有效部分。
(五)直管螺纹连接泄漏的处理。该法是利用G形卡子的特殊功能来实现的。具体步骤是,首先将G形卡子固定在螺纹泄漏部位的外表面上,用G形卡子上的顶丝顶紧,然后通过顶丝的内孔,用约3mm的长钻头钻透管壁,引出天然气后,安装高压注剂枪,然后按程序进行作业即可。
3.弯头泄漏的处理方法
在天然气输送管道中,常用的有90°弯头、45°弯头、90°异径弯头及180°弯头。
(一)弯头泄漏的测绘。弯头泄漏需要测绘的现场数据有:泄漏弯头的外径;泄漏弯头的内外弯曲半径,确定弯头的形式;泄漏缺陷的几何尺寸。
(二)直径较小弯头泄漏的处理。泄漏弯头直径小于DN80,可以设计整体弯头夹具进行动态密封作业。
(三)直径较大弯头泄漏的处理。泄漏弯头直径小于DN100,可以设计焊制弯头夹具进行动态密封作业。
4.三通泄漏的处理方法
在天然气输送管道中常用的有等径三通、异径三通弯头、等径四通、异径四通。
(一)三通泄漏的测绘。三通泄漏需要测绘的现场数据有:泄漏三通的外径,应测三处,主管两处,支管一处,分别记录为D、D′和D″;泄漏缺陷的几何尺寸b。
(二)直径较小三通泄漏的处理。泄漏三通直径小于DN80,可以设计整体三通夹具进行动态密封作业。
(三)直径较大三通泄漏的处理。泄漏三通直径小于DN100,可以设计焊制三通夹具进行动态密封作业。四通泄漏处理的方法与三通相似。
五、结束语
综上所述,天然气管道泄露问题的出现会大大影响天然气管道的使用效果,也会造成各种安全隐患,所以,今后要更加重视天然气管道的泄露问题,有针对性的进行解决。
【参考文献】
关键词:含硫天然气管道;泄漏扩散;风速;数值模拟
中图分类号:U179.8文献标识码:A文章编号:1006―7973(2016)02-0031-03
天然气管道发生泄漏扩散是输气管道事故危害的根本原因。管线腐蚀穿孔是天然气管道泄漏最常见的工况之一。
本文以含硫天然气管道为例,对短时稳定泄漏过程进行数值计算,利用CFD软件对架空天然气管道发生泄漏时,风速对气体扩散规律进行研究,通过相关的数值计算,得出模拟区域内天然气云团的扩散特性。对有效预测甲烷爆炸危险区及硫化氢中毒危险区域范围,提出应对方案,以及为天然气的安全输送及环境保护提供了一定的理论依据。
取一个足够大且包含泄漏区域以及扩散区域的空间,高100m、泄漏半径为50m,研究天然气在此空间的泄漏情况。泄漏口采用二维孔口模型,口径为10cm,模拟左侧风速为0、2m/ s、5m/s和8m/s四种情况下的天然气泄漏扩散规律。
高速气流经由泄漏口喷射出,在泄漏口上方一定高度内的速度梯度较大,因此有必要将计算区域划分几块,且泄漏口上方的区域需要网格细化。
由泄漏管道的二维模型可知,整个计算区域划分为三块,具体的物理模型如下图:
2.2.1不同风速下气体扩散过程模拟结果
本文通过FLUENT软件计算,利用GAMBIT建立模型、划分网格。采用FLUENT中组分输运模型,基于压力的求解器(pres? sure-based solver),使用标准κ-ε模型求解定常状态下的紊流问题。
因为喷射出来的天然气与周围大气环境之间存在着很大的压差,所以压力将在很短的距离里就与环境达到平衡,并且这个过程所需要的时间很短,对整个计算域影响不大,这也就可以将重点放在分析天然气泄漏扩散时甲烷和硫化氢的浓度场分布情况上。本文利用等值线图显示天然气中各组分的浓度场分布情况如图2.2-2.9所示。
甲烷在不同风速情况下的浓度场分布情况如下图:
2.2.2不同风速下气体扩散规律分析
由图2.2、2.6分析可知无风的情况下:
由于架空管道无土壤空隙的束缚,发生泄漏后,天然气会以高压射流的形式射向高空,浓度等值线在气体出口附近比较密集,运动到一定高度后,变得较为稀疏。泄漏口附近甲烷和硫化氢浓度非常大,但扩散分布的范围较小,近地面除泄漏口附近气体浓度较高外,一定范围内无危险区。由于天然气与空气存在密度差,天然气很快扩散开,随着扩散的向前推进,使天然气湍动能减低,天然气的分布区域逐渐变大,浓度衰减很快,从而导致高压气体在距地表一定位置处开始形成云团。
在射流轴心线上距离泄漏口45m的地方甲烷体积分数衰减到5%,距离泄漏口55m的地方硫化氢体积分数衰减到0.065%。这不仅仅是初速度的原因所致,天然气的扩散还受到粘性力、浮力、甲烷本身重力等因素的影响。
对比图2.3、2.7和图2.2、2.6分析,当有v=2m/s风速时,天然气的泄漏流向发生变化,且高空的云团也显著缩小,并且在距离泄漏口20m的空中,甲烷和硫化氢的浓度都显著增到,体积分数分别达到了15%和1.14%,在此浓度范围也形成了一片云团。
分析图2.4、2.5,当有v=5m/s和v=8m/s风速时,天然气的泄漏流向发生明显变化,高空的云团也消失,并且随着风速的增大,甲烷和硫化氢的浓度扩散越不显著,烟云高度降低,即风速越大,高空中的甲烷和硫化氢浓度越小;风速为8m/s时,距离泄漏口60m的空中,甲烷和硫化氢的浓度变得非常小,对大气环境和人体的影响也很小。
由图2.2-2.9还可分析出架空天然气管道稳定泄漏扩散过程中甲烷、硫化氢爆炸及中毒危险区域。由于甲烷爆炸范围是5%~15%(体积分数),当甲烷浓度低于5%的时候,达不到爆炸极限,而且在大气中很快就被稀释到更低的浓度,对大气环境和人体的影响很小,危险性也很小。当硫化氢的浓度达到0.065%时,人呼吸到就会中毒。云图中用等值线分别标示出了甲烷体积分数为0.05-0.15以及硫化氢体积分数大于0.00065的区域。从硫化氢和甲烷的浓度分布来看,硫化氢中毒范围要大于甲烷气体的爆炸范围。
3结论
天然气泄漏扩散是一个复杂过程,这个过程受风速、地表、泄漏源位置及泄漏气体压力、密度等多因素共同作用,所以这种扩散是一个综合效应。本文利用模拟方法,得到了下列结果:在天然气扩散时,甲烷受正浮力作用,它总能到达计算区域的顶部;受重气扩散时沉积卷积效应的影响,高含硫天然气泄漏扩散时近地面的横向污染距离加大,烟云高度降低,增加了抢险救灾的难度;高含硫天然气在有风作用时,低空由于泄漏口附近射流速度和梯度都很大,扩散受风速影响很小,随着高度增加,受风速影响加大;并且硫化氢中毒范围要大于甲烷气体的爆炸范围。
鉴于本文是基于架空天然气管道泄漏扩散的CFD二维数值模拟,所以要想得到实效性更强,更为精确可靠的模拟结论,建议:①对于网格的划分上做的更细致;②采用三维数值模拟;③运用更为精确的运算模型进行迭代;④迭代收敛精度的设定可设定的更小些。
参考文献:
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2011年12月19日,中海油公告称,旗下珠海横琴天然气处理终端附近海底天然气管线出现泄漏。在珠海海域,天然气泄漏导致的海面火焰燃烧了将近5天才熄灭。
事故发生后,中海油深圳分公司关停了番禺30-1和惠州21-1相关平台的生产,并对残留天然气加速泄压。到12月23日,管线内压力降到适宜维修的状态,中海油开始进行维修作业。到25日,泄漏点的火苗熄灭,中海油从应急状态转入海管修复状态。
自6月份中海油与康菲石油公司合作运营的渤海湾蓬莱油田发生溢油事故以来,这已是中海油在2011年下半年发生的第四起油气泄漏事故。
截至目前中海油还未对事故原因作出正式的报告说明。中海油深圳分公司副总经理高广生接受媒体采访时称,初步判断这次泄漏不是自然原因造成,而是由外力引起的,渔船拖网、挖泥沙或者其他工程作业的船只,都有可能对管线造成损坏。这次天然气泄漏的珠海终端,管线长396公里,气体主要成分是甲烷、丙烷、丁烷等天然气湿气,年天然气处理规模为16亿立方米,主要供应珠海、中山、澳门等地区的天然气需求。近年中国三大石油公司纷纷在沿海地区布局LNG(液化天然气)项目,预计投资200亿元的珠海天然气项目即是中海油重点布置的项目之一,该项目旗下又包括珠海高栏港LNG接收站、横琴天然气终端等子项目。
关键词:天燃气管道安全问题 措施
中图分类号:P624.8 文献标识码:A 文章编号:
一、分析天然气管道泄漏的原因
埋地敷设是管道天燃气采用的基本方式,由于受到人为和自然因素的影响,在运行过程中,可能会出现泄漏情况。导致其出现的原因主要在以下几方面:
1. 防腐绝缘层的裂化,腐蚀穿孔
腐蚀是由于防腐绝缘层在运行过程中由于老化而出现裂化形成的。其主要的表现形式是点蚀,伴有大面积的不均匀腐蚀坑和锈斑。而腐烂又是防腐层裂化的主要表现,它是从表面开始腐烂直到钢管的表面,使得钢管长时间浸泡在土壤溶液和盐碱沼泽中从而被腐蚀穿孔。再加上受到其他外力因素的影响,就会加速腐蚀裂化和腐蚀穿孔的速度。
2. 环形焊缝的开裂
熔蚀、未焊透、错边等是环形焊缝存在的缺陷。这些原始的缺陷由于受到输气压力或者是其它的外力在其断面上产生的应力作用,当扩展到其临界值就会导致裂纹失稳、扩展,最终使得焊缝断裂。
3. 阴极保护度低或者失效
由于阳极区中断或者断电等原因在阴极保护过程中的发生,会导致阳极区的电阻增大,恒电位仪失灵,运行的参数会不稳定,输出电流和电压波动幅度会过大,从而影响阴极保护效率。更严重的时候会导致阴极保护电位降低至正常最低保护电位,而出现阴极保护失效。
4. 人为的破坏因素
由于在施工过程中的工程机械使用不当或者操作不当,或者由于输气管线被一些不法分子的盗窃破坏,使得长输管线被损坏,导致在输气过程中长输管线出现事故。
二、天然气管网泄漏的形态
天然气管网泄漏的形态有多种,在解决天然气泄漏的技术处理上,首先必须对不同形态的泄漏进行分类,然后再进行相应的技术产品的研究。泄漏形态可按以下方式进行划分:1. 可以根据压力等级划分天然气管道泄漏的种类。一般0MPa 以下为真空管 道 0 到 1.6MPa 为低压泄漏 1.6 到 10Mpa 为中压泄漏、10 到 100 为高压泄漏、100Mpa 以上为超高压泄漏了。由这个因素分类也就决定了其相应堵漏产品的密封级别。超高压泄漏形态要求所对应的堵漏产品密封级别需要最高。
2. 根据天然气泄漏发生位置不同,可划分为 : 弯头泄漏、
法兰泄漏、直管泄漏、阀门泄漏、罐体泄漏、三通泄漏、异径接头泄漏等 , 不同的泄漏位置决定着堵漏产品的结构形式,如某些特殊的泄漏位置如接头、弯头等位置则要求这相对应的堵漏产品应有较好的适应性。
3. 根据泄漏的成因,如在第一点中的腐蚀泄漏、环形焊缝的开裂、工程施工中的机械误伤锁造成的意外泄漏、不法分子破坏以及因设计不当所造成的泄漏等,根据这些成因所造成的泄漏形态对应着堵漏产品对管线的保护形式,如在解决腐蚀泄漏时使用注剂式密封产品则需采用双层卡具,从而缓冲高压密封注剂对管道的冲击作用,避免密封注剂对管体地破坏
三、管道堵漏技术
根据天然气管道的泄漏形态,可从以下几个方面来进行技术处
理:
1. 钢带拉紧技术
钢带拉紧技术是在卡箍止漏法上发展起来的一种堵漏技术,通
常用于压力在1.6MPa以下发生的泄漏,它较卡箍止漏法有着更强的现场的应变能力,尤其是对法兰根部、三通、位置狭小处较为适用。如复合堵漏器、管道连接修补器、成型堵漏钢带等均是这种技术的产品。
2. 管线带压修复技术
由于管道腐蚀而产生的的天然气泄漏是最常见的天然气管道泄
漏事故,对于由腐蚀引起的天然气泄漏事故,最主要的措施是更换
管线、应急堵漏。管网带压修复技术就是这样应运而生的,它就是
在原来管线的基础上造新管线。它与更换管线、应急堵漏相比从降
低成本、安全生产、社会效益等诸多方面都要更优越。管线带压修复技术的操作流程为,先将预制的模管安装在待修复的管线上,采用增压工艺,把环氧树脂注进管线和模管的夹层内固化为管线,以实现带压修复和不停产的效果。改项技术施工速度效率高,速度快,成本投入小、修复后美观,还能延长管线5至10年左右的使用寿命。在解决腐蚀穿孔泄漏、降耗节能方面发挥着重要作用。
3. 低压粘补技术
低压粘补技术又称为冷焊技术,在治理石油天然气管道泄漏中采取此类技术是采用胶粘剂进行堵漏,在现场采用胶粘剂时通常不易直接带压粘补,而导流帽即是对这种缺陷的修补,从而保证了低压粘补的成功率,同时在进行粘补处理时还应做好表面处理工作。
4. 快速捆扎技术
所有的堵漏是固持和密封两部分同时作用才产生堵漏效果。大多数的堵漏产品中这两部分是相互独立的,利用快速捆扎技术能将固持和密封两部分融合为一体,并随着捆扎带厚度的增加不断产生挤压力,进而达到快速堵漏的效果,这种技术对于压力在1.6MPa以下,并对于喷射状态下的活节头、三通、直管、法兰缝、弯头等位置,以及小管径管道的堵漏效果都比较好,且堵漏后还有加强修复作用。
5. 窃口速补技术
窃口是人为破坏天然气管道时,在管网上通过安装阀门来窃油窃气进行非法活动,在不影响生产运行的条件下安全拆除窃气阀门,同时降低窃口处的安全隐患,是燃气公司的难题,通常采用的窃口速补技术的产品是膨胀式封堵器,其操作时应注意以下几点:1) 首先采用探测工具测定孔径大小,选择对应的封堵头,安装好膨胀式封堵器进行封堵操作,完成后检查封堵是否彻底。2)确定封堵彻底后,锯除阀门的短节,不能够采用电焊加固。3)适用范围,膨胀式封堵器通常用于压力在6Mpa 以内,温度小于200℃,窃口阀门为球阀或者闸板阀。
6. 注剂式密封技术
该项技术也是石化行业中比较成熟的堵漏技术,对于压力在2MPa 至 3 MPa 以上的天然气泄漏和阀门、法兰等难点位置通常可
采用注剂式密封技术。经过了多年的发展了应用,注剂式密封技术在解决天然气泄漏问题中,涵盖了35MPa以下的不同泄漏位置、不同压力等级、不同介质的各种泄漏。
四、预防管理措施
加强天燃气管道的预防管理是有效降低泄漏事故,排除安全隐患的有效措施,其中包括:1)严格控制管道系统中的天然气的气质;2)及时清理管内的积液和管内污垢;3)加强自动控制系统、通信系统的管理工作;4)加强运行管理措施,健全和完善安全管理制度、操作规程以及事故应急预案。
结束语:天燃气快速发展,导致一系列问题相继出现,因此,天燃气的安全管理是非常重要的工作,工作人员应当不断提高自身素质,沉着应对,仔细研究管道泄露原因,找出根源所在,互相交换对处理技术的意见,不断积累经验,以推动天燃气管道安全管理的发展。
参考文献:
1、天然气泄漏会使人因窒息而死。人所赖以存活的空气,有大约20%的氧气,如果你的活动空间是封闭空间,氧气稀薄,你会氧气不足,窒息、昏迷,有心脑血管疾病的人将会危及生命。在一个封闭空间,天然气泄漏,会使空气中氧气相对稀薄,自然就有害了。遇到这种情况,要首先关闭总阀门,关闭电源、火源,打开门窗让空气流通。
2、天然气主要成分是烷烃,烷烃(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷)和少量二氧化碳、二氧化硫,它的可燃烧成分是烷烃,本身无色无味,不会毒害人(只是使人窒息),有气味的是其中二氧化硫。通常,如果天然气中若二氧化硫含量极少,或没有,为了使人容易通过嗅觉感知管道泄漏,在其中加入少量二氧化硫气体。天然气不象煤气(一氧化碳)有毒,天然气无毒。
3、天然气的另一个危害是爆炸。通常空气中含有百分之几的天然气,遇到明火会立即爆炸,危及建筑物和人的生命安全。所以发现房间有天然气泄漏,要避免有明火和火化产生。
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关键词:液化天然气;公路运输;安全分析
随着我们国家的能源结够改变,尤其是大部分城市逐渐选用液化天然气当作城市的燃气来源之后,液化天然气的使用量逐年累加。所以想要充分满足我们国家的液化天然气的要求,就需要在全国各大省份进行液化天然气工厂的建设,这样才能够加快液化天然气的公路运输发展。所以相关部门和单位需要对液化天然气公路运输安全问题加大重视力度,进而确保其运输稳定安全。
1液化天然气公路运输安全分析
液化天然气的主要成分是甲烷,是通过净化天然气之后液化产生的液体,其是一种十分清洁并且质量优秀的燃料。液化天然气的气态体积十分小,所以方便了远距离运输和保存。但是液化天然气的特性也导致了其易引起火灾,甚至是造成爆炸或者引起冻伤。更为严重的是当液化天然气泄露之后会与周围的空气混合,最后导致爆炸。在公路上运输液化天然气是采用液化天然气罐车及罐式集装箱,这两个运输载体的大体结构是十分相似的,不过后者多用在多种方式联合运输上,对于罐体的装卸十分便捷。我们国家目前存在着众多的液化天然气载体生产厂家,这些厂家在进行液化天然气载体生产时充分按照国家相应法律法规的要求。液化天然气罐车的安全隐患大多存在其后部的工作箱内,因为其中包含着众多的开关阀门以及接头,这些阀门和接头是直接与液化天然气内部进行相连的。如果一个地方出现问题,那么就会造成液化天然气的泄漏。液化天然气的特性使其具有易燃易爆的特点,如果在液化天然气公路运输过程中发生了安全事故,那么就会给周围的人们造成巨大的伤害和损失。在对以往的液化天然气安全事故的事件分析中,大多是由于液化天然气泄漏造成的,一部分是由于液化天然气运输罐车发生交通事故造成液化天然气泄漏,一小部分是由于液化天然气的安全阀门出现问题造成液化天然气泄漏,还有一部分是处在夏季温度高时引起的液化天然气罐车发生泄漏。所以对此进行综合分析可以得出液化天然气发生安全事故一方面是由于自身发生交通事故所引起的。自身发生交通事故的可能原因有以下几个因素:液化天然气运输罐车的刹车系统失灵、液化天然气运输罐车的驾驶员不熟悉路线、驾驶员自身行为不当等等引起。另一方面是由于液化天然气运输罐车的安全阀门松动所引起。最后一个方面就是液化天然气运输罐车自身的温度过高使得其内部气压升高,进而引起事故。从以上分析中我们不难看出,引起液化天然气泄漏的主要原因还是在于相关运输企业自身,运输企业只有在内部进行严格的规定,并且充分做好安全措施。在对于运输人员的培训中应当充分关注驾驶员的自身素质,并且提高其应对突发事件时的处理能力。而对于油罐车的检查也需要建立起一套完整的标准体系,进而使得罐体在运输过程中不会出现安全问题。
2液化天然气公路运输相关策略
液化天然气在公路运输中发生安全问题大致分为以下三个原因:人为因素、环境因素、运输企业因素。所以我们应该从这三个因素入手,对相应的单位和部门进行严格要求。液化天然气在公路运输过程中,需要对相应的公路运输公司进行严格审查,其必须具备专业的运输资质,并且自身符合国家规定的相关法律法规要求。运输企业必须搭建一套完整的安全管理运输体系,并且要求企业内部严格实施。对于相应的液化天然气运输罐车应该进行档案的建立,对于液化天然气运输罐车的阀门和接头应该严格检查,并且对其进行不间断的跟踪检查,只有这样才能够保证液化天然气在公路运输中不会出现阀门松动等问题。同时对于液化天然气的公路运输过程中要进行实时跟踪,并且进行相应的安全考察以及应对突发事件时驾驶员的能力考察。当在运输过程中出现突况下驾驶员应该保持镇静,沉着应对,务必安全驾驶。驾驶员和押运员应该具备较高的综合素质,能够对运输的液化天然气有着基础的认识和应对知识。这样在发生问题时可以采取一定的处理策略,在事故发生之后需要使用干粉灭火器进行扑灭,切记不能用水等液体进行喷洒。在做了一定的紧急处理之后需要向当地的公安机关报警说明情况,并且积极配合当地的救援部门将事故的影响降至最小。在需要的情况下就可以进行降压处理,将罐中气体进行倒灌处理,确保周围人员的安全。液化天然气运输的罐车生产厂家也需要对相应的液化天然气罐车进行严格的质量审查,加强罐车内部元件的检查,确保不会出现部分零件松动等问题。在此之外还需要对罐车以及罐车的内部元件进行定期检查,并且根据相应的实际情况对罐车的使用问题进行改进和完善,进而使得罐车的质量能够得到充分保证。
3结语
综上所述,在当前液化天然气的需求逐渐增多的局势下,液化天然气公路运输安全问题不容忽视。本文通过对液化天然气公路运输事故多发地点进行综合比对分析之后,可以依次分析出相应的运输人员、运输公司、运输公路等存在的问题,并提出相关建议进行解决,期待液化天然气公路运输能够稳定长远发展。
参考文献:
[1]屈宜生,胡伟.液化天然气(LNG)储运罐车泄漏应急处置技术与方法[J].中国安全生产科学技术,2013,9(4):99-103.
[2]梁振帅.液化天然气运输的方式及特点分析[J].城市建设理论研究(电子版),2015,(5):3228-3229.
关键词:燃气;泄漏检测;新技术;新设备
中图分类号:TU996 文献标识码:A
1 燃气的性质、特点
1.1 城镇燃气是由多种气体组成的混合气体,主要为天然气、人工燃气和液化石油气三大类。天然气是以甲烷(CH4)为主要成分的可燃气,其种类有:有田气,石油伴生气,凝析气田气和矿井瓦斯气;人工燃气主要由煤制气和油制气,主要成份为CO、H2;液化气主要成份为C2H5。随着国家环保政策的出台,天然气作为清洁能源成为城市居民、交通、工商业首选气源。
1.1.1 天然气是一种易燃易爆的气体,和空气混合后,温度只要达到550度就会燃烧,在空气中,天然气的浓度只要达到5-15%,遇到火种就会爆炸,1m3天然气完完全燃烧,至少需要9.52m3空气。
1.1.2 天然气一旦泄漏,可能导致爆炸,火灾,中毒等恶性事故。
1.1.3 甲烷是一种无毒无味的气体。
2 燃气泄漏检测的理论依据
2.1 燃气泄漏测的几个概念和单位
2.1.1
爆炸下限:可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最低浓度,称为爆炸下限-简称%LEL
爆炸上限:可燃气体在空气中遇明火种爆炸的最高浓度,称为爆炸上限-简称%UEL
爆炸极限:是爆炸下限,爆炸上限的总称,可燃气体在空气中的浓度只有在爆炸下限,爆炸上限之间才会发生爆炸,低于爆炸下限或高于爆炸上限都不会发生爆炸,因此,在进行爆炸测量时,报警浓度一般定在爆炸下限的25%LEL 以下。
2.1.2 气体检测的常见单位
Ppm:指的是百万分之。如5ppm一氧化碳指的是空气中含有百万分之5的一氧化碳。
LEL:指的是气体爆炸下限的浓度,如10%LEL指的是达到了气体爆炸下限浓度的10%
VOL:指的是气体体积百分比。如5%VOL指的是特定气体在空气中的体积占5%
相互之间的关系:一般来说ppm用在较为精确的测量;LEL用于测爆的场合;VOL的数量级是它们三个中最大的。我们举个例子:如甲烷的爆炸下限是5%VOL,所以10%LEL的甲烷气体有以下对应关系:10%LEL=5000ppm=0.5%VOL
2.3气体泄漏检测单位与检测仪的对应关系
一般来说,测爆用的检测仪,其检测显示的单位是LEL(如济南市长清计算机应用公司产的SQJ-OA检测仪),测气体泄漏和毒性气体的检测仪,其检测显示的单位是ppm(如济南市长清计算机应用公司产的SQJ-D;SQJ-III检测仪),测气体体积百分含量的检测仪,其检测显示的单位是VOL%(如济南市长清计算机应用公司产的SQJ-III检测仪,日本新宇宙生产的XP-3410)
3 燃气管道泄漏检测的一般方法
3.1 泄漏检测的必要性
燃气管道的泄漏引发的爆炸事故时有发生,泄漏所造成的浪费也很惊人。因而,找到漏点,找准漏点,并及时给予修复,才能确实降低输差,减少运行成本,并防患于未然,绝大多数燃气管道的管理者对此非常重视,积极采取措施,想了许多办法。但燃气泄漏有其自身的特点,很难用传统办法找准漏点。
3.2 泄漏检测的可能性
由于天然气较轻,从破损点喷出后,会向上升起,并窜出地面。但由于回填物密实度不均等原因,天然气窜出地面是不会轻轻松松地垂直上升,而是往土质舒松的地方乱窜。尤其是在混凝土路面下的泄漏点,燃气要向上垂直升起就更加困难,而是从混凝土有缝隙处益处。
3.3 漏点定位
关于地埋管线泄漏点的定位,一般情况是先由巡线工作人员利用便携式手推车气体检测仪(707-II)或EGC燃气管网泄漏检测车初步探测到大体的泄漏点的位置,然后利用钻孔法导引泄漏出的燃气由地面自由,垂直上长,为确认漏点的准确位置提供客观依据。探孔的数量至少在三个以上,能过对各探孔所测浓度的大小比较,既可判断漏点的准确位置,对于较大漏点的浓度测量(测试浓度超过5%VOL),的必要采用量程为0-100%VOL的高浓度的可燃气体检测仪(SQJ-II和SQJ-D)
4 各个燃气场所所配备的检测仪器
作为燃气生产,输送和使用的各个场所,为加强安全生产需要,必须在各个不同场所配备形式不同的仪器进行燃气漏的检测,虽然各种仪器的检测原理大体相同,但其检测精度和传输方式的不同,会给燃气泄漏的检测带来不同的影响。
4.1 存在燃气的场所,根据GB50028-2006的规定,必须安装固定式可燃气体报警装置,如:RB-KY(RB-TT/TZ),RB-KZII其检测的依据是测燃气爆炸下限的百分比(0-100%LEL),当固定式报警装置检测到现场有燃气泄漏时,工作人员进行现场查找漏点的便携式气体检测仪有两种:一种是测燃气爆炸下奶百分比(0-100%LEL)的便携式气体检测仪(如:SQJ-IA:SQI-III:SQJ-IIIAII:SQJ-D型),另一种是测气体体积百万分之一(PPM)的便携式气体检测仪(SQJ-III;SQJ-D型);两种便携式气体检测仪的检测精度是PPM等级的检测仪的灵敏度是LEL等级的10000倍,选用哪种便携式气体气体检测仪查找漏点,工作人员应根据自己的实际情况选用。
4.2 作为长输管线的阀门井内燃气的检测,传统的检测方法是巡线工作人员携带便携式气体检测仪徒步检测巡线,随着GPRS无线通讯技术的发展,无线式气体探器在燃气泄漏检测领域正在逐步得到认可和应用,如济南港华燃气公司在输气管线的阀门井内字安装了1000多台RB-TW无线智能终端气体探测器,保障了输气管线的安全运行。
4.3 在阀门井内气体泄漏检测的过程中,下水道等地沟沼气的干扰是最长见的一种误报警,解决的办法首先是询问最近的住户,请他们指明下水道的标准位置,以了解管道同下水到的距离关系,从而设计出若干钻孔点,最后通过对气体的浓度和稳定情况来判断是漏点还是干扰。当然最好的办法还是通过SAFE燃气行业专用乙烷分析仪来检测,通过确定气体中是否含有C2H4来确定是否是天然气还是沼气,以避免忽视泄漏和盲目开挖。现在一些天燃气公司开始采用声谱分析设备来区别判断天然气和沼气,为是否开挖提供客观依据。采用SAFE已分析仪,能够在现场快速地采样,分析出所测气体是天然气还是沼气,并打印报告。全部工作3分钟。仪器小巧,便携,便于野外作业。
5 技能培训与相关知识的学习
随着燃气泄漏检测技术的不断完善和发展,新型产品的使用技能培训和相关知识的学习,对于产品使用人员来说,至关重要,很多现场的检测,使用人员熟练的使用技能和丰富的相关知识,会对检测工作起到半功倍的效果。