天然气管道内粉尘物性分析方法探究.pdf

2 0 1 2年第 4 0卷第 6期 石 油机械 C HI NA P E TR0I |E UM MACHI NERY ●油气 田开发工程 天然气管道 内粉 尘物性分析方法探 究 郭永华 刘 震 王玉凤。 周 琼。 姬忠礼 1 ．中国石油北京油气调控中心2 ．中国石油大学 北京 机械与储运工程学院3 ．中国石油大学 北京理学院 摘要为 了分析天然气管道 内粉尘物性对管道运行的影响，在西气东输二线霍尔果斯压气站， 选择合适的取样点收集粉尘，采用体式显微镜和粒径分析仪分析粉尘样 品的形态和粒径分布 ，采用 溶剂溶解试验和无机物 x射线衍射分析以检测其无机物和有机物含量及相应成分，评价过滤分离设 备的运行情况 ，同时判断管道腐蚀程度和 内涂层脱落情况。分析结果表 明，该站上游天然气管道在 增输后粉尘量增多，使得聚结过滤器滤心失效，同时加剧管道内壁的磨损，导致少量环氧涂层脱落。 关键词 天然气管道 ；过滤分 离；粉尘采样 ；物性分析 ；检测 中图分类号 T E 9 7 3 ． 6 文献标识码B文章编号1 0 0 1 4 5 7 8 2 0 1 2 0 6 0 1 0 1 0 5 Re s e a r c h o n t he M e t h o d f o r Phy s i c a l An aly s i s o f Du s t wi t h i n Ga s Pi p e l i n e G u o Y o n g h u a L i u Z h e n Wa n g Y u f e n g Z h o u Q i o n g J i Z h o n g l i 1 ． B e ij i n g C e n t r e f o r 0 以 G a s R e g u l a t i o n ， C N P C 2 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l ， S t o r a g e a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g， C h i n a U - n i v e r s i t y ofP e t r o l e u m， B e ij i n g 3 ． C o l l e g e ofS c i e n c e ， C h i n a U n i v e r s i t y ofP e t r o l e u m， B e ij i n g Ab s t r a c t T o a n a l y z e t h e e f f e c t o f t h e p h y s i c a l p r o p e y o f d u s t wi t h i n g a s p i p e l i n e o n p i p e l i n e o p e r a t i o n，t h e p r o p e r s a mp l i n g p o i n t wa s s e l e c t e d t o c o l l e c t d us t a t t h e Ko r g a s g a s c o mp r e s s o r s t a t i o n o f t h e s e c o n d l i n e o f we s t t o e a s t g a s t r a ns mi s s i o n ． Th e s t e r e o mi c r o s c o p y a n d p a r t i c l e s i z e a n a l y z e r we r e a d o p t e d t o a n a l y z e t h e mo r ph o l o g y a nd p a r t i c l e d i s t r i b u t i o n o f s a mp l e d us t ．Th e s o l u bi l i t y t e s t o f s o l v e n t s a n d t h e Xr a y d i f f r a c t i o n a n a l y s i s o f i n o r g a n i c ma t t e r we r e c o nd u c t e d t o d e t e c t t he c o nt e n t o f i n o r g a n i c a n d o r g a n i c s ub s t a n c e s a s we l l a s t h e c o r r e s p o n d i n g c o n p o ne n t s ． Th e o p e r a t i o n o f t h e fil t e r a n d s e pa r a t i o n e q ui p me nt s wa s e v a l ua t e d． Me a n wh i l e，t h e d e g r e e o f p i p e l i n e c o r r o s i o n a n d i n t e r n a l c o a t i n g d e s q u a m a t i o n w e r e j u d g e d ．T h e a n a l y s i s s h o w s t h a t t h e d u s t a m o u n t r i s e s i n t h e u p s t r e a m g a s p i p e l i n e o f t h e s t a t i o n a f t e r t r a ns mi s s i o n i n c r e a s e，c a us i n g t h e f a i l u r e o f t h e fil t e r c a rtr i d g e o f c o a l e s c i n g fi l t e r ． Me a n wh i l e，t h e a b r a s i o n o f t h e p i p e l i n e i n n e r wa l l i nc r e a s e s，wh i c h g i v e s r i s e t o d e s q ua ma t i o n o f a s ma l l a mo u n t o f e po x y c o a t i ng ． Ke y wo r d s g a s p i p e l i n e ；fi l t e r a n d s e p a r a t i o n；d u s t s a mp l i n g ；p h y s i c a l a n a l y s i s ；d e t e c t i o n 0 引 言 天然气在管道运输过程 中会夹带粉尘等固体杂 质， 若粉尘含量过大，会造成管道设备和仪器故 障 ，影响管道安全运行 。现场一般采用过滤分离设 备和定期清管 的方法除去管道内的粉尘 ，以保证压 缩机 、仪表和阀门等设备的正常运行[ 1 1 。管道常用 的过滤分离设备有重力分离器 、旋风分离器 、卧式 过滤器、聚结过滤器和压缩机干气密封过滤器等。 目前 ，国内外关于管道 内粉尘检测的方法有在 线检测和离线检测 2种 。张星等I 2 研究 了天然气 管道 在线分 析方 法 ，检 测粉 尘浓度 和粒 径分 布； L u等 利用激光多普勒风速测量仪在实验室环境 下对粉体稀相输送管道内粉尘体积分数 、颗粒速度 检测进行 了研究。付松广 等 基于静压零 位等速 采样原理研制了高压天然气管道 内粉尘离线检测设 备 ， 测定了天然气净化用过滤器进 出口管道内的粉 石 油机械 2 0 1 2年第 4 0卷第 6期 加 ，需进一步分析有机物的成分 。 2 ． 2无机 物成 分 将样 品研 磨 至 2 0 0 目，对 粉 尘 中无 机 物 做 X R D定量分析 ，发现样 品 中绝大部 分是石英 、斜 长石等矿物，与体式分析结果一致。3 种样品均含 有极少量 的菱铁矿和磁铁矿 ，这些含铁化合物可能 是来气本身所带的杂质 ，也可能是管道腐蚀的脱落 物。管道增输后的菱铁矿和磁铁矿的比重较管道增 输前有所降低，说明粉尘中的含铁化合物跟来气的 气质有关 ，而该站上游并不存在较严重的管道内腐 蚀情况。X R D分析结果见表 3 。 表 3 样 品中无机物组成及其质量分数 ％ Ta bl e 3 Co mpo s i t i o n a n d p r o p o r t i o n o f i n o r g a n i c s u b s t a n c e s i n s a mp l e ％ 成 ≯ 分 _ 0 0 0 ll ll l 。 ≈ 襦 嚣 嚣蘩 篓 蠹 灞 戮麓 - h ⋯、 i 麓￡ 糍 溪 翘罐 鞭蹦 _ ≯ 董 ≥ ⋯ 。 ≯ 曩 ≯ ； _Ⅲ 蠹 0 魁 磊 PN _aa , C ．．a A 1 s i _ 3 8 溪 瓣 越 3 o 8 0 。 。 ll 方 解 石 C a lt 0D 3 l _ _ I 0 ≯ 嚣 誊 0 微 斜 长 石 K 喊 j o 8 雌 石 膏C a S o 4 2 薹 H 2 ≯ j Ⅲ Ⅲ 0 0 云母酗 I 2 S b I o 妇 H l2 i l5 豢 ∞ } ￡ 舞“ 曩 蠢 ≈ 一 ‘ ● “ 。“ 强 囊 l 喇 闪石 b 确 ， ～ 霪； 婆 嚣∽ 。 M n s i 2 - ． O 【 _ 豫 一 艘 豫 { ≯ 绿滟 亍 j - - 囊 ≯ 玲 囊 0 f 0 【H ■ 蘩 lF e c 0 0 自 潜 ◇j q 0瓣 ” 囊 曩 曩 磁 翻 瞬 3 0 * 2 ． 3 有机物成分 对原始粉末分离的有机物和环氧粉末做红外光 谱分析 ，结果见图 5 。 图5 从样品分离的有机物与环氧粉末红外光谱对比图 F i g ． 5 I n fr a r e d s p e c t r u m c o mp a r i s o n d i a g r a m o f o r g a n i c ma t t e r a n d e p o x y p o wd e r s e pa r a t e d fro m s a mp l e 由图可 以看出，从样品分离 的有机物 ，其红外 特征吸收峰的位置与环氧树脂粉末基本一致 ，可确 定原始粉末 中分离出来的有机物为环氧树脂。 通过热失重分别分析样 品 F 1 、F 2 、F 3和环氧 粉末 ，加热速率采 用 1 0 o C ／ m i n ，加 热至 9 0 0 o C， 其结果见图 6 。以有机物 质量分数较高 的样 品 F 3 作为分析对象 ，通过试验结果计算 出在 2 0 0～ 5 0 0 ℃范 围内环氧粉末 的失重 是 6 4 ％ ，而 样 品 F 3的 失重是 7 ％ 。由 2 0 0～5 0 0 o C温 度范 围 内样 品 F 3 的失重 量 除 以相 同温度 范 围内环 氧粉 末 的失 重 量 ，得粉末 F 3中有 机物 的质量 分 数约 为 1 1 ％ ， 该数 值与溶 解称重所 得 的样 品 F 3中可溶性有 机 物为 1 2 ％的结果相近。 图 6原 始 粉 末 样 品 与 环 氧 粉 末 热 失 重 对 比 图 F i g ． 6 T h e r ma l we i g h t l o s s c o mp a r i s o n d i a g r a m o f o ri g i n a l p o w d e r s a mp l e a n d e p o x y p o wd e r 利用 D S C热分析法进一步 比对环氧粉末 和样 品 F 3中的有机物，可看 出环氧粉末的玻璃化转变 温度约为 1 1 5 o C，而 F 3样 品中的有机物玻璃化转 变温度仅为 6 0℃左右 ，即该环氧粉末和样 品 F 3分 离出来 的有 机物 在耐热 性方 面 尚存在 一定 差异 。 D S C热分析结果见 图7 。 通过以上分析可知 ，粉尘中的物质多来源于施 工期间或初期运行不稳定而沉积下来 的杂质。随着 近期输气量的增大 ，这些沉积的杂质随之被带入天 然气。粉尘中有环氧涂层脱落物存在，其原因在于 气体增输后 ，粉尘浓度随之增高 ，使得管道 内涂层 出现磨损 。 图7 样品F 3的有机物与环氧粉末 D S C曲线对比 F i g ． 7 C o mp a r i s o n o f t h e DS C c u r v e s b e t we e n o r g a n i c ma t t e r o f s a mp l e F 3 a nd e p o x y po wd e r ∞ ∞ ∞ ∞ 如 、 吾 2 0 1 2年 第4 0卷 第6期 郭永华等天然气管道 内粉尘物性分析方法探究 一 1 O 5 3 结 论 1 为提高分析 的准确性 ，需要 选取合适 的 采样点。以天然气增输前和增输后的气体所带粉尘 以及经过聚结分离器后 的气体所带的粉尘作为样品 进行对 比分析 。 2 分别采用体 式显微镜和粒径分 布仪分析 粉尘 的形态和粒径分布 ；分析过滤分离设备运行状 况 ；对无机物做 x射线衍射 分析、用无机溶 剂和 有机溶剂溶解并称重 ，检测管道腐蚀程度 、无机物 和有机物质量分数及相应成分 ；对有机物分别做红 外光谱 、热失重和差示扫描量热分析 ，判断出粉尘 中有环氧涂层脱落物存在。 3 在西二线霍尔果 斯站 的成 功应 用 ，说 明 该方法可用于分析粉尘样品，研究天然气管道运行 过程 中存在的问题 。 [ 2 ] 参考文献 张星，姬忠礼 ，陈鸿海，等 ．高压天然气管道 内 粉尘 在线检 测 系统性 能分 析 [ J ]．石 油机械 ， 2 0 1 0 ，3 8 9 4 2 4 4 ． 张星，姬忠礼 ，陈鸿海，等 ．高压天然气管道 内 粉尘 在 线检测 方 法 [ J ]．化 工学 报，2 0 1 0 ，6 1 92 3 3 42 3 3 8 ． L u Y，Gl a s s D H，E a s s o n W J ． An i n v e s t i g a t i o n o f p a r t i c l e b e h a v i o r i n g a s - s o l i d h o riz o n t a l p i p e f l o w b y 8 1 1 e x -- t e n d e d L D A t e c h n i q u e[ J ]．F u e l ，2 0 0 9 ，8 8 1 2 2 52 0 2 531 ． 付松广，陈友方，陈红生 ．用于高压天然气管道的 粉尘检测装置 [ J ]． 石油机械 ，2 0 0 7 ，3 5 2 3 6 38 ． Xi o n g Z，J i Z，Wu X，e t a 1 ． E x p e r i me n t al a n d n u me fi c a l s i mu l a t i o n i n v e s t i g a t i o n s o n p a r t i c l e s a mp l i n g f o r h i g h p r e s s u r e n a t u r a l g a s[ J ]． F u e l ，2 0 0 8 ，8 7 1 3 ／ 1 43 0 9 63 1 0 4 ． J Y ／ T 0 0 9 --1 9 9 6转靶多晶体 x射线衍射方法通则 [ S ]． 1 9 9 6 ． 陈耿，潘代波，骆辉 ，等 ．长输天然气管道内 涂层技术及其应用 [ J ]．管道技术与设备，2 0 0 9 41 51 7 ． 第一作者简介郭永华 ，工程师，生于 1 9 7 7年 ，1 9 9 9 年毕业于石油大学 华东石油工程专业，现从事油气储 运工作。地址 1 0 0 0 0 7 北京市东城区。Ema i l y h g u o p e t r o c hi n a ．c o n．c n。 收稿 日期 2 0 1 11 22 2 本文编辑谢守平 上接第 8 8页 钢丝绳从上层向下逐层打捞配水器心子 ，上层和中 层心子顺利捞出，用大排量反洗井下层心子仍打捞 不动。后上提钢丝绳 ，在震击器的撞击下定位安全 销被剪断 ，液力助捞器从井 中起出。 4 结 论 1 液 力助 捞 器将 打捞力 提 高 至 2 0 0 0 N ／ M P a ，有效提高了打捞成功率，具备节能降耗的特 点 ，具有较强的实用性和 良好的推广应用前景。 2 当配水器心子 打捞不动 时 ，液力 助捞 器 可利用液压力剪断安全销 ，从井内安全起出，有效 避免 了录井钢丝绳断裂事故的发生。 参考文献 [ 1 ] 崔晓朵 ．埕 岛海上 大斜度定 向注水井工 艺技术 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ J ]． 内江科技 ，2 0 0 6 ，2 7 3 1 5 6 ． 孙鑫 宁 ．注水井 恒流量 空心 配水器 研究 [ D]．上 海 上海交通大学 ，2 0 0 8 ． 于欢，蒋建宁，杨军虎 ．细分注水液力投捞技术 的研究 与应用 [ J ]．辽 宁工 程技术 大学 学报， 2 0 0 3 ，2 2 2 2 0 8 ． 辛林涛 ，刘海涛 ，周旭 ，等 ．免投 捞式空 心配水 器的研制与应用 [ J ]．石油钻采工艺，2 0 0 7，2 9 4 1 1 21 1 4 ． 第一作者简介马艳洁 ，助理工程师，2 0 0 9年毕业于 西南石油大学机械制造及其自动化专业，现从事采油工艺 研究工作。地址 2 5 7 0 1 7 山东省东营市。电话 0 5 4 6 8 7 7 5 5 3 8。 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 2 6 本文编辑赵连禄 ]_1 J 1 J 1 J] J l n_ _卜l