天然气长输管道内黑色粉末生成及沉积问题研究

发布时间：2020-07-14 05:46

【摘要】：天然气作为清洁型能源受到世界各国的高度关注,建设长输埋地管线成为天然气资源整合分配的主要手段。然而,面临的一大难题是在越来越多的长输管线中发现了黑色粉末这类有害物质。根据以往的研究再生型黑色粉末是H_2S和CO_2等有害气体与管线基体发生腐蚀后的产物。黑色粉末在管线内的存在容易引发设备磨损、堵塞管道、促进管道腐蚀等一系列严重问题。所以,研究黑色粉末的生成主要原因、沉积的影响因素以及对管线和其他构件的危害成为首要问题。首先,对管线清管后排出的黑色粉末利用XRD与SEM技术,探究元素和物相组成。结果显示,黑色粉末中的确含有FeS和FeCO_3等铁的硫化物和铁的碳酸盐,除此之外,还有一些SiO_2、单质硫等杂质。并进行粒径分析,结果显示管线内黑色粉末平均粒径为50μm。其次,选用与现场管线材料一致的20#钢进行黑粉模拟生成实验,模拟实验分为富水和贫水两个条件。结果显示,其富水条件下试样的腐蚀速率很高,说明水分对腐蚀速率的影响最为严重。对模拟实验产生的腐蚀产物进行XRD分析,显示重要组成成分与现场一致为FeS和FeCO_3。通过黑粉垢下腐蚀和电偶实验验证了黑粉的确能够促进管道基体的腐蚀。最后,通过FLUENT软件进行黑粉颗粒在管道内沉积的模拟计算,结果发现随着黑粉颗粒直径的增大、压力升高、弯管的弯曲角度以及同种角度弯管曲率增大时沉积率升高,颗粒的沉积率和沉积速度随着温度的升高先减小后增大。并且可以预测到黑色粉末在管道内沉积更偏向于弯头所在的位置。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE832
【图文】：

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图 1.1 黑色不明固体Fig. 1.1 Black unknown solid2012 年 3 月天然气调压区分离器安全阀下截止阀因黑色不明粉尘不能完全关闭，无法在保证安全的情况下完成安全阀年度校验工作。经拆卸检查安全阀，从安全阀及管线中清扫出未知堵塞物。2012 年 10 月在冬防保温检查中发现天然气分离器排污管线泄漏，生产运行中黑色不明粉尘导致天然气分离器排污阀门无法完全关闭。自力式调压阀门无法正常使用，在对自力式调节阀及精细过滤器通堵维护时，发现自力式调节阀被冰状的碳氢化合物及黑色粉末不明杂质冻堵，精细过滤器内清出大量黑色不明物，现场拍摄照片见图 1.2。

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超声波流量计故障频出，数次清洗探头后仍未恢复正常，所以需要每周对过滤器内部滤芯进行更换。同时外销天然气中含有的黑色粉状物已对下游用户生产加工及产品质量造成较大影响。目前，已经有不少下游居民用户反映燃气使用设备故障增多，大型企业单位也有压缩机干气密封损坏、装置压差增大，威胁其生产装置安全运行的严重问题，图 1.3 所示油田部分处理站场黑色粉末污染情况。更换分离器滤芯超声波流量计

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