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天然气的物理性质

天然气的主要成份为甲烷，无色、无味、比空气轻、不易察觉，具有较强的扩散性，极易引起燃烧和爆炸。

迁钢所使用的天然气是经过加臭处理的，所以有刺鼻的臭味。

甲烷，属低等毒性物质。空气中甲烷浓度过高能使人窒息，当空气中甲烷达到25%～30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速等，甚至产生窒息、昏迷。长期接触可出现神经衰弱综合症。

天然气成分

天然气是以甲烷为主要成分的多种物质组成的混合物，大致有以下主要成分：

（1）烷烃：是天然气的主要成分，一般含量为85%-98%。

（2）烯烃：在天然气中以微量存在，主要为乙烯、丙烯、丁烯等。 

（3）环烷烃：在天然气中含量很少，一般为环戊烷、环己烷等。

（4）芳香烃：是一种不饱和的环状烃类。在天然气中可能存在的芳香烃有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯。

（5）非烃类：主要包括氮气、二氧化碳、硫化氢、氢气、氦气、水蒸气。

天然气的危害性

1. 易爆性

天然气的爆炸极限较宽是4%～15%，爆炸下限较低，逸散的天然气和空气混合，浓度达到爆炸下限时，遇明火、高热就会发生爆炸。

火焰传播速度将超过音速而达到1000m/s～4000m/s，局部压力可达到8MPa。

以6.4MPa管线为例：输气管道或相关设施发生腐蚀穿孔泄漏，气体扩散遇火源发生蒸气云爆炸，最大爆炸TNT当量可达2283.8kg，最大的致死半径79.4m，最大重伤半径107.1m，最大轻伤半径218.9m,50%玻璃破碎距离为1337.9m 。

2. 易扩散性

天然气的密度比空气小（天然气分子量平均16，空气平均29），泄露后不易留在低凹处，有较好的扩散性。

3. 毒性

天然气属低毒物质，主要成分为甲烷。空气中甲烷浓度达到25%~30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心脏加速、精神动作故障等，甚至产生窒息、昏迷。长期接触天然气可出现神经衰弱综合症。

4. 腐蚀性

天然气中含有大量酸性气体，主要有硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）等组分，可以造成对金属的腐蚀。天然气含水时腐蚀程度更严重因为CO2溶于水后形成H2C03，对金属的腐蚀性比较强。

天然气水合物的危害

天然气水合物一旦形成后，它与金属结合牢固，会减少管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进一步形成，进而造成管道、阀门等设备的堵塞，严重影响管道的安全运行。

在一定的温度和压力条件下，含水天然气可生成白色致密的结晶固体，称为天然气水合物。水合物是一种不稳定的化合物，是采输气中经常遇到的一个难题之一。

天然气水合物的形成条件

（1）气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水。

（2）有足够高的压力和足够低的温度。

（3）天然气流速和方向改变也是形成天然气水合物的辅助条件。

天然气水合物的预防

主要采取以下方法：

（1）天然气进入输气管道之前应进行充分脱水，是天然气水露点低于管线周围介质最低温度5-7℃，这是最根本的方法。

（2）天然气进入输气管道时进行监督、检测，防止水及污物的进入。

（3）添加化学反应剂，吸收天然气的水分，降低天然气的水露点。

（4）在输气管道的天然气入口处安装除液器。

（5）调压阀、分离器、除液器等易产生冰堵部位加电伴热或水加热。

天然气净化脱水

1. 低温分离脱水

高压天然气经过节流膨胀造成低温，使水分离出来。

2. 固体干燥吸附脱水

利用多孔性的固体干燥吸附天然气中的水蒸气。

3. 液体吸收脱水

常用的吸附剂有二甘醇、三甘醇等，在吸收塔中吸附剂与天然气接触，吸水后稀释，进入再生塔中蒸发出水分，天然气被脱水干燥。

输气管道干燥

1. 干燥剂法：此种方法适用高浓度干燥剂置换管道中的试压水。

2. 真空干燥法：此方法有除水和干燥两个阶段。除水阶段用空气吹扫或发送清管器置换管道中的存水；干燥阶段采用真空泵从管道的一端抽气，在管道内形成负压使水分蒸发并随着气体排出管道。

3. 超干空气法：在管道的干燥阶段将深度脱水的超干空气（水露点在-50～70℃）注入管道，吸收管道中的残水使管道干燥。

天然气管道水合物堵塞的处理

1. 准确判断冰堵的位置

2. 关闭冰堵上下有阀门的截断阀并进行放空,或者利用热源对冰堵位置进行加热,破坏水合物形成的条件进行解堵。

3. 在冰堵点的高处或上游处注缓解剂。如甲醇、丙三醇等。

4. 利用热源加热天然气，提高天然气的温度，破坏水合物形成的条件。

管道的腐蚀控制

防腐材料的性能选择：

（1）良好的绝缘性   

（2）防腐蚀层应具有一定的耐阴极剥离强度的能力。

（3）要有足够的机械强度。

（4）有良好的的稳定性   耐大气老化性能好，化学稳定性好，耐水性好，有足够的耐热性，耐低温性能好。

（5）防腐层破损后易于修复。

防腐层大修

1. 操作步骤

（1）确定大修段落  根据完整可靠的检测和调查资料，确定大修段落

（2）选择大修材料  大修材料的各项技术指标应符合规范要求，要有质检合格证。

（3）择优录用施工队伍  要择优录用施工队伍，未作过大修工程的施工队伍要通过百米试验段的考核。

（4）质量检查  宜实施第三方质检形式，作好质量控制点的检查，检查标准按规范执行。

2. 技术要求

（1）严格按照审定的施工方案和相关规定进行施工。

（2）大修施工中要注意安全保护，对违反安全操作规定的作法要坚决制止。在对腐蚀坑的补焊过程中尤其要注意安全。

（3）大修施工中要注意环境因素对施工质量的影响，对温度、湿度均要有特殊要求。

阀门的基础知识

阀门安装在各种管理系统中，用于控制管路中介质的压力、流量及流向等。

阀门的损坏或误操作，往往直接影响天然气管道的安全生产，甚至造成重大事故。因此，了解各种阀门的结构、特点及使用范围，掌握其操作和维护方法，是操作安全生产平稳输气的重要环节。

阀门可定义为截断、接通流体通道或改变流向、流量及压力值的装置。

阀门的主要功能为：接通或截断流体通路；调节流量；防止倒流；调节压力；释放过剩的压力。

阀门的分类 

常用的分类方法有以下几种：1. 按结构特征分截止阀：关闭件沿阀座中心线移动。

闸板阀：关闭件沿垂直于阀座中心线移动。

球阀（旋塞阀）：关闭件是球或锥塞，围绕本体的中心线旋转。

旋启阀：关闭件围绕阀座外的轴旋转。

蝶阀：关闭件是圆盘，它围绕阀座内的轴旋转。

2. 按用途分

开断用：用来切断或接通管路介质。如截止阀、闸阀、球阀、旋塞阀等。

调节用：用来调节介质的压力和流量。如减压阀、调节阀等。

分配用：用来改变介质的流向，起分配介质的作用。如三通旋塞、三通截止阀等。

止回阀：用来防止介质倒流。如止回阀也称单向阀。

安全阀：在介质压力超过规定数值时，用来排放多余介质，以保证管路系统及设备的安全。如安全阀、事故阀等。

其他特殊用途：如疏水阀、放空阀、排污阀等。

3. 按驱动方式分

手动：借助手轮、手柄、杠杆、链轮、齿轮、涡轮等，由人力来驱动。

电动：借助电机、电磁力来驱动。

气动：借助压缩气体来驱动。

液动：借助水、油等液体传递外力来驱动。

4. 按压力分

真空阀：绝对压力﹤98.07kPa的阀门。

低压阀：公称压力PN≤1569.06kPa的阀门。

中压阀：公称压力PN2451.66-6276.26kPa的阀门。

高压阀：公称压力PN9806.65-78453.2kPa的阀门。

超高压阀：公称压力PN≥98066.5kPa的阀门。

5. 按介质温度分

普通阀门：适用于介质温度-40～450℃的阀门。

高温阀门：适用于介质温度450～600℃的阀门。

耐热阀门：适用于介质温度600℃以上的阀门。

低温阀门：适用于介质温度-40～-70 ℃的阀门。

深冷阀门：适用于介质温度-70～-196℃的阀门。

超低温阀门：适用于介质温度-196℃以下的阀门。

6. 按公称通径分

小口径阀门：公称通径DN≤40mm的阀门。

中口径阀门：公称通径DN50～300mm的阀门。

大口径阀门：公称通径DN350～1200mm的阀门。

特大口径阀门：公称通径DN≥1400mm的阀门。

输气站场常用阀门

1. 闸板阀

闸板阀（简称闸阀）是截断阀类的一种，用来接通或截断管路中的介质。

闸阀的特点：

（1）流体阻力小，因为闸阀阀体内部介质通道是直通的，介质流经闸阀时不改变其流动方向，所以流体阻力小。

（2）启动力矩小，因为闸阀启闭式闸板运动方向与介质流动方向垂直，与截止阀相比，闸阀的启闭较省力。

（3）介质流动方向不受限制，介质可以从闸阀两侧任意方向流过，均能达到使用的目的，更适用于介质的流动方向可能改变的管路中。

（4）结构长度较短，因为闸阀的闸板是垂直置于阀体内的。而截止阀阀瓣是水平置于阀体内的，因而结构长度比截止阀短。

（5）密封性能好，全开时密封面受冲蚀较小。

（6）密封面易损伤，启闭时闸板与阀座相接触的两密封面之间有相对摩擦，易损伤，影响密封性能与使用寿命。

（7）启闭时间长，高度大，由于闸阀启闭时须全开或者全关，闸板形成大，开启需要一定的空间，外形尺寸高。

（8）结构复杂零件较多，制造与维修较困难，成本比截止阀高。

 闸阀操作注意事项

（1）带手轮或手柄开关的阀门，顺时针转动为关、逆时针转动为开；其他带执行机构的阀门开关操作按说明书进行。

（2）开关时，用力要稳、要均匀，不能采取冲击方式开关阀门。

（3）闸阀不能作节流用，必须全关或全开，不允许半开或半关。

（4）闸阀全开后，应将手轮回转1~2圈。

（5）操作中不能用身体正对手轮或阀杆。

2. 球阀

球体绕垂直于通道的轴线旋转而启闭通道的阀门。

球阀的特点

（1）中、小口径球阀结构较简单，体积较小，重量较轻。

（2）流体阻力小，各类阀门中球阀的流体阻力最小。这是因为全开时阀体通道、球体通道和连接管道的截面积相等，并成直线相通。

（3）启闭迅速、方便，介质流动方向不受限制。

（4）启闭力矩比旋塞阀小。

（5）密封性能较好，这是因为球阀密封圈材料多采用塑料，摩擦系数较小；球阀全开时密封面不受会到介质的冲蚀。

球阀的缺点是：球体加工和研磨较困难。

球阀操作注意事项

（1）球阀不能作节流用，必须全开或全关，不允许半开或半关。

（2）操作前应检查球阀开关位置、执行机构各部位是否完好灵敏、密封性能、流程切换是否正确等。

（3）当球阀需要紧急关闭时，动作应尽快完成，以免球阀前后形成较大压差后还未关闭阀室。

（4）开关操作时，一定要平衡球阀前后两端压力和泄去密封圈压力后，才能进行，开关完成后及时向密封圈充压，严禁在阀前后存在压差下强行操作。

（5）对于利用管道气压作为密封动力源的球阀，当管线处理事故后，仍处于关闭状态的阀门，应对密封气源进行调整、控制，以保证球阀的继续密封。

3. 截止阀

截止阀的特点：

（1）截止阀的密封是通过密封座圈与阀杆上的阀瓣以锥面和平面紧压来实现的，锥面密封多用于小口径阀，平面密封多用于大口径阀。

（2）截止阀的传动形式有手轮、齿轮、电动、气动等形式。

（3）按阀内流体流动方向截止阀分为直通式、直流式、角式三种。

4. 止回阀

用于限制流体单向流动，防止倒流的阀叫止回阀或单项阀。分为升降式和旋启式止回阀。

场站设计要求

现场布置、间距和设备安装方位应采用统一标准。在对现有系统进行改造和扩建时，场站系统设计应与已建系统保持一致。

场站的设计至少应满足以下要求：

（1）系统中的所有构件的尺寸选择应保证性能最优，所有设备应能满足作用运行工况。

（2）整个系统的设计应满足设计工况范围（压力、温度、密度、粘度、质量和流速）。要保证单体设备和整个系统的灵活性，设备和相连管道应满足极端工况要求。

（3）对新建、改扩建新系统或设施，应考虑操作、维护的便捷性和未来的设施扩建，包括所有仪表、阀门、阀执行机构，双截断阀放空管、法兰、排污管、注脂、电气接线盒和面板都有合理操作和维护空间。

（4）对于需要拆卸维修的机械装置或设备，如压缩机、阀、仪表元件、仪器、仪表管、电气套管、法兰螺栓、吊车、临时外部接头，要保证留出足够空间。

（5）应为站场所有设备的操作、巡检和维护提供畅通无阻的通道、台阶和平台。

（6）个站场应有消防通道、回车场和吊车装卸作业通道。

（7）站内设施布局设计应考虑风向影响，防风管线、排污池应设置在站场主设备的控制室的下风侧。

（8）设备的最大噪声水平应满足国家及地方标准。

（9）有人值守站场，如果发生报警应设置有报警声音警告现场人员。

天然气管道投产安全

1. 天然气管道的投产准备

天然气管道的投产是管道施工建设的延续，是对设计、施工质量的检验，是管道建设中的一项非常重要的工作环节。投产的准备工作是确保管道投产安全和成功的基础，因此，投产准备工作显得尤为重要。

天然气管道置换投产前应做好以下准备工作：

（1）管道、场站，阀室必须组焊完毕并清管扫线，强度、严密性试压合格。其他附属设施验收合格。

（2）自动化系统安装调试、验收合格。安全消防系统要收合格并办理有关手续。

（3）投产、运行组织机构健全，技术、操作、维抢修人员经过正式培训考试，并100%持证上岗。掌握管道走向、设备的操作、维护、原理和投产方案。

（4）针对管道实际情况，编制详细的投产试运方案和实施方案。

（5）组织好投产队伍、施工单位、安全、消防保驾队伍。

（6）配齐投产试运的常用工具、维抢修工机具、仪表自动化检测仪表和器具，配齐必须的消防器材。

（7）配齐所需的投产车辆、通讯设施，医疗救护力量，防爆、防毒设备。

（8）施工单位撤离场站，做到消防通道畅通，无易燃、易爆物品堆放。投产领导小组进行全线建成验收合格。

（9）与供电、供水部门签订协议，保证供电、供水正常。

（10）与供气、用气单位签订协议，与供气单位协调好投产期间的用气量和压力及协调好配合细节。

天然气管道的投产过程

天然气管道投产一般有如下过程：

（1）试压：对站内及线路管道应分别进行试压。

（2）除水、干燥：试压结束后，对管道进行排水、扫线。对站间、站内管道进行干燥。

（3）置换、注气投产：向管道内注入氮气，用氮气置换管道内的空气；用氮气作为空气和天然气的隔离段，在氮气后注入天然气。

除水、干燥施工是天然气管道的特殊要求。用氮气隔离空气和天然气是天然气管道投产安全的需要。

投产安全要求

1. 投产前的准备工作

（1）制定各项安全生产管理制度。

（2）对天然气管道的管理及操作人员进行全面培训，要做到各工种的操作人员熟悉本岗位的工艺流程、操作规程、安全规定及异常事故处理操作方法等。培训后应进行考试，合格者方能上岗操作。

（3）工程全面完工后，要组织质量检查验收。

（4）投产小组及各专业组的人员要落实，职责分工应明确，保证各部门能在统一指挥下，紧密配合、协同一致地工作。

（5）气源要落实，能满足投产阶段的用气量。

（6）组织好抢修，配备好抢修用的车、器材、救护设施、足够的消防器材。

（7）制定切合实际情况的投产试运方案，报经上级主管部门批准后，应向参加投产的人员进行交流。参加投产的人员应认真学习投产试运方案。

2. 投产试运的安全措施

（1）重视并认真做好投产前的各项准备工作，为安全投产一次成功奠定基础。

（2）对参加投产的人员进行安全教育，具体包括：

 要求参加投产的所有人员熟悉各项安全生产管理制度、岗位安全操作规定，熟悉常见事故处理方法，掌握消防灭火器材的使用方法，对参加投产的操作人员要进行技术交底、进行投产操作演练，做到岗位明确，职责清楚。

（3）天然气置换过程。应注意以下问题：

①天然气置换过程中的操作要平稳，升压要缓慢，一般控制天然气的进气流速或清管球的运行速度不超过5m/s。站内管线置换时，起点压力应控制在0.1MPa左右。

②置换放空时，根据情况适当控制放空气量。

③放空管周围天然气浓度不得达到爆炸下限。无风天气放空时，由于空气流动慢，天然气不易迅速扩散，更应该注意放空管周围天然气浓度。同时在放空口附近设取样点，定时取样化验，天然气中含氧量小于2%时，表明空气置换完毕；直至天然气含量达到90%~95%时，才能结束置换及放空。

④放空过程中，在放空口周围半径300m的隔离区内禁止烟火。

天然气管道运行安全

管输天然气中的有害成分及含量，对天然气管道的运行安全、经济效果和使用寿命有重大的影响。

1. 天然气中有害杂质的危害

（1）机械杂质

输气管道中天然气的流速很高，如果夹带机械杂质如沙、石、铁锈等，可能给管道或设备造成磨蚀，将管道弯头击穿，阀门造成内漏，也有可能造成仪表及控制的失灵。

（2）有害气体组分

在天然气中有害气体组分如H2S、CO2、H2O等，可能引起管道腐蚀，降低天然气的使用性能或产生毒害等。

（3）液态烃

液态烃在管道低凹处积聚会降低管道输气能力。清管时排出的轻烃处理不慎容易引起火灾事故。烃液能稀释压缩机润滑油使管道内排污的残液中含有轻重组分，还能导致燃气喷嘴角结焦进而停机的现象，危及管道的安全运行。

因此，必须严格控制管道输送天然气质量，进入长输管道的天然气应经过净化处理，达到管道输送天然气标准。

输气管道的运行管理

输气管道的运行管理应遵循有关的规范，如天然气管道运行规范、输油输气管道仪表及自动化设施管理规定、输油输气管道电气设备管理规定等。为了安全运行，应注意：

（1）管道运行压力不应高于其允许最高操作压力。

（2）管道内天然气温度应小于防腐层允许最高温度，保证管道的热应力符合设计要求。

（3）应根据管道实际条件及输气计划，制定经济合理的运行方案与供气调峰。

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