天然气埋地管网四篇

2024-09-13

天然气埋地管网篇1

一、埋地天然气管道的腐蚀分析

埋地天然气管道由于常年处于一个相对复杂的环境中, 容易受到多方面的腐蚀性作用, 总的来看, 主要的腐蚀原因有内部与外部之分, 内部因素主要体现在管材自身质量, 管道操作应力等等, 外部因素则主要为来自于外界的各类腐蚀物造成的腐蚀。

1. 内部因素

管道遭受腐蚀的内部因素主要是指管道输送了富含腐蚀性成分的物质, 从而引发管道被腐蚀的问题。例如:若所输送的天然气中H2S、CO2等含量较多, 会产生大量的粉尘, 这样就可能造成管道由于受到腐蚀而穿孔或爆炸。

管道内部腐蚀的严重性也体现出区域性分布特征, 例如:弯曲转头处、低洼积水处或气体与液体输送交汇处等都是相对严重的腐蚀区域, 这是因为管道的这些关键区域通常经受的输送介质类型较为复杂, 所承受的输送压力较大, 特别是低洼积水处的燃气管道, 由于处于相对复杂、恶劣的外界环境条件下, 所输送介质很可能发生反映, 产生腐蚀性物质。

2. 外部因素

来自于外部的腐蚀性因素很多, 例如:土壤、杂散电流、微生物、冲刷等等, 这些都可能引发燃气管道遭受腐蚀。

(1) 土壤腐蚀

土壤腐蚀是燃气管道最普遍的腐蚀方式, 因为土壤具有固、液、气三相的多空隙胶质体, 其中空隙中填充着大量的空气成分与水分, 水分中有一些盐分, 导致土壤呈现出离子导电性, 当土壤与构成燃气管道材料的理化性质不均匀时, 就产生了腐蚀性因子, 出现土壤腐蚀。

(2) 杂散电流腐蚀

杂散电流是流动于地下的一种电流, 容易对金属材质的燃气管道带来腐蚀与破坏作用。其中主要有两大类杂散电流:直流型与交流型。前者的腐蚀规律相当于电解腐蚀, 破坏性较强、破坏程度较大;后者的腐蚀程度则相对较弱, 腐蚀破坏区域则较为集中。

(3) 冲刷腐蚀

一些处于水洼积水地段的管道, 可能遭受河流水流或其他水体的长期冲刷与腐蚀作用, 特别是当穿越式管道处于裸露状态时, 更容易遭受冲刷腐蚀, 如果冲刷性水体流速较慢, 腐蚀性物质则会长期附着在管道表层, 造成穿孔性腐蚀。然而, 水体流动较快时, 则会形成冲刷与腐蚀双重作用, 会使腐蚀物进入管道, 造成严重的腐蚀作用。

二、埋地燃气管道腐蚀防护措施

为了有效抵御内外腐蚀性因素, 减少燃气管道被腐蚀的概率, 就要从内外多方面采取科学措施, 加以防护。

1. 内腐蚀防范措施

(1) 内涂层与衬里保护

对于管道内部腐蚀, 则可以采用添加内涂层、以及衬里保护的方法, 据此来确保管道金属材质同电解质分开, 减少内腐蚀发生的概率。要注重涂料类型与质量的选择, 优选那些适用范围广、质量过关、表面光滑的涂料。经过长期的工作实践得出:内挤涂与内防护智能补口工艺能够产生良好的防腐蚀作用, 不仅支持内腐蚀防护技术进步, 同时也利用管道的长期使用。

(2) 添加缓蚀剂

添加缓蚀剂是燃气管道抵御内腐蚀的有效方法, 现阶段, 使用最为广泛的缓蚀剂为:复合型缓蚀剂, 或者添加铬等来控制管道中的CO2含量, 从而控制其对金属的腐蚀作用, 或者将乙二醇物质添加到多相流油气输管内, 从而有效控制水合物的出现, 从而有效抵抗二氧化碳的腐蚀作用, 确保其同缓蚀剂共同发挥抗腐蚀作用, 减少管道被腐蚀概率, 增加管道的使用时间。

2. 外腐蚀的防范

(1) 抗土壤腐蚀的外涂层

为了有效抵抗外界土壤对管道的腐蚀作用, 可采用多种抗腐蚀外涂层材料, 例如:熔结环氧粉末, 具有广泛的适用性, 尤其适合一些黏土环境, 或者定向钻穿越段, 但是, 通常不适合用在岩体聚集、积水洼地。

煤焦油瓷漆防腐, 通常用在机械强度要求适中, 腐蚀力较大的地方, 例如:积水洼地、植物生长茂盛的林地, 为了减少其对环境的污染, 在人类聚集的地方则不适合使用。

(2) 电化学保护

电化学保护主要分为阴阳极保护, 一些输送距离较长的燃气管道, 适合采用阴极保护措施, 为了维护阴极保护电流的稳定性, 可以将电绝缘设备装配在工艺站场管道的进口与出口处。

(3) 杂散电流的排流保护

排流保护方式的选择要参照被干扰管道阳极区特征, 要查看其是否存在正负极交变现象, 如果存在交变现象, 则适合选择极性排流模式。

三、结语

埋地燃气管道铺设距离较长, 常年处于较为复杂的环境中, 必须加强其腐蚀性研究, 提高其抗腐蚀的性能, 延长管道使用周期, 打造出高质量的工程。

摘要：埋地燃气管道确保了天然气的输送与供应, 满足了人们日常生产、生活的需要, 然而, 燃气管道由于处于较为复杂的环境中, 很容易受到来自于内外因素的腐蚀作用, 因此, 必须加强埋地天然气管道腐蚀因素的分析, 并采取有效措施来防范腐蚀。本文分析了埋地天然气管道腐蚀因素以及科学防护措施。

关键词：埋地天然气管道,腐蚀因素,防护措施

参考文献

[1]杨怀玉等·CO2饱和溶液中缓蚀剂的电化学行为及缓蚀性能[J]·腐蚀科学与防护技术, 2011, 7 (12) :211-214·.

天然气埋地管网篇2

城镇地区的天然气埋地管道在运行过程中,由于不可避免的自然或人为损坏等因素导致泄漏事故时有发生[1],造成能源流失的同时也严重威胁到附近居民的生命财产安全[2]。进行合理的天然气泄漏扩散模拟可以预测危险范围,为事故的应急救援提供科学指导。近些年,学者们对于复杂环境下天然气泄漏后扩散的一般规律和模拟结果取得了较大进展。李朝阳等[3,4]对比埋地和架空管道两种不同敷设方式下的天然气泄漏情况,重点分析瞬时及持续泄漏下的气体扩散规律; 张甫仁等[5]针对城市建筑群区域人口密集扩散难度大的情况,模拟分析了建筑物群外空间天然气泄漏扩散浓度场及其规律; 付建民等[6]在实验基础上利用CFD软件研究裂口几何形态对于输气管道小孔泄漏的影响。然而在目前城镇地区埋地天然气泄漏扩散的研究中,学者们罕有考虑计算流域内建筑物自身对流过的风场产生较大阻塞作用这一重要因素,建筑物附近风场的流动状态对于天然气泄漏初期扩散影响较大,同时目前研究的大多数模型建立较为简单,致使模拟结果误差较大。

本文利用CFD软件建立三维埋地管道天然气泄漏扩散模型,将整个数值模拟过程分为计算流域风场的稳态模拟及在稳定风场基础上的天然气泄漏扩散过程的瞬态模拟两步[7],并对不同风速条件下的泄漏扩散进行对比分析,得到更加可信、更具参考价值的埋地天然气管道泄漏扩散规律。

1 控制方程组

1. 1 物质传输模型

气体扩散流动问题一般采用雷诺时均方程:

式中: k 、μ1分别为湍动能和湍流粘性系数,其值随空间的变化受湍流模型限制。标准的k - ε 湍流模型在具有管道弯曲壁面的风场计算时会产生一定的失真,Realizablek - ε 湍流模型作为广泛应用的改进模型,能够有效的应用于弯曲壁面流动,获得更佳的模拟结果[8]。

1. 2 物质扩散模型

CFD软件可以利用对物种传输扩散守恒方程的求解,预测第i种物质的质量分数,其组分运移方程如下:

式中: γi为第i种物质的质量分数; v为速度矢量;Si为用户定义的第i种物质产生速率,m/s ;为湍流中第i种物质的质量扩散速率,m/s 。

湍流流动中通过下式求解质量扩散:

式中,为湍流施密特数。

2 数值模拟及结果分析

2. 1 计算模型及边界条件

城镇地区的天然气管道多采用埋地敷设,计算流域分为处于完全开发大气边界层中的空气域及土壤层,本文设定足够大的计算流域尺寸为500 m( 长)× 400 m( 宽) × 163 m( 高) ,其中空气域高度为160 m,建筑物( 障碍物) 尺寸为30 m( 长) × 10 m( 宽) × 16 m( 高) ,建筑物距离风速入口边界150 m,可知建筑物摆放位置可以保证流动充分发展[9,10],阻塞率为0. 74% ,计算流域对建筑物附近流域状况基本没有影响[11,12]。土壤层高度为3 m,管道敷设埋深2 m,直径为800 mm,埋地管道在建筑物上游水平距离3 m处[13],管道泄漏为圆孔泄漏,泄漏口直径200 mm,泄漏口位于管道顶面方向向上。

基本参数: 管内和环境温度为300 K,环境压力为101 325 Pa,天然气泄漏速度为240 m / s,采用如下指数公式对环境风速进行修正,为了便于计算天然气简化为纯甲烷气体,甲烷的爆炸范围为5% ~ 15% ,取1% 作为天然气危险警戒浓度[14],泄漏过程为管内压力不发生变化的持续泄漏。土壤物性参数: 密度为1 540 kg/m3,比热容为2 180 J/( kg · K ) ,导热系数为1. 5W / ( m·K) ,孔隙度为0. 43[15],平均粒子直径为0. 2mm,计算得到渗透率为29 m D,惯性阻力系数为53 948m-1[16]。环境风速采用广泛应用的指数公式:

式中: u 、u1分别为地面以上高度为z 、z1处的风速,m/s; α 为地表粗糙度因素,本场景取0. 16。本场景模拟10 m处风速分别为4 m/s、6 m/s、8 m/s,即z1= 10m,u1= 4 m / s或6 m / s或8 m / s。风速随高度变化如图1。

本文采用分体加密法将计算流域分成25 个体块,对管道所在体块、土壤层体块、近地面体块进行加密处理( 如图2) ,计算模型总网格数达到110 万,最大偏斜率0. 74,大部分网格偏斜率低于0. 2,满足本文的计算精度要求( 最大偏斜率小于0. 90)。本文假设气体为不可压缩流体故两个入口边界均采用速度入口边界,计算流域顶面及侧面均设置为对称边界( SYMMETRY) ;土壤层区域设置为多孔介质( POROUS) ,其阻力系数各向同性; 土壤层与大气层的交界面设置为多孔阶跃(POROUS - JUMP) ;管壁、建筑物壁面及土壤层底面为无滑移的恒温壁面( WALL) ;稳态风场模拟中为了便于计算收敛,出口边界选择压力出口边界( PRESSURE - OUTLET) ,在天然气泄漏扩散瞬态模拟时,压力出口边界中难以预测出口边界的甲烷浓度,因而采取自由出流边界( OUTFLOW) 。

2. 2 风场稳态模拟

进行风场稳态模拟时,认为管道处于安全运行状态,即天然气泄漏口设置为WALL边界,以u1= 6 m / s为例,通过稳态模拟得到不同剖面风速等值云图及矢量图( 如图3、图4) 。

从图3 可以看出,计算流域整体上表现为大气边界层流动的特征,同时在出口边界处流动得到了充分发展,验证了计算流域尺寸、建筑物摆放位置的合理性。虽然建筑物仅对近地面的有限区域造成了影响,然而其对天然气泄漏扩散行为有着较大影响,对建筑物附近风场进行分析是十分有必要的。

图3 X=0剖面风速等值云图Fig.3 Contour of wind speed of section X=0

图4 充分显示了建筑物对气流的阻塞作用,表现为: 横风向和上游气流受建筑物影响较小,下游受建筑物影响明显; 建筑物上游形成一个小范围的低速滞流区,下游形成一条较长的尾迹,且尾迹内速度分布由内向外先减后增; 随着高度的上升,尾迹逐渐变短,当达到40 m高度时建筑物的阻塞影响几乎可以忽略。综上可知,建筑物对风场的影响主要集中高度较低的建筑物附近及建筑物下游区域,建筑物上游的低速滞流区会使天然气积聚不利于扩散,建筑物侧缘及上缘的高速区则会加速天然气向周围空气的扩散,建筑物周围风场势必对天然气泄漏扩散过程造成重大影响。

2. 3 天然气泄漏扩散瞬态模拟

在完成环境风场的稳态模拟后,改变泄漏口边界及出口边界的边界条件,将压力速度耦合方式改为“PISO”算法,便于每个时间步的收敛,时间步长选取0.01 s对泄漏过程进行瞬态模拟。

由图5 可以看出,在泄漏扩散的初期天然气向上泄漏到土壤层,动能大幅衰减,天然气首先在土壤中缓慢扩散,短暂时间后从地面泄漏出呈现四周膨胀扩散的趋势,但扩散到地表以上的天然气由于速度较低,容易受稳定风场的影响在建筑物迎风侧迅速积聚,气云高度、扩散范围等随时间增大并逐渐趋于稳定。天然气气云在扩散过程中呈现以下几个主要特征: ①土壤层积聚特征。土壤的阻力作用使天然气在土壤层扩散范围较小,气体积聚现象明显,容易引发爆炸事故。②气云沉降特征。从土壤中泄漏出的天然气气云在大气边界层风速梯度的作用下积聚在地面,不易在高度方向上扩散,因此天然气泄漏扩散的主要危险区域为近地面。③贴近建筑物积聚特征。由于建筑物迎风面存在小范围的低速滞留区,天然气在该区域的扩散速度较慢容易积聚,表现为如图所示的贴近建筑物积聚的特征。④气云扩散局限性特征。结合图4,在建筑物边缘拐角处风速梯度较大,天然气扩散速度骤增,气云浓度在上缘及侧缘处被严重稀释,天然气难以扩散到背风侧及下游较远区域,同时验证了模拟稳定风场的必要性,通过风场稳态模拟能够使泄漏扩散的模拟结果更加贴近实际情况。

由以上分析可知,稳定风场对于建筑物附近天然气管道泄漏扩散影响十分明显,针对不同风速的稳定风场,本文给出了对应的扩散趋于稳定时的天然气云图如图6,可以看出,不同风速条件下的气云扩散的高度有明显区别,环境风速与扩散高度成反比,但环境风速对天然气气云在水平方向的扩散影响较小,对于土壤层内气体扩散几乎没有影响。

由模拟看出近地面及建筑物表面的泄漏扩散是影响最为明显的,同时也是人们最为关心的,通过提取数据,得到不同风速条件下扩散范围随时间的变化规律如图7。可以看出: 在泄漏扩散初期( 0 ~ 20 s) ,天然气受环境风场影响较小,气云主要积聚于建筑物上游低速滞留区,不利于天然气向周围大气中稀释,表现为气云高浓度边界向四周推进较快; 随着泄漏扩散的进行,天然气扩散范围逐渐趋于稳定,高浓度边界推进减弱,这是由于低速滞留区边缘的风速梯度极大,加快了天然气向周围环境扩散的速度,导致边缘处天然气浓度迅速降低,最终呈现为贴近建筑物及地面的小范围气云; 环境风速对建筑物表面天然气横向扩散距离影响较小,这是由于建筑物侧缘较大的风速梯度限制了天然气的横向扩散; 环境风速越大,天然气扩散高度越低,大气边界层风速梯度起主导作用,使天然气难以向高空扩散; 天然气在迎风方向受到的阻力较大,扩散影响范围较小,风速影响不明显; 稳定风场的风速越大,扩散范围趋近稳定的时间越短。在本文工况条件下,建议应以低风速条件下的泄漏扩散范围作为处理泄漏事故的预测考量,当建筑物为带窗户的楼房时泄漏的危险性也将成倍增长。

3结论

本文采用CFD软件对城镇地区( 有建筑物存在的工况) 埋地天然气管道泄漏扩散过程进行了模拟,整个模拟过程分为风场稳态模拟及天然气泄漏扩散瞬态模拟两部分,得出如下结论:

1) 在风场稳态模拟中,计算流域表现为大气边界层特征,建筑物仅对其附近风场流动影响十分明显; 在建筑物上游形成小范围的低速滞流区,下游形成一条较长的尾迹; 在建筑物的上边缘及侧缘处风速剧增,风速梯度很大,势必影响天然气泄漏扩散情况。

2) 天然气埋地管道泄漏扩散过程表现出土壤层积聚、气云沉降、贴近建筑物积聚、气云扩散局限性的特征。其中气云扩散局限性特征证明了风场稳态模拟对于整个天然气泄漏扩散模拟的必要性。

3) 在天然气泄漏扩散初期,天然气受环境风场影响较小,气体积聚明显,高浓度边界向四周推进较快; 随着泄漏扩散的进行,天然气扩散范围随时间逐渐趋于稳定,最终表现为贴近建筑物及地面的小范围气云。

天然气埋地管网篇3

关键词：腐蚀；埋管；阴极保护；印象电流；牺牲阳极

中图分类号：TE988 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 10-0233-01

一、阴极控制系统

这是通过连接一个金属(锌或镁)阳极对每一部分的地下管线。阳极腐蚀，并在这样做时，管道将放电电流。(电流输出这种牺牲阳极装置，是一个印象电流保制系统的典型)。在lowresistivity环境(如海上或沼泽地点)，典型输出电流为40公斤镁阳极，在有效率为70%，范围从50到100马。(外加电流系统可产生高达60取决于设计和运行的要求)。阳极装置主要用于对地下结构，凡阴极控制系统现行规定都比较小，而土壤电阻率低，说少于000厘米×[5]。阳极系统是自供电，并不需要一个外部动力来源。当现行流量规定较小(即低于500马)，直流电系统要比外加电流系统更经济。

二、问题

管道与外部防护层，辅以保系统被视为完全防范外部腐蚀并提供安装保系统提供防护潜力至少850压为饱和铜/硫酸铜电极接触电解质。测量的辩护取得，是在指定的时间间隔内，按照国家的有关规定开发认定的石油资源(人民代表会议)。PC系统的电压下降，必须衡量整个管道-土界面，以确保有效的迹象。程序相关的整体维修工程包括：测算压降(收盘)。回顾以往业绩的保制度，评价的物理和电气特性的管道及其环境。确定，通过定期检查，是否有腐蚀迹象。在本次调查表明，没有一个尼日利亚人侧重保护管道，施工期间前投产的管道后来都被掩埋。

三、项目寿命周期

模型图1显示了完整的项目周期，其中包括五个主要阶段，并且应该有助于直接注视实现管道完整性之前启用。我们将把重点放在问题的技术完整性新管道由于外部腐蚀施工期间。在以往的研究中，它一直承担thatexternal腐蚀的管道，当管道开始投产后。但是，在现实较快的外部腐蚀是钢管放置在接触过程中立即开始的土输油管线的腐蚀。

四、阴极保护的经济理由

它通常能够获得成本效益通过阴极保护系统即妥善的安装设计保护系统管道网络比起已经找到并修复漏水管道从长远发展考虑要经济的多。安装的CP系统，大大延长了生命运行的管网，在一个新的管道下对已安装阴极保护系统之间进行情形比较，而不是增加壁厚通过额外的腐蚀，由此可以看到，增加墙体厚度的成本远远超过安装适当阴极保护系统的成本。此外，管道的一般情况下，即使有额外的壁厚，但没有阴极保护系统也会产生腐蚀，达到了国家规定时的CP是唯一的选择，以避免外部腐蚀泄漏。

五、减少项目寿命周期

大部分管道的设计寿命管线大部分是25年，根据指定的设计条件。目前的任务是制定维修方案，其中将确保这项标准得到满足，本分析的管道缺陷显示，大部分外腐蚀来自故障期间和管线的施工期间，都是由于缺乏有效的保护。

六、实地试验的设计

无论是牺牲阳极还是集成电路系统都已被证明是可靠和有效的手段针对外部腐蚀，保护地下管线他们已用旧管线，储罐和钢桥的理想结果。以下的结论和建议，从本研究中，关于技术完整性新的地下管线与外部腐蚀，安装临时牺牲阳极实施，在建设新的20.32毫米，内径10.2公里长的管线agbada以4.26毫米，壁厚。这个新的管道项目始于2004年2月，工程已于2005年11月完成，并由2005年12月底陆续全面投产，镁电池负极分别安装在4个据点，按照设计方案显示图。

超声波测量的完整性的新管道的壁厚分别采取每六个月施工期间截至2005年4月利用地图标定2克劳特克雷默超声波厚度计，精度可达95%，即远比得到一个拖透过的管道要好。在各个地点的测量的多少，金属钢管decoated被暴露，然后用涂覆聚乙烯后，每个测量地点在垂直段管道上的测量结果采取列图。

壁厚完整性测量，在获得的18个施工期间，利用超声波设备。最坏缺陷的监测期是0.23%，墙体损失相当于不到1%，但墙损失了5年之久。这清楚地证实，由于使用了新的技术阳极系统输油管线在施工期间并未受到明显的破坏却保持相当的完整性。

腐蚀外表面管线只是问题的一部分：内部腐蚀，还必须防止。经过近期(公元2004年)检查，结果发现，通往美国最大油田的管道高达70%的壁厚( = 9.5毫米)，在Prudhoe Bay湾，alska，在载crudeoil内包含已拆除的微生物菌种。随之更换了32公里的管道。使运输费用可能超过一亿美元。还必要关闭核电厂造成四十万桶没有交付，相当700万美元的损失。

七、结论和建议