石油天然气管道安全管理存在的问题及解决方法

苏成果(中国石油天然气销售陕西分公司，陕西 西安 710016)

0 引言

目前，石油天然气是我国社会生产生活必不可少的能源之一，特别是天然气，由于其燃烧对环境产生较少的污染，因此越来越得到人们的重视。管道作为石油天然气能源开发和使用的重要组成部分，支撑着我国石油天然气的发展。由此可见，在天然气运输的过程中管道安全是十分重要的。天然气管道在日常运作时会受到诸多因素的影响，所以想要发挥其最大作用，就要保持天然气管道的安全运行。但是，在进行安全管理工作的时候，会遇到许多不确定因素，合理分析石油天然气管道存在的问题，有益于提高管道安全管理的水平和丰富相关产业技术，也是维持其正常运转、提高其运转效率的重点工作内容。

1 石油天然气管道安全运行管理存在的问题

1.1 石油天然气管道运行过程中存在腐蚀隐患

目前，石油天然气运输管道主要构成材料为钢制材料，如：直缝管、无缝管、螺旋管等。燃气管线的锈蚀主要是由钢制材质和周边环境材料之间产生化学反应，电化学影响造成了石油燃气管线受到破坏。根据侵蚀机理，石油天然气管道侵蚀主要可分为电化学作用侵蚀，生物化学侵蚀和化学作用侵蚀[1]。其中，化学反应侵蚀的机理是金属表面和外界介质直接产生化学反应，造成表面的损伤。当金属表面与非电解质接触时，非电解质中的原子被金属表面吸收，分散为在原子之间后与金属表面分子进行化学反应，从而形成腐蚀性物质。但化学作用腐蚀和电化学作用腐蚀最大的不同点是没有电流的产生。

从燃气管线锈蚀状况分析，燃气管线锈蚀可以包括管线外壁锈蚀和管线内部锈蚀。管线外壁面锈蚀的定义是石油燃气运输管线的表面产生锈蚀而影响管线使用寿命，这种状况通常发生于管线架空，或是将管道深埋在土里的情形。通常情况下，架空的管道外表层也会受到空气中水汽和氧元素的危害。因此虽然在管子外表上面喷涂有隔离涂料，但是在日月累积的外界影响下也会产生一些安全隐患。深埋在土里的石油天然气管线的侵蚀环境相比于架空管线来说就比较复杂，因为这些侵蚀环境通常是电化学侵蚀，而电化学腐蚀对石油天然气管线的损耗往往是不均匀的，这就会大幅度提高管壁被穿孔的几率，从而扩大对管线环境的影响。石油天然气内壁侵蚀一般是指在管线内表面进行侵蚀，这和天然气中的部分化学成分是密切相关的。总之，石油天然气中也含有一定的水分，在原油天然气储运的过程中水分会在管道内表面产生亲水层，使之发生电化学反应，从而导致由电化学腐蚀引起的严重后果。此外，煤气中产生的二氧化碳和硫代物等都具有较强腐蚀，而上述物质在与管道内表面接触时也会产生相应的化学作用腐蚀。

1.2 石油天然气安全管理的法律问题

中国石油天然气管道安全管理工作启动时间较晚，在石油天然气管道安全管理、环保意识和市场运作机制上都需要完善的法律法规体系。部分地方政府对油田或天然气管线存在的故障和隐患重视不够，以及在发生重大安全事故后因害怕担责等问题。此外，随着我国经济的快速增长，对石油天然气的需求也呈倍数增加，然而各地区需要与时俱进对天然气管道安全的法律意识还停留在过去阶段。

1.3 石油天然气管道泄漏问题

在恶劣环境下，管道运输是一种合适而有效的天然气运输方法。然而，高压低温条件下容易发生水合物堵塞，严重威胁管道安全，管道泄漏可能导致严重的经济损失和安全事故。所以，燃气管线中水合物堵塞与泄漏的在线监测与定位对燃气输送的安全平稳运转有着关键意义。

在天然气站场，最常泄漏的地方是静密封点处，即法兰、螺纹接口处。而管道穿孔泄漏则屡见不鲜，主要是管线的弯头处，尤其是在排污管线与放空管线的弯头处。而管线上最普遍的泄漏是由第三方破坏，或者管道穿孔而造成的。根据现场实际状况分析，可分为以下几类：管道泄漏、法兰之间的泄漏、阀门泄漏、螺纹泄漏。以法兰之间的泄漏为例，法兰连接是燃气管道和装置之间连接的主要方式，其泄漏也是天然气站场泄漏的最为主要的表现形式之一。而法兰密封性主要是依靠与其连接的固定螺丝所产生的预紧力，或者使用垫片获得适当的工作密封比压来防止燃气泄漏的。对天然气管线，因为其输送介质具有腐蚀、高压和输送过程中产生震动等特性将会引起天然气管线法兰密封性损坏而造成泄漏。燃气站场处法兰泄漏大致有以下原因：

(1)密封垫片的压紧力度不够，装配时密封垫片发生了偏装，螺丝连接松紧不一，两法兰中心线偏离。此类情况，大多由于作业工人施工、装配质量差引起的。

(2)因脉冲流、工艺设计不合理，减振措施不落实或外部原因而引起管道震动，从而导致螺丝松动就会造成泄漏现象，或管道变形、下沉引起的泄漏，这是由于外部因素对管道的影响从而影响接头部位，造成松动所引起的泄漏。

(3)螺栓由热胀冷缩等因素引起的伸长及变形，以及在季节交替时的泄漏大多数是由这些故障所造成的。

(4)由于燃气的腐蚀性，密封垫片经过长时间使用，产生塑性变形、回弹力降低以及垫片材质的老化等也会造成燃气泄漏。

2 提升石油天然气管道安全管理水平的措施

2.1 石油天然气管道腐蚀防护措施

2.1.1 阴极保护

由于在石油天然气管道腐蚀类型中，电化学锈蚀是导致燃气运输管线内部锈蚀的主要因素，所以，如何解决电化学腐蚀便成为了人们关注的重点。第一，阴极保护法。这是避免电化学腐蚀的最主要方法，是通过在油气运输管线上接入相应频率的直流电流，输送管线在接入直流电流时管线内的极性改变，以最大限度保证在管线内腐蚀的电池正负极电位差平衡，从而减少基本类型的腐蚀电流，从而发挥对石油天然气管道的保障功能。第二，常用的阴极层保护方法则是在石油天然气运输管线表层涂上防腐蚀涂料，以延长石油天然气运输管线的寿命。把上述两种方式组合运用，才能实现最大程度的对石油天然气管线的防护。目前，阴极保护已经大量使用在石油天然气管道中，不仅控制了腐蚀问题，还能降低管道管理的综合成本。

2.1.2 改善腐蚀环境

复杂的石油天然气管线及其铺设环境对管线腐蚀产生了很大危害。由于天然气管道大多埋藏于土中，土壤中的化学成分会直接影响到管道，在土壤中的电解质、氧化物共同作用下，能够腐蚀管道表面，随着管道使用年限增长，腐蚀情况日益加重。因此，在一些石油天然气运输管道腐蚀较为严重的区域，可以通过改善当地自然环境等方式，降低环境对石油天然气管道的腐蚀。比如，在油田石油天然气管线铺设附近采用脱水和调整土壤pH值等方法，最大限度减少管线铺设周围土层的侵蚀影响，进而发挥保护油田天然气管线的功能。但是，利用改善腐蚀环境来减少管道受侵蚀程度，局限性太大，操作成本过大，可行性较低。所以，这个办法通常在无法使用其他方法的地方可采用。

2.1.3 缓蚀剂防腐

石油天然气输送管道外壁防腐的重要方式之一就是添加缓蚀剂防腐剂，这种方法造价低，成本小，可行性高。同时，通过加入缓蚀剂防腐剂可以有效降低因石油天然气储运管线外部破裂所产生的不良后果，从而增加石油天然气管道的使用寿命。在中国西南地区酸性天然气田集输管线都需要定期涂刷缓蚀剂来降低锈蚀速度。不过，在涂抹缓蚀剂的时候，必须按照现场土地要求以及油田燃气管线状况来选用适用的缓蚀剂，力求用最少的缓蚀剂实现油田燃气管线最大防腐功效。其次，使用缓蚀剂可能对运输管线的性能造成不良影响，所以要针对管线具体的材料和技术参数选用有针对性的缓蚀剂。

2.2 健全和完善石油天然气管道安全管理法律法规

油气管道安全管理需要进行有效的监管，必须建立完备的法律法规，依靠法律提高管道建设的质量，强化管道管理维护工作，规范管道的管理，做到定期维护、检验和评价。从整体上看，目前我国的油气安全管理还没有全面落实法律法规，主要原因是政府尽管出台了《石油天然气管道保护法》，对施工经营单位的权力与责任做出了界定。但在实际执行过程中，并没有通过相应的立法对项目施工、经营具体操作的权力进行明确，因此有必要补充、健全并实施相应的规章制度，以推动安全管理水平的不断提高；其次，要通过立法进行规范管理，严格控制管道从建设到运行的各个环节，严惩违法违规行为，确保油气管道安全管理工作的顺利开展和有效实施。

2.3 借鉴检测和定位泄漏位置的新方法

针对天然气管道中水合物堵塞或泄漏问题，相关企业要学习借鉴国际上研制的一系列先进的检测和定位方法。例如：文献[2]提出了一种基于Tikhonov正则化的天然气管道正常运行条件下的部分堵塞检测理论方法。根据瞬态过程可以得到具体的堵塞参数观测数据的相对计算误差大部分小于5%。文献[3]研究了一种基于传播规律的天然气管道泄漏检测定位新方法。文献[4]提出了一种基于被动声学系统，进行了数值模拟研究和作品分析接收到的信号强度，这样可以在水下获得天然气管道漏孔的位置和泄漏孔的大小。文献[5]利用光纤布拉格光栅压力传感器设计了一种基于负压波的管道泄漏检测系统。与传统的负压波检测技术相比，该系统能够实现更高的泄漏定位精度和更小的泄漏量检测。文献[6]利用锆钛酸铅传感器测量管道泄漏引起的应变变化。实验结果表明，定位误差和可重复定位精度分别为2%和4%。然而，这些方法都不能同时检测和定位天然气管道中的水合物堵塞和泄漏。在之前的研究中，文献[7]提出了一种主动声激励技术，可以同时检测和定位多重水合物堵塞和管道泄漏。通过向管道内发射脉冲声波并对反射信号进行分析，实现了水合物堵塞和泄漏的检测和定位。在此基础上，提出了一种基于小波包分析和混沌特征分析的“能量模式”方法来区分这两类异常事件。

3 结语

石油天然气作为我国国民经济的一大承重梁，对于资源利用，城市化建设有着重要影响。管道安全管理能够有效的提高石油天然气管道的运行效率，避免重大事故。同时，天然气管道运输安全问题又事关广大人民群众的生命财产安全。鉴于此，当前天然气管道安全管理工作仍需进一步完善与优化，其中包含建立健全石油天然气管道保护法律法规，科学有效的解决和预防石油天然气管道存在的相关问题，以确保石油天然气管道安全管理水平有效提高，为石油天然气的使用提供安全保障。