天燃气工程基本知识点

天然气工程基本知识讲义沈阳奥德燃气有限公司新民分公司2016年1月TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章 天然气的形成 1\o"CurrentDocument"第一节概述 1\o"CurrentDocument"第二节天然气组分与特征 6\o"CurrentDocument"第三节 天然气处理 9\o"CurrentDocument"第二章天然气输送管网 11\o"CurrentDocument"第一节 输气管网的优越性及世界管网状况 11\o"CurrentDocument"第二节 中国的天然气管网 13\o"CurrentDocument"第三章 天然气工程建设常用材料与设备 15\o"CurrentDocument"第一节管材 15\o"CurrentDocument"第二节管道输送常用主要设备 19\o"CurrentDocument"第三节天然气管道的附属设备 24\o"CurrentDocument"第四章天然气管道防腐 27\o"CurrentDocument"第一节输气管道的腐蚀及防护 27\o"CurrentDocument"第二节管道阴极保护 32\o"CurrentDocument"第五章管道的耐压试验与清扫 35\o"CurrentDocument"第一节管道分段耐压试验 35\o"CurrentDocument"第二节管道内壁清扫 36\o"CurrentDocument"第六章天然气工程新建管道混合气体置换 3840第七章关于“照付不议”合同的结构要点和主要内容40第一章天然气的形成据国际能源会议预测，21世纪世界能源将进入天然气时代，21世纪初期天然气将逐渐替代石油。前者占能源百分比将超过50%。随着人们环保意识的加强，天然气这种绿色能源又是重要的化工原料日益受到重视。各国政府和能源工业界都把天然气工业放在重要的位置上，研究本国发展天然气工业的潜力和途径，制定天然气工业的中长期发展战略，增加对天然气工业的投资比例。世界上丰富的天然气资源为天然气工业发展奠定了坚实的物质基础。据专家预测，世界上常规天然气资源达400X1012〜600X1012m3。此外，还有大量的非常规天然气资源。目前，天然气资源探明程度很低，天然气完全可以满足人类对能源的需求。据美国《油气杂志》1998年年终号报导，全世界估算剩余探明天然气储量145.6X1012m3。其中亚太地区为10.2X1012m3,西欧为4.5X1012m3,东欧与独联体为56.7X1012m3,中东为49.5X1012m3,非洲为10.2X1012m3,西半球总计14.5X1012m3,居前10位的国家依次为俄罗斯、伊朗、卡塔尔、沙特阿拉伯、阿布扎尔、美国、委内瑞拉、阿尔及利亚、尼日利亚、伊拉克。1998年我国天然气剩余探明储量为1.3669X1012m2,位居第20位。第一节概述一、地层条件下的天然气从广义上讲，在常温常压下以气态存在的任何天然物质都叫天然气，这些天然物质在地壳中是很有限的。主要是由5个碳原子以下的烃类，二氧化碳、氮气、硫化氢、氢气、氮气和氩气。这些天然气体大多数通常以超临界状态存在。它们可溶解在水里或者原油内。原油主要由5个或5个碳原子以上的烃类组成。这些高分子烃类在常温常压下呈液态。当埋藏深度增加时，温度平均以30℃/km的幅度上升（视局部热流量和地层剖面的热传导率而定，变化范围为20〜80℃/km）。深度达到5km后，温度高于地壳中除丁烷以外的所有富有天然气的临界温度。在正常条件下，许多地下天然气在水中的溶解度相当高，其溶解度随压力急剧上升，在温度达到60℃时它又下降，在地质条件下这些作用相互平衡后溶解度随深度增加仍呈现出上升趋势。当达到一定深度，地层中孔隙流体的压力接近地静压力时，1mol纯水溶解甲烷10mol以上，即1m3水大约溶解15m3甲烷（标准条件下）。天然气，特别是烃类气体与原油有很高的混溶性，且随着温度和压力的升高这种混溶性增加很大。此外，在已发现和待发现的天然气藏中，甲烷只占地壳中各种气体的很小一部分（约占5%〜10%）。另一部分呈溶解状态，保存在油藏和水溶气藏中大部分气体呈分散状态贮存在沉积岩和其他岩石中，最后这些气体很难从地层中经济性的开采出来，其中很大部分天然气储存在非常规气藏中，特别是水化物气藏中。二、天然气藏的天然气组分天然气的化学组分为石蜡族低分子饱和烃气体和非烃气体。烃类气体以甲烷（CH4）为主，含量一般大于70%，乙烷（C2H6）次之。含量一般小于10%，丙烷（C3H8），丁烷（C4Hl0）等的含量不多。常见的非烃气体是硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2）。有时也含有氮（He）氖（Ne）氤（Kr）氙（Xe）等隋性稀有气体。不同地层，不同层位的天然气组成变化很大气体组分的差异不但影响其本身的经济价值，对开发工程也有重要影响。（见表）中♦区天然口气体组分油气区层位斯代«»相对密度甲烷,％重缸％-%忒化氢,％二氧化碳,%部值平均值加值平均值藕度值平均值拗8值平均值慈圉值平均值瓶围值平均值鼻龙江（板,0.5S51■0.68900.57%190.41-98.2095.V20.39-2.221.370.49-6.983.31*0.02-0.620.32林卜100.5G20-0.65010.592488回90.0996.160.32-2.241.271.05-8.072.06微0.01-0.830.48辽宁（辽河）卜37O.SS0，0.SS560.633871.17-99.4090.070.34-2.717.890.01-5.721.560-0.170400-3.170.40河北E11280.5609-0.73560.634060.69-98.9987.470.14-28.6510.560-2.611J51微0-3.950.72L5.5779-0.73190.68S278.45-86.8482.801.12-19.9113.600-4.451.38*0-6.641.551山东N.E80.弧.0.8836O.G24376.25-91.9593.690.79-20.465.300-5.810.780-3.6S0.821WW1EK0.5715-0.e3720.592591.63-97.1394.801.40-6.263.400.77-1.910.9S微0.45-0.890.681江苏1E215700-0.57020.570184.02-97.5590.791.22-1.351.291.23-13.777.Q5微m-o.5(j0.25J陕甘宁・T.P9).5641-0.66330期791.11*98.2792.84-13.824.220.04-7.612.61«微-5.530.82JJL5628-0.6013(0.5889”65・98.5395.51D-L920.660.08-2.860.77(D-0.340.030.07-6.193.15续表油气区层位统计气藏数相对密度甲烷,％重电％氮气,％硫化氢,%二氧化碳,％范围值平均值范围值平均值范围值平均值范围值平均值范围值平均值范围值平均值青海Q.E60,5543-0.63380.573385.31〜99.9996.250-1.130.300.1〜11.840.030微新疆N.J.T90.5574-0.73110.634976.02〜98.9388.101.20〜18.169.63微〜5.34L68微0-2.850.29贵州（赤水）T.P40.5624〜0.57390.567997.01〜98.5697.650.36〜0.880.540.50-2.181.250〜2.210.650.02-0.340.15湖北（建南）T.P.C40.5827-0.64950.607088.37〜96.4293.280.06〜1.520.740.07-2.821.200.05-2.871.020.61〜6.383,75四川j.t3160.5653-0.67450.616183.93〜958991460.01〜14.276.860.60;1.840.68微0.17〜2.500.95T.PC.Z1750.5610-0.77100.576583.55〜99.2196.770*14.270.820.01〜8.391.280-31.950.260-6.490.88全国3430.5563〜0.88360.600860.69〜99.9993.710〜28.623.870-13.771.340-31.950.170〜6.640.76在大多数情况下，天然气藏是多种气体组分的混合物，但纯的近似纯的甲烷气藏，二氧化碳气藏和氮气藏也常见。除甲烷外，其他气态氢类所占比例变化很大，但从未高于60%。氢、氮、氩几乎总是比例很小，但也有例外，如独联体发现的一个气田的氢气含量达到70%，美国有一个气藏氮气的最高含量达到10%。天然气藏只有达到一定规模才具有商业开采价值，严格讲只有烃类气体占主要部分的气藏才能叫天然气藏。天然气藏由圈闭体，储渗体和流体三大要素组成，每一大要素又可分为若干种类。气藏的分类是以这些要素中的一种或几种为依据，以能反映这些要素特征的指标作为标准进行划分的，有以圈闭成因的分类，分为构造圈闭，地层圈闭和岩性圈闭。有以油气成因做分类的，也有根据气藏的流体和空隙介质进行分类的等。三、天然气组分来源（一）烃类气态烃类有三种成因类型。细菌型、热成型和无机型，然而到目前为止。人类只发现前两种有商业价值的气藏。1、细菌型这种气体是由于细菌型对沉积岩有机物残渣的作用而产生，称之为细菌气或生物气，这种所谓产生甲烷的细菌在沉积岩沉降及潜埋早期产生作用，象大家都知道的在沼泽或墓地就会形成一种可自燃的气体。产生甲烷的细菌只能在非常严格的环境条件下繁殖，在这种环境中必须是无氧的，也没有硫酸盐或硝酸盐，这些被酶作用物必须是以溶解在沉积环境水中形式存在，所需的氢由细菌生态系统中其他细菌提供。甲烷是唯一生成的烃类，其温度必须保持在60-80℃范围内，大致相当于地层深度2000-2500m。氢的产生同样也受到现有空间的限制，沉积岩必须保持有足够的孔隙度。细菌气并不是有机沉积物的必然产物，尽管如此，细菌气占已发现天然气储量的20%。2、热解气在一定条件下，在一些沉积层，由有机物质按照“热模式”形成热解气。这种有机物质与沉积岩一块形成，聚集在沉积层界面的有机碎屑由活性有机物降解。在有氧环境中，这种降解过程进行很快，也接近完全，在有机碎屑中原来存在的碳几乎全部转化为二氧化碳，并释放到大气中。在缺氧环境中，这种降解进行的比较缓慢，也不充分，这种残余物以复杂的微结构形式聚集在沉积岩中，并且一直保持降解过程。在有机溶剂中不溶解的所有物质构成干酪根。在沉积盆地演化过程中，沉积物逐渐下沉温度和压力上升。虽然温度一般低于200℃。但沉积周期相当长，以致于在沉降时占沉积物有机成分大多数的干酪根完全热降解，这种热降解产生烃及非烃类化合物。在沉积初期，一般在2000m以上没有烃类生成，在这个区域内，干酪根分子失去氧化功能团，产生氧化物，干酪根的热裂解逐步开始生成液态烃（原油），大部分气态烃是由已形成的原油二次裂解形成的，这个区域叫后生作用区。止匕时，气油比增长较快，形成油占主要成分的油区和气体占主要成分的凝析气区或者叫湿气区。3、无机气火山喷发气体和地下热水中也含有甲烷，变质岩（岩浆岩）矿物中内含流体常常也含有轻质烃类，主要是甲烷。这些烃类是由简单化合物直接合成的，但这种气很难形成工业开发规模。（二）非烃类成分天然气生成的过程，有部分非烃类气体伴随着产生，有些非烃类物质在一定的条件下也能形成较大规模的气藏。如二氧化碳、硫化氢，这里不在讨论。第二节天然气组分与特性一、天然气的分类1、天然气按气藏分类可分为气田气、凝析气田气和油田伴生气三种。气田气：气藏中烃类以单相存在，而戊烷以上组分很少，在开采过程中没有或极少有天然气凝析油产生的天然气，称为气田气。凝析气田气：气藏中戊烷以上组分含量较多，在开采过程中有较多的天然气凝析油析出。但没有或有极少的原油同时采出来的天然气，称为凝析气田气。油田伴生气：在油藏中，烃类以液相和气相共同存在，在开采过程中伴随原油同时被采出来的天然气，称为油田伴生气或油田气。

2、天然气按组分来分可分为干气、湿气、贫气、富气，也可分为酸性天干气

湿气富气

贫气干气

湿气富气

贫气1m3（N）的天然气中，C5以上重烃液体含量低于13.5cm3。1m3（N）的天然气中，C5以上重烃液体含量高于13.5cm3。1m3（N）的天然气中，C3以上烃类液体含量超过94cm3。1m3（N）的天然气中，C3以上烃类液体含量低于94cm3。酸性天然气：含有较多的硫化氢和二氧化碳等酸性气体，需要经过净化处理才能达到管输标准的天然气。就含硫量而言，一般把含硫量大于20毫克/m3（标准状态）的天然气称为酸性天然气。洁净天然气：硫化氢和二氧化碳含量甚微，不需要净化处理就可进行管输或利用的天然气。二、天然气的组分及表示方法天然气的组分是很复杂的气体混合物，各类天然气的组分有100多种，大致可分为：1、烷烃：烷烃的通式为CnH2n+2是天然气的主要成分，在常压20℃时，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷为气态，戊烷以上到C17H36为液态，C18H38为固态。2、烯烃：通式为CnH2n，在大部份天然气中仅可能以微量存在，一般有乙烯、丙烯、丁烯。3、环烷烃：通式为CnH2n的环烷烃，天然气中含量很少，典型的环烷烃有环戊烷、环己烷。4、芳香烃：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：天然气中含有的非烃类气体有氮气、二氧化碳、硫化氢、氢气、氮气、氩气、水蒸气、还有硫酸等有机化合物。三、管输天然气对有害组分含量的要求1、管输过程中要求不出现液态水，水汽含量尽可能小于0.2mg/m3。2、硫化氢和二氧化碳含量尽可能低。硫化氢含量应小于20mg/m3,最好不大于6mg/m3。二氧化碳的体积含量比应小于2%（v/v）。有机硫化物含量应小于250mg/m3。3、固体或液体杂质必须清除干净。四、天然气的理化性质天然气是一个复杂的混合体，其分子质量、密度、蒸气压力、粘度和热传导率等指标不同的气田有不同的参数，这里不作详细介绍，只讲其基本概念。1、临界状态和视临界状态使天然气液化的最高温度称之为天然气的临界温度。在临界温度下，使气体液化的最低压力称之为天然气的临界压力。在临界压力和临界温度下1kg气体所占有的容积叫天然气的临界比容。临界压力、临界温度、临界比容统称为天然气的临界状态参数，临界状态参数决定的状态叫临界状态。天然气是多种气体组成的混合物，可以通过实验方法找到它的临界状态参数，也可以用它的组分的临界参数来计算它的临界参数，而计算出来的临界参数近似值，称为天然气的视临界参数。2、密度、比容。密度一一是单位体积的物质重量。比容一一是单位质量天然气所占有的体积。3、蒸气压力和沸点液体的表面总有一些液体的分子蒸发、变为蒸气、这些蒸气产生的压力称为液体的蒸气压力。而一定的温度下与液体相互平衡的蒸气所具有的压力则称为饱和蒸气压。饱和蒸气压与外界压力相等时的温度称为液体的沸点，也是气体的液化点。4、湿度和露点：每立方米天然气中含水蒸气的质量数称为天然气的绝对湿度。在一定的温度和压力下天然气的含水汽量达到饱和时，这个饱和水汽量的数值叫作饱和绝对湿度。天然气中的含水汽量超过此值后，就会有液态水析出。在一定压力下，饱和绝对湿度对应的温度称为水的露点，简称露点。5、爆炸极限：爆炸极限即指当可燃气体与空气混合到一定浓度时，遇到明火而引起爆炸，这种能爆炸的混合气体中所含燃气的浓度范围就是爆炸极限。用百分数表示，在混合气体中，当可燃气体的含量减少到不到形成爆炸混合物时的浓度，

称为爆炸下限。当可燃气体一直增加到不能形成爆炸混合物时的含量称为爆炸上限。各种可燃气体的爆炸极限（燃气体积％）气体名称爆炸极限气体名称爆炸极限下限上限下限上限氢H24.175.0乙烯C2H43.016.0一氧化碳CO12.575.0乙炔C2H22.382.0甲烷ch45.315.0硫化氢h2s4.345.5乙烷C2H63.212.5氨nh315.727.4丙烷C3H82.49.5炼焦煤气5.631.0丁烷C4H101.98.5水煤气6.272.0戊烷C5Hl21.48.0发生炉煤气20.773.7天然气的爆炸极限大约在4.96〜15.7%左右。6、天然气各组分的参数组分分子式分子量密度Kg/Nm3总热值KT/Nm3GHV净热值KT/Nm3NHV甲烷CH416.0430.717539.93635.904乙烷C2H630.0701.33370.49864.404丙烷C3H844.0972.010101.36493.146止丁烷nC4H1058.1232.709134.415123.910异丁烷iC4H1058.1232.709153.851123.356正戊烷nC5H1272.1503.51172.189159.045正己烷nC6H1486.1774.31210.226194.445正庚烷nC7H16100.2005.39261.390242.007苯C6H678.1143.83162.219155.582甲苯C7H892.1414.84207.717198.242硫化氢H2S34.0821.53625.36923.338第三节 天然气处理天然气藏产出的气态烃含有许多化合物组分。一般情况下，气井产出的流体是一种高速流，处于紊流状态不断膨胀的气体和液态氢的混合物，其中还含有水蒸气，游离水和固体杂质，当这种流体从高温高压的储层流出后，环境条件发生了剧烈的变化。流体的相态也相应发生变化。在生产过程中必须把气态烃，液态烃和游离水进行分离才能保证生产顺利进行。天然气的现场处理包括4个基本内容。1、从原油、凝析油、水中分离出气体和固体杂质。2、从气体中回收可凝析的烃蒸气。3、从气体中除去水蒸气，因为在一定的条件下容易形成水合物。4、从气体中除去其它有害成份。如硫化氢、二氧化碳。进入21世纪，人类的环境保护意识不断增强，促进了天然气处理技术的发展。同时天然气做为原料和燃料资源地位越来越重要，大家都十分重视天然气的加工和利用，对其质量的要求也越来越高。一、天然气脱水天然气的“脱水”是指脱除水蒸汽，所有的天然气都在某种程度上含有水蒸汽。天然气要脱除水蒸汽的原因是：（1）水和天然气能形成固体水合物，堵塞设备。（2）含液态水的天然气具有腐蚀性，尤其是当天然气中含有CO2和H2s时更为严重。（3）天然气中的水蒸汽在管线中凝析，可能形成段塞流。天然气脱水在原理上讲有四种方法：直接冷却法，压缩以后冷却法，吸收和吸附法，在工艺上主要有：液体脱水法（甘醇脱水法）固体脱水法，（分子筛、铝土、硅胶）氯化钙法。二、酸性气体的脱除硫化氢和二氧化碳是天然气中非常有害的两种酸性气体，必须从天然气中脱除。硫化氢是一种有毒、恶臭的气体。民用燃气不允许含有此种气体。另外，硫化氢溶于水中是极强的腐蚀剂，对管道、阀门、容器很容易造成腐蚀，缩短其使用寿命，用于工业生产，可以造成催化剂中毒。因此，一般天然气管道输送中要求硫化氢的含量不能大于4ppm（百万分之四）。天然气中的二氧化碳进入低温装置后会出现凝固，造成管路阻塞，而且二氧化碳也具有腐蚀性，因为其为隋性气体，没有燃烧热值，所以在脱除硫化氢的时候一并将其脱除。酸性气体的脱除一般采取吸附分离的方法。三、其他气体的脱除在某些情况下，天然气中的氮气、氮气、氩气的含量可达到10%或者高于10%，为达到天然气的热值，必须脱除这些气体。工业上一般采用低温分离法脱除这些气体。第二章天然气输送管网这里所说的输气管网，既不同于独立运行的单条输气管道，也不同于操作压力较低的配气管网，而是若干个单独的长输管道相互连接而成的输气网络系统。20世纪80年代是全世界天然气管道建设的高峰期，90年代世界输油管道建设速度虽有所放慢，但输气管道建设依然很活跃。近年来，天然气发展除呈现出长运距、大口径、高压力、高度自动化遥控，向极地和海洋延伸等趋势和特点外，天然气输气管网建设特别是城市配气网的建设也有较大的发展。第一节输气管网的优越性及世界管网状况一、人们从长期的天然气开发和利用的经验教训中认识到，单条输气管道具有很多的缺陷，将若干个单条管线连通起来，形成网络，具有以下优点。1、可提高供气的可靠性。2、有利于开拓天然气市场。3、有利于充分利用输气管道的能力。4、有利于对整个输气系统实行计算机管理。5、有利于提高输气调度的灵活性。二、世界输气管网概况从世界已建成的管网系统来看，输气管网可分为洲际的、国际的，全国性的和地区性的几种类型。建设输气管网系统，必须具备两个基本条件，一是有丰富的天然气资源（多气源）。二是足够的天然气消费市场（多用户）。另外，先建设多条单独的输气管道工程，而后进行联网运行是必由之路。输气管网都遵循由小到大的发展过程。即：输气系统一►地区性管网—全国性管网一►国际管网一►洲际管网。1、前苏联的统一供气系统统一供气系统是前苏联燃料动力综合系统结构中一个独立的系统，也是当今世界上规模最大的输气管网系统。该系统连接了500多个气田，约15000个城市，46个地下储气库，22万多公里的输气干线，近900个压缩机站，总输气能力超过1义1012m3/a。进入20世纪90年代，前苏联解体，但独联体国家仍按原协议进行天然气分配。并开始建设一批新的输气工程。其中亚马尔一一欧洲大型输气工程是其中最引人注目的项目。亚马尔是俄罗斯的大型原料基地，已发现25个天然气构造，探明储量为9义1012m3,整个工程包括6条平行的输气管道，线路全长4847km。管径1020〜1422mm，设计压力为7.4〜8.3mpa。单条线的输气能力为28X108m3/a。该管道的建成将扩大统一供气系统的规模，进一步促进统一供气系统在欧洲天然气市场的发展。2、欧洲输气管网欧洲大陆，特别是西欧部分，是当今世界输气管道密度最大的地区，纵横交错的输气管道组成了一个从东（欧亚边境）到西（大西洋），从南（西西里岛）直布罗陀海峡到北（挪威北海）的欧洲输气管网。但是，欧洲并不是能源富裕地区，以探明储量为6义1012m3左右（不含前苏联），产气量只能满足总需求的60%,因此需从俄罗斯购买大量的天然气以补不足。3、北美输气管网北美洲是世界上天然气资源最丰富、消费量也最大的地区。据统计，北美洲天然气剩余探明可采储量近9.4义1012m3,年消费量在700义108m3。丰富的资源，广阔的市场，促使其天然气输气管网成为世界上最发达的地区，北美洲共有天然气干管53.5万km。占全球天然气管道的38%,其中仅美国就占45.8万km,加拿大6.4万km,墨西哥1.3万km。全球554个地下储气库中，北美占了424座，占76%。4、北非一一欧洲输气管道北非的主要产气国有阿尔及利亚、利比亚、埃及和突尼斯。其中阿尔及利亚的天然气探明储量为3.8X1012m3,主要通过阿尔及利亚至意大利和阿尔及利亚至西班牙的两条输气管道出口到欧洲，是世界上第一个洲际输气管网。第二节 中国的天然气管网中国能源工业经历了缓慢的历史发展过程，1850年前，薪柴是老百姓的主要燃料；1920年，煤代替了薪柴的地位，成为主要的能源；1980年，石油成为能源工业的老大。进入二十一世纪，能源进入多元化时代，除传统的煤、油、气、水、电能源外，各种新能源一一核电、太阳能、风能也独占一枝，从综合实力考虑，天然气将逐渐成为主旋律，预计到2020年，天然气在能源构成比重中将超过石油，目前，我国的天然气工业已进入了一个新的发展时期。一、西气东输工程该工程主要任务是将新疆塔里木盆地的天然气送往豫、皖、苏、浙、沪地区，沿线经过新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、上海、浙江等10个省区。西气东输工程包括塔里木盆地天然气资源勘探开发，塔里木至上海天然气长输管道建设及长江下游天然气利用配套设施建设，管道全长约4000km左右，输气规模为120亿m3/年。建成后成为我国第一条大口径，长距离，高压力，多级加压的输气干线，为我国天然气工业今后的发展起到骨干作用。二、涩宁兰管线该输气管线起于青海省柴达木盆地涩北，经青海省的省会西宁市到甘肃省的省会兰州市，全长930km，管线直径660mm，年输气量20亿m3,该工程已经完工，投入使用。三、忠武线工程2002年，60亿川气入汉工程启动，湖北省沿线10多个城市及部分大型企业将成为这条输气管线的受益者，预计2004年底即可通气。四、广东天然气进口项目广东省将投巨资在深圳建设液化天然气接收站和输气干线项目，一期工程准备进口300万吨液化天然气，主要供应深圳、佛山、广州和东莞四个城市；二期工程将供应惠州、珠海、肇庆、江门、中山五城市。五、俄气南供项目为实现东北亚经济国际合作，我国东三省及韩国确定了引进俄罗斯天然气300亿m3的工程建设项目。除了上述几个大的工程项目外，全国各地都在大搞天然气的开发、配套、引进工程，象海南三亚的海上天然气上岸工程，北京、天津、重庆的城市管网改造工程，上海市、南京市、苏州市的城市管网建设工程，气化山东工程，陕京线改造工程，陕西、河南等省天然气管网地市普及工程，长庆至呼和浩特输气工程等等到处是天然气工程建设的号子声，天然气工业做为能源支柱产业的前景已经可以看到，正在以飞快的步伐向我们走来。第三章天然气工程建设常用材料与设备第一节管材一、输气管线对材质的要求输气管线用钢材除满足强度要求（力学性能）和可焊性外，还需要根据环境、温度、管径大小、输送压力及输送介质的腐蚀性等条件，考虑钢材的冲击韧性、韧脆转变温度和耐腐蚀性能。（一）力学性能衡量钢材力学性能的主要指标有抗拉强度，屈服强度，伸长率等。1、抗拉强度钢材的抗拉强度是指钢材在拉伸试验中，试样在被拉断时，对应的最大应力。我国常用管材抗拉强度一般在300〜515mpa之间。2、屈服强度。钢材的屈服强度是指钢材在拉伸试验中，试样拉伸变形，当不计初始瞬时效应时，屈服节段中的最小应力，屈服强度是强度计算的基本数据，我国常用管线用钢的屈服强度在205〜415mpa之间。3、伸长率：伸长率又称断后伸长率，是对钢材的可塑性的一种度量。伸长率是钢材在拉伸试验时，试样被拉断后，标距的伸长与原标距的百分比。钢材的屈服度愈低，则伸长率愈大，标志钢材的可塑性愈好，伸长率大的钢材制管成型好，易于焊接加工。常用国产管材的伸长率一般均大于20%。钢材的抗拉强度和屈服强度是由钢的化学成分和轧制工艺所决定的。输气管线选材，应选用屈服强度较高的钢种，以减少钢的用量。但并非屈服强度越高越好，屈服强度太高会降低钢的韧性。在选用钢材时，还应考虑钢的屈服强度与抗拉强度的比例关系一一屈服比。一般输气管材用钢的屈强比不宜大于0.85。同样钢材，虽然最低屈服强度满足了规定要求，但若不限定最大抗拉应力值，则往往同种管材性能差异很大，影响焊接性能和质量。抗拉强度与标准规定值超过太多的钢韧性降低，延伸率降低，影响制管成型质量，并且给焊接工艺和焊料选择都带来困难，使焊接性能不稳定，焊口韧性降低。因此，在确定管材的技术条件时，除了要求屈服强度、抗拉强度、对抗拉应力的高限应给予适当限定，以保证钢材的焊接性能。

常用管材的力学性能标准钢种等级最低抗拉强度mpa最低屈服强度mpa伸长率％可比较的标准钢种GB81631033520524A2039024520B09MnV43029522X4216Mn49032521X46GB9711S20533020531~35AS24041524025〜28BS29041529025〜28X42S31543531524~27X46S36045536023~26X52S38549038522~24X56Sy5297S41551541521~23X60S45053045020~23X65S48056548019~21X70（二）断裂韧性管线断裂可分为韧性断裂和脆性断裂，韧性断裂是在拉力过大和裂纹缺陷同时存在的条件下，由细小的裂纹逐渐扩展而最终造成的断裂。韧性断裂又称剪切断裂，其断裂断面特征是呈暗灰色纤维状。脆性断裂又称解理断裂，它是由低温、应力和裂纹缺陷三种条件共同作用造成的。其断裂常在远低于钢材屈服应力条件下突然发生，断裂后的断裂面呈发亮的结晶状，对于高强度、厚壁、韧性低的管材在低温、高应力使用条件下容易发生断裂，为防止管线在工作条件下断裂，可从消除管线裂纹缺陷和提高钢材断裂韧性两方面入手。钢材的断裂韧性，是指含裂纹的金属材料在断裂前吸收能量和塑性变形的能力。对同一使用条件下，不同钢材有不同的断裂韧性，断裂韧性与钢材的化学成分，合金元素，热处理工艺，材料厚度和方向性有关，应尽可能降低钢中碳、硫、磷的含量，适当添加钒铌、钛、镍等合金元素，采用挖制轧钢，控制冷却等工艺，使钢的纯度提高，材质均匀，晶粒细化，则可提高钢的韧性。对于某种钢材，其断裂韧性在一定温度范围内是随使用温度的降低而降低。当温度降到某一临界附近时，韧性便会出现突然下降的现象，在这个温度下，钢材从韧性断裂转变为脆性断裂，这个温度称作钢材的韧脆转变温度。管线工作温度越低，钢管工作应力越大，（强度等级越高）管径和管壁厚越大，对钢材冲击韧性要求也就越高。（三）焊接性能钢的可焊性指被焊钢材在一定的焊接工艺方法，工艺参数及结构形式的条件下，能获得可靠焊接的难易程度，钢的可焊性是相对的，主要取决于钢的化学成分，对钢的可焊性影响最大的合金元素是碳，其它合金元素的影响可以把它折算成与其等效作用的附加碳来估算。各种成分对焊接性能的影响1、碳。碳对钢和焊缝金属的作用是提高强度和硬度，降低可塑性和韧性，含碳量增加，钢的可焊性降低，含碳量愈高，焊接时碳和氧发生反应生成一氧化碳的机会越多，在焊缝的熔合线上更容易产生气孔。2、锰。锰是炼钢的良好脱氧剂和脱硫剂。在钢中加入一定数量的锰。能消除或减弱钢因硫所引起的热脆性，提高钢的强度。但锰能使钢提高渗透性，对焊接性能有不利影响。为改善钢的焊接性能。应适当降低钢中锰的含量。焊接时可采用低氧型焊条和相应焊接工艺。3、镍。镍能使钢改善低温韧性和提高渗透性，并且有较高的抗腐蚀能力。4、铭。能提高钢的耐腐蚀能力，抗氧化能力，耐高温性，渗透性及材料的耐磨性能，加大焊缝热影区的硬度。5、铌、钒、钛：添加在碳锰低合金钢中，经控制轧机和控制冷却可提高钢的强度，细化晶粒，改善可焊性和韧性。6、磷、硫。在各类钢中均属有害物质，它会降低钢的可塑性，韧性和可焊性。（四）抗腐蚀性长距离输气管道要求天然气必须经净化处理，脱除硫化氢和水，在输送净化天然气的条件下，不考虑管线的内壁防腐。只有在输送的天然气既含硫化物时，才考虑管材的抗硫化物应力开裂。目前抗硫化物应力开裂的主要方法是选用低碳钢和焊缝，经热处理消除应力，控制硬度不超过200HB。常用国产抗硫化物应开裂的钢种有Q235、10、15、20、09MnV等，至今还没有抗化学腐蚀的输气管道用钢。在有化学腐蚀的条件下一般采用增加腐蚀裕量或输气管线采用内涂层来解决。（五）寒冷地带的管材选择所谓寒冷地带，一般指最低月平均温度低于-20℃的地区。当采用低温输送工艺时，应按最低输送温度计算，由于钢的韧性随温度下降而下降，当低于钢的韧脆转变温度时，管线会产生脆性开裂，寒冷地区管材的选择主要根据最低使用温度，选用钢材的韧脆转变温度必须低于最低使用温度。二、钢管的种类1、无缝钢管采用热加工的方法制造的不带焊缝的钢管称为无缝钢管。有的无缝钢管还经冷精整和热处理加工成所要求的形状、尺寸和性能。我国无缝钢管按不同用途分为输送流体用无缝钢管。高压锅炉无缝钢管，化肥设备用高压无缝钢管，石油裂化用无缝钢管等。按制造工艺又可分为热轧、热扩、冷拨无缝管。2、焊接钢管采用钢板（带）经常温（或加热）成型，然后在成型边缘进行焊接而制成的钢管称焊接钢管，按焊接方式可分为连续炉焊，电阻焊、埋弧焊和金属极气体保护电弧焊。焊接钢管中按成型方式可分为螺旋焊缝钢管和直焊缝钢管，我国生产用于天然气输送用管有螺旋缝埋弧焊钢管、直缝电阻焊钢管。三、塑料管与钢管和铸铁管比较，塑料管具有材质经，较强的耐腐蚀性，良好的气密性和施工非常方便等优点，但塑料管机械强度较低（中密度聚乙烯管的抗拉强度仅为19mpa）只有60℃以下才能保证适当的强度，当温度在70℃以上时，强度显著降低，高于90℃时则不能作管材使用。国内燃气输配工程中曾经使用过硬质聚乙烯（PVC）中密度或高密度聚乙烯（PE）以及尼龙-11等材质的塑料管。塑料管的最佳施工温度为-20℃〜35℃。目前，塑料管主要用于室外埋地天然气输送管线。第二节 管道输送常用主要设备一、气体净化设备气体中杂质的存在，会加速管道及设备的腐蚀，降低管道的生产效率和使用寿命，也会给下游压缩机组造成损伤。因此，在输气管道的首站、中间站、调压计量站、配气站等场所安装分离除尘器，保证输出的气体含尘不超过规定的要求。除尘器的种类很多，常用的有旋风除尘器，循环分离器，重力分离器和分离过滤器（陶瓷、纤维和金属网过滤器）等。选择分离除尘器时，需考虑天然气携带的杂质成分，输送压力和流量的稳定性、波动幅度等因素。在满足输出的气质最好的前提下，应力求其结构简单，分离效果好，气流压力损失较小，不需要经常更换和清洗部件。二、管道清管设备清管设备主要包括清管器收发装置、清管器、管道探测器及清管器通过指/示名器。（一）清管器收发设备清管器收发装置包括收发筒及其快速开关盲板，工艺管线，阀门和清管器通过指示器等设备。（见图）4图3-2-12清管器收发装置(a)发送装置1-发送筒；2-发送阀;3一线路主阀;4一通过指示器;5-平衡阀；6一平衡管;7—清洗坑;8—放空管和压力表(b)接收装置1-接收筒;2一接收阀；3-线路主阀;4一平衡阀;5—平衡管；6一排污阀；7-排污管;8—通过指示器;9一清洗坑;10—放空管和压力表收发筒的直径应比公称管径大1〜2级，发送筒的长度应该满足发送最长清管器的需要，一般不应小于筒径的3~4倍，接收筒应当更长一些，因为它还需要容纳不许进入排污管的大块清出物和先后进入管道的两个清管器，其长度一般不小于筒径4〜6倍，排污管应接在接收筒底部，放空管应在接收筒的顶部，两口的接口都应焊接挡条阻止大块物体进入，以免堵塞。使用清管球的收发筒可朝球的滚动向倾斜8°—10°，多类型清管器的收发筒应当水平安装。收发筒离地面不应过高，以方便操作。大口径发送筒前应有清管器的吊装工具。接收筒前应有清洗排污坑，排出污水应储存在污水池内，不允许随意向自然环境排放。（二）清管器清管器的种类有清管球、皮碗清管器和清管刷等。1、清管球：清管球由橡胶制成，中空，壁厚30—50mm，球上有一个可以密封的注水排气孔。为了保证清球的牢固可靠，用整体形成的方法制造。注水口的金属部分与橡胶的结合必须紧密，确保不致在橡胶受力变形时脱离。注水孔有加压用的单向阀，用于控制打入球内的水量，调节清管球直径对管道内径的过盈量，清管球的制造过盈量为2—5%。清管球的变形能力最好可以在管道内做任意方向的转动，很容易越过块状物体的障碍及管道变形部位，清管球和管道的密封接触面窄，在越过直径大于密封接触带宽度的物体或支管三通时，容易失密停滞。清管球的密封条件主要是球体的过盈量。这要求为清管球注水时一定要把其中的空气排净，保证注水口的严密性。否则，清管球进入压力管道过的过盈量是不能保持的。管道温度低于0℃时，球内应灌低凝固点液体（如甲醇）以防冻结。清管球主要用途是清除管道积液和分隔介质。清除块状物体的效果较差。2、皮碗清管器：皮碗清管器由一个刚性骨架和前后两节或多节皮碗构成。它在管道内运行时，保持着固定的方向，所以能够携带各种检测仪器和装置。清管器的皮碗形状是决定清管器性能的一个主要因素，皮碗的形状必须与各类清管器的用途相适应。按照介质性质（耐酸、耐油等要求）和强度需要，皮碗的材料可采用天然橡胶、丁睛橡胶、氯丁橡胶和聚氨酯类橡胶。（三）清管器探测仪器为了掌握清管器在管道中的运行情况，以及遇阻或损坏时能迅速找到它的位置，清管器应配备一套探测定位仪器。三、管道及场站的切断阀门及驱动装置。（一）干线切断阀线及其驱动方式的类型。干线切断阀通常采用球阀和平板阀（通孔板式闸阀）两种类型。球阀的球形阀心上有一个与管道直径相同的通道，将阀心相对转动90°，就可以使球阀关闭或开启。阀门密封圈采用高分子材料（尼龙或聚四氟乙烯等）。平板阀是一种通孔闸阀。闸板的两个平面平行，闸板与阀座保持密封。闸板下方有一个与管径相同的阀孔，闸板提升，阀门开启，相反则关闭。密封圈采用非金属材料，镶嵌在阀座上，在开关的全过程它始终在阀板上滑动，工作可靠密封效果比金属对金属的闸阀好，关闭后形成单面自动密封。球阀与平板闸阀相比，结构复杂，体积和宽度大，体重，但高度低。两种阀门都具有全启时压力损失小，可通过清管器和适于制成大口径，高压规格等优点，目前管道上均大量采用，球阀以其开关速度快，密封条件好著称。干线切断阀的驱动方式有电动、气动、电液联动和气液联动等类型。各种驱动装置上往往同时配有手动机构以备基本驱动装置失灵时使用。电液联动机构是由电动机一一油泵机组提供动力的液压装置。动力机组一般与阀体分离。气液联动机构是以管道天然气为动力的液压系统。它不需外来的动力，可以在管道上任何地方使用，是最方便的阀门驱动方式。（二）阀门的紧急关闭系统输气管道干线切断阀的紧急关闭系统有两种。1、由线路上的事故感测系统把信号送到中心调度室，再由中心调度室遥控阀门关闭。2、由附带在阀门上的事故感测系统就地控制阀门关闭。一般说紧急切断系统主要指第二种方式。（三）站场阀门的选用输气站场使用的阀门除上面介绍的平板阀和球阀外，楔式闸阀是过去用的最多的阀门。由于这样结构形式的密封面易被气体中的机械杂质擦伤，且易使杂物积存在腔体的凹槽内导致关闭不严，为了克服以上缺点，近来生产厂用一种差压油密封楔式弹性闸阀，在密封面和阀杆盘根处加注密封油脂，改善了密封性能并可减少开关的阻力。站场阀门的驱动方式，以电动为主，因为它结构简单，易于实现自动化，目前全自动场站均为电动机驱动。四、气体调压设备（一）调压器的用途、类型调压器主要用于天然气输配气系统的压力调节，使输出压力稳定。它的特点是不需要外来能源，利用被调介质自身所具有的压能（压力差）自动调节，达到压力恒定之目的。调压器的类型很多，一般用于天然气工程的可分为中低压调压器和高中压调压器。中低压调压器，这种调压器进、出口压力较低，主要用于输配系统的配气站向用户供气，也可供工业用户的天然气压力控制。高中压调压器，这种调压器进、出口压力较高，适用于输气干线的分输站，储配站的一级调压或向二级站和工厂供气，控制输出压力的场合。（二）安全阀安全阀是管道避免超压，保证人身安全的关键设备，目前国内的安全阀主要有以下几种类型。1、弹簧式安全阀 按其阀盘升启高度的不同可分为全启式和微启式两种。若以h表示阀盘开启高度，do表示阀通道截面直径，则全启式三1/4do微启式1/4do<h>1/4do微启式安全阀泄放量小，全启式泄放量大，回座性能好，在输送站应选用全启式安全阀。弹簧全启式安全阀在阀瓣式阀座处设有调节圈，供作调整开启高度或流量用。2、先导式安全泄压阀这是一种新型安全阀，与传统的弹簧安全阀相比具有很多优越性，其关键是改弹簧直接感测压力传感器（即先导阀）感测压力，提高了阀的灵敏度和精度，主阀采用笼式套筒阀芯和软密封结构，确保阀芯起跳后正确复位和关闭严密，且可不必拆卸，直接在工艺装置或管道上进行定压调校，减轻维护、检测的工作量。它的工作原理是，当进口压力处于设定压力之下，则导阀和主阀均处于无泄漏的关闭状态。当进口压力上升，高于设定起跳压力，导阀阀口开启，促使主阀阀芯打开，超压介质迅速排放。当进口压力降回到设定压力，导阀阀口关闭，主阀也随之严密关闭。第三节天然气管道的附属设备为了保证管网的安全运行，并考虑到检修，接线的需要，在管道的适当地点放置必要的附属设备，这些设备包括阀门、补偿器、排水器、放空管等。一、阀门阀门是用于启闭管道通路或调节管道介质流量的设备。因此要求阀体的机械强度高，转动部件灵活，密封部件严密耐用，对输送介质的抗腐蚀性强，同时零部件的通用性好。燃气阀门必须进行定期检查和维修，以便掌握其腐蚀、堵塞、润滑、气密性等情况及部件的损坏程度，避免不应有的事故发生。然而，阀门的设置达到足以维持系统正常运行即可，尽量减少其设置数，以减少漏气点和额外的投资。（一）闸阀通过闸阀的流体是沿直线通过阀门的，所以阻力损失小，闸板升降所引起的振动也很小，但当天然气中存在杂质或异物积存阀座时，关闭会受到阻碍，使阀门不能完全关闭。闸阀有单闸板阀与双闸板闸阀之分，由于闸板形状不同，又有平行闸板与楔形闸板之分，此外还有阀杆随闸板升降和不升降的两种，分别称为明杆阀门和暗杆阀门。明杆阀门可以从阀杆的高度判断阀门的启闭状态，多用于站房内。（二）旋塞旋塞是一种动作灵活的阀门，阀杆转90°即可达到启闭的要求，杂质沉积造成的影响比闸阀小，所以广泛使用于燃气管道上。常用的旋塞有两种，一种是利用阀芯尾部螺母的作用，使阀芯与阀体紧密接触，不致漏气，这种旋塞只允许用于低压管道上，称无填料旋塞，另一种称为有填料旋塞，利用填料以堵塞阀体与阀芯之间的间隙而避免漏气，这种旋塞体积较大，但较安全可靠。（三）截止阀截止阀依靠阀瓣的升降以达到开闭和节流的目的，这类阀门使用方便，安全可靠，但阻力较大。（四）球阀球阀体积小，完全开启时的流通断面与管径相等，这种阀门动作灵活，阻力损失小。（五）蝶阀蝶阀是关闭件一一阀瓣绕阀体内固定轴旋转的阀门，一般作管道及设备的开启和关闭用，有的也可以作节流用。由于结构上的原因，闸阀、蝶阀只允许安装在水平管道上，而其他几类阀门则不受这一限制，但如果有驱动装置的截止阀或球阀，则也必须安装在水平管段上。二、补偿器补偿器作为消除管段胀缩对管道所产生的应力的设备，常用于架空管道或要进行蒸汽吹扫的管道上，此外补偿器安装在阀门的下侧（按气流方向）利用其伸缩性，方便阀门的拆卸和检修，在埋地天然气管道上，多用钢制波形补偿器，其补偿量约为10mm。为防止其中存水，由套管的注入孔灌入石油沥青，安装时注入孔应在下方，补偿器的安装长度，应是螺杆不受力时的补偿器的实际长度，否则不但不能发挥其补偿作用，反使管道和管件受到不应有的应力。另外，还有一种橡胶一一卡普隆补偿器，它是带法兰的螺旋皱纹软管，软管是用长普隆布作夹层的胶管，外层用粗卡普隆绳加强。其补偿能力在拉伸时为150mm，压缩时为100mm。这种补偿器的优点是纵横方向都可变形，多用于通过山区、坑道和多地震区的中、低压天然气管道上。三、排水器为排除燃气管道中的冷凝水和石油伴生气管道中的轻质油，管道敷设时应有一定坡度，以便在低处设排水器，将汇集的水或油排出。排水器的间距视水量或油量多少而定。四、放空管这是一种专门用来排放管道内部的空气或天然气的装置。在管道投入运行时利用放空管排出管道内的空气。在管道检修时，可利用放空管排放管道内的天然气，防止在管道中形成爆炸性的混合气体。五、阀门井为了保证管网的安全操作方便，地下天然气管道上的阀门一般都设置在阀门井中，阀门井要坚固耐用，有良好的防水性能，并保证检修时有必要的空间，考虑到人员的安全，井筒不易过深。对于直埋设置的专用阀门，不设阀门井。第四章天然气管道防腐第一节输气管道的腐蚀及防护管道腐蚀一直是人们关心的课题，因为，腐蚀缩短了管道的使用寿命，降低了管道的输送能力，引起了生产费用的增加和意外事故的发生，据美国输气安全局的统计，45%的管道损坏都是管道外腐蚀引起的，人为错误造成的损失则是次要的，在美国，输气管道干线和集气管线的泄漏事故中，74%是由腐蚀造成的。长距离地下输送天然气管道的腐蚀，较之一般地下金属结构的腐蚀更具危害性。因为，长距离管线长达数百乃至上千公里，翻山越岭，穿河跨谷，敷设在变化十分复杂的环境中，遭受到腐蚀介质的浸袭，故可能发生腐蚀的范围很大，涉及的点、线、面广，事故突发率高，难以预测，一旦发生腐蚀穿孔事故其直接、间接损失都是很大的。长输管线大都在野外，置于地下1〜2m深处，不易及时发现漏损。地下管道的维修需要进行大量的土方工程，比建新管线还要废工，尤其是在偏远山区或冬季道路积雪和春季化冻翻浆时，工程车辆不易进入线路附近，抢修管道的体力劳动很繁重，事故现场尚需严格的防火安全措施，给管道维修造成困难。长期、安全、平稳的运行是长输管道首要的任务，而腐蚀环境的危害则是影响长输管道工作可靠性的重要因素。所以如何防止埋地管道的腐蚀损坏，长期以来就是管道工程中的一个重要环节。一、腐蚀的类型输气管道由于所处环境和输送介质不同，引起的腐蚀状况也不同，其腐蚀的类型如下。部位管道腐蚀 形态 机理内壁腐蚀部位管道腐蚀 形态 机理内壁腐蚀外壁腐蚀全面腐蚀局部腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀内壁腐蚀是介质中的水在管道内壁生成一层亲水膜并形成原电池所发生的电化学腐蚀，或者是其他有害介质直接与金属作用引起的化学腐蚀。天然气管道内壁一般同时存在上述两种腐蚀过程。特别是在管道弯头，低洼积水处，气液交接面，电化学腐蚀异常强裂，管壁大面积腐蚀减薄或形成一系列腐蚀深坑及槽沟，这些就是管线易于起爆和穿孔的地点。外壁腐蚀的情况比较复杂，须从管道所处的环境分析。架空管道易受大气腐蚀，土壤或水中的管道则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。（一）大气腐蚀暴露在大气中的金属表面，由于水和氧的作用，所产生的破坏称大气腐蚀，其原因是大气中含有水蒸气，它会在金属表面冷凝而形成水膜，这种水膜溶解了大气中的氧及CO2等其他杂质，使金属表面发生电化学腐蚀。在大气中的腐蚀的金属并非浸没在大量的电解液中，所以腐蚀过程与金属完全浸没在电解液中的有差别，其特点是金属表面的液层很薄，阻力很小，空气中的氧可以不断的供给，所以阴极过程主要是氧的光极化作用，同时，由于金属表面的液层薄，金属变成离子的阳极过程进行的非常缓慢，离子浓度增加，氧容易通过水膜而使阳极发生钝化，结果阳极过程受到一定限制，成为腐蚀过程的主要控制步骤。当金属表面液层较厚，氧的进入受到阻碍，这时腐蚀主要由阴极过程控制。大气中金属的腐蚀行为和耐腐蚀性受大气条件，金属成分，表面形状，朝向，水滴的流动情况，工作条件等因素的影响有很大的不同。影响大气腐蚀的自然因素除污染物外，主要是气候条件，在没有湿气的情况下，很多污染物几乎没有腐蚀效应，但相对湿度超过80%，腐蚀速度会迅速上升。在敷设在地沟或潮湿环境中的架空管线表面极易腐蚀。（二）土壤腐蚀土壤腐蚀是指地下金属构筑物在土壤介质作用下引起的破坏，基本上属于电化学腐蚀。因为土壤是多相物质组成的复杂混合物。颗粒间充满空气、水和各种盐类，使土壤具电解质的特征。因此，地下管道裸露的金属在土壤中构成了腐蚀电池，土壤腐蚀电池大致可分为微腐蚀电池和宏腐蚀电池两类。（三）细菌腐蚀（微生物腐蚀）细菌在特定的条件下参与金属的腐蚀过程，不同种类细菌在腐蚀行为和条件也不相同。除了由于细菌的存在改善了光极化条件，从而加快金属腐蚀速度外，还有一些细菌是依靠管道的防腐涂层一一石油沥青作为养料，将石油沥青吃掉，造成防腐层破坏使金属腐蚀，另外还有一些细菌将土壤中的某些有机物转化为盐类和酸类，对金属作用而引起腐蚀。（四）杂散电流腐蚀散流于大地中的电流对管道所产生的腐蚀叫杂散电流腐蚀，又名干扰腐蚀，对于绝缘不良的管道，这样的电流可能在绝缘层被破坏的某一个点流入管道，在管道上流动，在下一个防腐绝缘被破坏的点流出，从而引起腐蚀，它所引起的腐蚀比一般土壤腐蚀激烈的多。二、管道防腐蚀方法管道防腐蚀方法和所有的防腐蚀材料分类。（一）外壁防腐蚀1、选用耐腐蚀材料，如不锈钢，塑料等2、金属的防腐蚀层，如镀锌、喷铝等。3、涂层油漆类，如油脂漆、醇酸树指漆、酚醛树脂漆、过氯乙烯漆、硝基漆等。有机化合物材料，如沥青、塑料、树脂等。无机化合物材料，如玻璃、法琅、水泥等。4、电洁保护阴极保护：外加电流，牺牲阳极电蚀防止法：排流保护5、工艺设计防腐蚀（二）内壁防腐蚀1、选用耐腐蚀材料制管，如不锈钢、塑料衬里等。2、涂层，如塑料、树脂等。3、在输送天然气中添加缓蚀剂。三、管道外壁防腐（一）常用的外壁防腐方法1、石油沥青防腐石油沥青用作管道防腐材料已有很久的历史。80年代之前，国内的大部分石油管道，化工管道均采用石油沥青缠绕玻璃丝布作材料，这种防腐材料在我国应用时间长，经验丰富，技术成熟，但同其它防腐材料比较就很落后。其缺点是吸水率大，耐老化差，不耐细菌腐蚀，逐渐被长输管道工程所淘汰。2、煤焦油瓷漆防腐煤焦油瓷漆国内俗称“煤沥青”。具有吸水率低，电绝缘性能好，抗细菌腐蚀性等优点，是国外多年来常用管道防腐材料，但它的主要缺点是热敷过程毒性较大，操作时应注意采取防护措施。3、环氧煤沥青防腐由环氧树脂、煤沥青，固化剂及防锈颜料等成分组成的。环氧煤沥青防腐涂料有强度高，绝缘好，耐水，耐腐蚀介质，抗菌等性能，适用于水下管道及金属构筑物防腐。同时还具有施工简单，操作安全，施工机具少等优点。但因其属于薄型涂料，总厚度小于1mm。而且对钢管表面处理，环境温度、湿度等条件要求很严，施工中应特别注意。4、塑料胶粘带防腐在制成的塑料带基材上（一般为聚乙烯或聚氯乙烯，厚0.3mm左右）涂上压敏型粘合剂（厚0.1mm）即成压敏型胶粘带。聚乙烯胶粘带具有较好的防腐绝缘性能，施工方便，无污染，价格低，防腐质量好，国外海底管道外防腐使用效果极佳，但国内目前产品质量尚存在缺陷。5、聚乙烯包覆层待涂的管材通过专用机具，将聚乙烯塑料热合在管道表面，形成紧密粘接在管壁上的连续的硬质塑料外壳，俗称“夹克”。其应用性能，机械强度，原材料费用，适用温度等指标都很好，是目前性能最优良的防腐材料之一。6、环氧粉末涂层环氧粉末涂层是将严格清理过的管道预热到一定温度，再把环氧粉末喷在管子上，利用管壁温度将粉末融化，冷却后形成均匀、连续、坚固的防腐薄膜。热固性环氧粉末涂层由于它的优异性能，特别适用于严酷苛刻环境，如高盐、高碱的土壤、海洋、沙漠地带。（二）外壁防腐经济评价所有的防腐材料不存在什么最佳涂层问题，应选择适合于当地情况的涂层，埋地管道的防腐，一是要实用一一确保管道防腐绝缘，延长使用寿命；二是其经济性，综合比较合理性。

外防腐层经济性比较类别条#\石油沥青煤焦油瓷漆环氧煤沥青聚乙烯胶带聚乙烯夹克环氧粉末以石油沥青为单位准价格比较低较高较高较低高高使用寿命（年）30>50>30>30>30>30防腐性能好好优良优良优良优良补伤费用防腐层价高出7%较低几乎没有几乎没有少少回填费用比PE多比环氧粉末少同左比石油沥青和环氧粉末低同左同左高阴极保护费用高低低低低比石油沥青低比PE高阴极保护对外部埋地装置的干扰程度较大小小小小小敷管速度慢不便于机械化施工同左较快快便于机械施工较快较快防腐材料的运输费用均高出胶带的5〜10倍同左较小较小较小较小第二节管道阴极保护一、基本原理金属在电解质溶液中，由于表面存在电化学不均匀性，会形成无数的腐蚀原电池。为简化起见，可以把它们看成是一个双电极原电池系统，当原电池的阳极区发生腐蚀，不断输出电子，同时金属离子溶入电解液中。阴极区发生阴极反应视电解液和环境的不同，在阴极表面上析出氢气或接受正电子的沉积，但金属本身并不会发生腐蚀。因此，如果我们给金属加上阴极电流，使金属表面全部处于阴极状态，就可抑制表面上阳极区金属电子的释放，从根本上防止金属的腐蚀。用金属导线将管道接在直流电源的负极，将辅助阳极接到电源的正极，管道实施阴极保护时，有外加电子流入管道表面，当外加的电子来不及与电解质溶液中的某些物质起作用时，就会在金属表面集聚起来，导致阴极表面金属电极电位向负方向移动，即产生阴极极化，这时，微阳极区金属释放电子的能力就受到阻碍。施加的电流愈大，电子聚集就愈多，金属表面的电极电位就愈负，微阴极区释放电子的能力就愈弱。换句话说，就是腐蚀电池两极间的电位差变小，阳极电流愈来愈小，当金属表面阴极极化到一定值时，阴阳极达到等电位，腐蚀原电池的作用被迫停止，这就达到了我们防腐蚀的目的。二、阴极保护方法1、外加电流阴极保护利用外部直流电源取得阴极化电流来防止金属遭受腐蚀的方法称为外加电流阴极保护。此时，被保护的金属接在直流电源的负极上，而在电源的正极则接辅助阳极。此方法为目前国内长输管道阴极保护的主要方法。2、牺牲阳极法采用比保护金属电位更负的金属材料和被保护金属连接，以防止金属腐蚀这种方法叫牺牲阳极保护法。与被保护金属连接的金属材料，由于它更具有更负的电极电位，在输出电流过程中，不断溶解而遭受腐蚀，故称为牺牲阳极。作为牺牲阳极的材料大多是镁、铝、锌及其合金，其成分配比直接影响牺牲阳极电流的输出，关系到阴极保护效果的好坏。因此严格按照金属配比熔炼，牺牲阳极，是保证它的质量的首要问题。三、阴极保护站一座阴极保护站由电源设备和站外设施两部分组成，电源设备是保护站的“心脏”它由提供保护的直流电源设备及其附属设备（如交直流配电系统等）构成。站外设施包括通电点装置，阳极地床、架空阳极线杆（或埋地电缆）检测装置，均压线，绝缘法兰和其他保证管道对地绝缘的设施。四、直流杂散电流腐蚀及防护直流电气化铁道，有轨电车轨道，电解设备接地极，直流焊机接地极，阴极保护中的阳极地床，阴极管道，高压直流输电系统中的接地床，都是大地中直流杂散电流的来源。大地中存在的直流杂散电流，造成的电位差可达十几至几十伏，对邻近的埋地管道具有干扰范围广，腐蚀速度快的特点，是管道防腐中需要注意解决的课题。直流杂散电流对埋地金属管道的腐蚀具有电解腐蚀的特点，因而腐蚀速度快，管道孔蚀速度可达2〜10mm/a，在多个干扰源共存的情况下，管道上阴、阳极区变化大，因此防护难度大，所以，管道施工时的防腐质量尢为重要，必要时可作接地处理，将管道上的感应电流排泄到大地中去。第五章管道的耐压试验与清扫天然气管道安装完后，均应进行强度与严密性试验，在试验前还应进行吹扫，吹扫和试验均应采用压缩空气。第一节 管道分段耐压试验一、分段吹扫天然气管道施工过程中，要求将每一根管内的泥土，垃圾清除干净，安装时避免泥土进入管内，下班前将管段两端临时封堵等。这些都是为了保证管道内尽可能减少泥土与杂物，防止燃气管道运行后堵塞管道。但在实践中完全使管内清净是做不到的，因此必须进行分段吹扫。一般要求用起点压力为0.1mpa的压缩空气进行吹扫，吹扫时逐渐提高风速，稳定风速不得小于20m/秒。用白布置于排出口检查，当吹出气流无铁锈及脏物为合格。管道吹扫后应对阀门，波纹伸缩节等进行清洗检查。二、分段试压天然气管道的强度试验压力应为设计压力的1.5倍，但钢管不得低于0.3mpa，铁管不得低于0.05mpa。空气压缩机，当管径在DN150mm以下时，选用0.6m3/min（分钟）空压机，管径在DN150~600mm时选用6m3/min空压机，管径在DN700以上时，选用9m3/mim以上空压机，长输管道应适当选大功率压缩机。试压前应准备试压用的小毛刷、肥皂液、小桶或塑料瓶、记号笔等检漏工具，试压检漏一般应安排在白天进行。充气试压时，压力上升速度应缓慢上升，每60min不得超过1mpa，当试验压力大于3mpa时，分3次升压，按30%、60%分别停止升压，并稳压30min，对管线进行观察，若未发现问题，可继续升压。当达到试验压力后，稳压1h（小时），然后进行检查，每一焊口刷2〜3次肥皂液，发现漏点及时划出漏点的位置，待全部接口检查完毕后，将管道中的压缩空气排掉，方可进行补修。补修完后，再按同样方法进行试验，直到无漏点为止。试验用的压力表应在校验期内，量程不得大于试验压力的2倍，精度不得低于0.4级，压力表不得少于2块，表盘直径不应小于150mm，最小刻度不应大于0.02mpa。三、严密性试验严密性试验在强度试验合格后进行，试验压力的设计压力的1.15倍。实验前应准备经校验合格的温度计，气压计与u型压力计，两套，分别安装在管道的两端，温度计应安装在无阳光照射的地方，尽量做到能测出管道内空气的实际温度。稳压时间宜为24小时，每小时记录一次，温度、压力变化数值。夜间照明灯具应与温度计保持一定距离，以免影响温度参数。记录的数据经公式计算后，压力降小于允许压力降时即为合格。如大于允许数值则需进行检漏，重新试验，直到合格为止。第二节管道内壁清扫天然气管道在施工完成后，尽管进行分段吹扫，但在投用前，为保证系统的安全可靠，还是要对整个系统进行清扫。清管的目的是为保护管道，使他免遭有害成分的腐蚀，延长使用寿命，改善管道内部的光洁度，减少摩擦阻力，提高管道输送效率，保证燃气的纯度一、通球扫线（一）、清管的几项工艺参数1、清管器运行速度：密封良好，没有泄流孔的清管器和清管球的平均运行速度，可认为与气流速度是一致的。2、清管压力：即推动清管器和被清物体在管道中运动所需的压力，可认为是清管器的磨擦阻力被推动的液位高度和沿程磨擦阻力的总和。3、清管排液量、排气量：需要时则按公式计算，通常不计算。（二）、准备工作1、查阅设计图纸与施工资料，勘测现场，检查工程完成情况，由工程总承包单位负责组织。①了解地形、地貌，以确定如何分段，确定收发球点，分析清管器可能受阻地点。②检查工程完成情况及质量问题，对发现问题的分工，限期解决。③查阅施工资料，如分段强度与气密性试验报告。④了解三通、弯头、波形伸缩节的位置。⑤了解施工期间，燃气管道内是否进水及集水的部位等。2、以上工作完成后，编制通球扫线施工组织设计与通球扫线平面图。根据工程特点，制定施工方案，安全技术措施等。（三）、清扫工作在用清管球清扫管道前，首先将发球装置和收球装置的连接短管分别与被清扫管线的始、末端焊接起来，再连接好发球装置的进气管与排气管。沿管线的球阀全开，放空管的阀门全部关闭。清管球必须注满水，排净空气，打压至规定过盈量，注水的严密性应十分可靠。卸开发球装置的盲板，将准备好的清管球放入发球筒内，依靠清管球的自重和发球筒的倾斜作用，清管球会自动滚入被清扫管道的始端卡紧，处于待发射状态。装好发球筒的盲板，从与空气压缩机相连接的进气管向发球筒输入压缩空气。由于清管球在管道中处于卡紧密封状态，于是球的前后产生了压力差。当压力差达到一定程度时，（即能推动清管球和被清物体在管道中运动所需的压力时），清管球被压缩空气推动前进。清管球在管道中的前进状态是滑动，有时是滚动。在清管球前进过程中，将管线中的各种杂物也推动前进了。同时，也将清管球前方的空气挤压，由收球装置的排出口排出。由于空气流速的作用，同时排出铁锈，泥土和杂物，以及管道中的积水等。第一次通球扫线完成，再重复一次发球，即可将管线清扫干净。第六章天然气工程新建管道混合气体置换新建天然气管道投入使用，要将天然气输入管道内，并将管道内的空气排出去。天然气管道内将形成混合气体，所以对新建管道内混合气体的置换必须在严密的安全技术措施保证的前提下方可进行。一、置换方法1、间接置换是用惰性气体（常使用氮气）先将管线中的空气置换，然后在输入天然气置换。此法的优点是安全可靠。缺点是费用高昂，顺序繁多，长输管线所用气量大无法解决。因此一般燃气管网不采用这种方法。2、直接置换法是用天然气输入新建管道