牛生輝 吳淵 張科

陜西省天然氣股份有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，陜西 西安 610016

前言

對(duì)于天然氣長(zhǎng)輸管道及天然氣場(chǎng)站，天然氣水合物是輸氣生產(chǎn)中厄待解決的棘手問(wèn)題。管道水合物堵塞產(chǎn)生原因主要有[1]：一是長(zhǎng)輸管道投產(chǎn)前在注水試壓結(jié)束后的掃線，清官過(guò)程中，沒(méi)有將管道中的存水清理干凈，造成部分管段聚水較多，在冬季來(lái)臨溫度較低時(shí)凍結(jié)或形成天然氣水合物；二是天然氣在經(jīng)過(guò)場(chǎng)站調(diào)壓，節(jié)流，過(guò)濾分離器時(shí)，由于節(jié)流效應(yīng)[2]，當(dāng)管內(nèi)溫度低于天然氣水露點(diǎn)時(shí)，天然氣組分中的水分子析出，在高壓低溫條件下，產(chǎn)生天然氣水合物，從而堵塞閥門、流量?jī)x表和其他工藝設(shè)備。在陜西省安邊至西安靖西三線建成投產(chǎn)后，由于長(zhǎng)慶天然氣第五處理廠天然氣含水量較大，西安東站調(diào)壓閥及永樂(lè)站流量調(diào)節(jié)閥都曾發(fā)生過(guò)閥門冰堵事件。

1 長(zhǎng)輸管道水合物產(chǎn)生的原因

水合物的形成條件有三個(gè)，必須同時(shí)滿足才能形成水合物[3]：

1)氣體出浴水汽的過(guò)飽和狀態(tài)或者有游離水的存在；

2)有足夠高的壓力和足夠低的溫度（圖1所示為水合物形成壓力溫度）；

圖1 形成天然氣水合物壓力溫度條件

3)壓力的波動(dòng)，氣流的攪動(dòng)，雜質(zhì)的存在

簡(jiǎn)單的理解即在有游離水存在下，在高壓低溫條件下，若管道中出現(xiàn)節(jié)流，紊流，雜質(zhì)時(shí)，既可以形成天然氣水合物。如圖2所示為天然氣長(zhǎng)輸管道內(nèi)形成天然氣水合物。

天然氣水合物形成后，會(huì)對(duì)輸氣管道輸氣效率產(chǎn)生顯著的影響[4]：（1）天然氣水合物在輸氣干線或儲(chǔ)氣場(chǎng)站（如彎頭、閥門、節(jié)流裝置等部位）形成后，容易造成流通面積減小，形成局部堵塞，使輸氣管道閥門等部位上游壓力增大，下游壓力降低，流量減小，從而影響正常輸氣和給下游門站平穩(wěn)供氣；（2）在氣液聯(lián)動(dòng)閥的引壓管處形成天然氣水合物，會(huì)導(dǎo)致壓力變送器無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)到管道內(nèi)的實(shí)時(shí)壓力信號(hào)，造成閥門誤關(guān)斷；（3）在節(jié)流孔板處形成天然氣水合物，直接影響天然氣貿(mào)易計(jì)量、結(jié)算的準(zhǔn)確性，使上下游單位之間的氣量結(jié)算產(chǎn)生計(jì)量糾紛。

圖2 長(zhǎng)輸管道內(nèi)天然氣水合物堵塞管道

2 天然氣管道水合物防治

為解決注水試壓后的管道積水問(wèn)題，可對(duì)投運(yùn)前的管道進(jìn)行干燥處理，目前西氣東輸天然氣管道普遍采用的方法有干空氣干燥法、加干燥劑及真空干燥法[5]。

干空氣干燥法[6]是直接用干燥空氣對(duì)管道進(jìn)行吹掃，或采用通球法對(duì)管道進(jìn)行干燥；而用干空氣吹掃的干燥效率和效果要好于用通球法干燥。干燥劑干燥法通常采用加醇，由于甲醇，己二醇及三甘醇和水可以任意比例互溶，在所形成的溶液中水的蒸汽壓大大降低，殘留在管道中的醇類又是水合物抑制劑，可以抑制水合物形成，從而達(dá)到干燥管道的目的；真空干燥法是人為地在管道內(nèi)制造真空環(huán)境，應(yīng)用真空泵降低管道內(nèi)的壓力，從而使附著在管壁上的水分氣化從而使管道干燥。

3 天然氣管道冰堵點(diǎn)確定

由于冬季輸氣高峰期間，由于管道長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)，而輸氣溫度較低，因此，在場(chǎng)站節(jié)流調(diào)壓部位容易發(fā)生冰堵，而一般確定冰堵點(diǎn)則根據(jù)管道上下游壓力確定。

安邊至西安輸氣管道末站永樂(lè)站2012年12月8日節(jié)流閥發(fā)生水合物堵塞管道，其站內(nèi)節(jié)流閥閥后壓力隨時(shí)間變化表。

表1

當(dāng)2:00左右第一次發(fā)現(xiàn)節(jié)流閥閥后壓力明顯降低時(shí)場(chǎng)站人員再次增加閥門開(kāi)度，打算使下游壓力穩(wěn)定，4:00左右開(kāi)始又發(fā)現(xiàn)壓力開(kāi)始降低，當(dāng)場(chǎng)站人員檢查各個(gè)閥門時(shí)發(fā)現(xiàn)節(jié)流閥出現(xiàn)冰堵，無(wú)法動(dòng)作。

4 管道冰堵點(diǎn)處理

目前，場(chǎng)站一般的冰堵點(diǎn)處理方法主要有[7]：（1）通過(guò)加醇撬向冰堵管段內(nèi)加入干燥劑，破壞水合物的形成條件，并使已形成的水合物分解。（2）降壓分解法。由于天然氣水合物在低壓條件下容易重新分解，可以在冰堵點(diǎn)下游部分管段人為降低輸氣管道壓力，隨著壓力降低，水合物的形成溫度隨之下降，當(dāng)水合物的形成溫度低于輸氣管道的氣體溫度時(shí)，水合物立即分解。永樂(lè)站節(jié)流閥冰堵后，通過(guò)放空節(jié)流閥后至下游用戶之間管道內(nèi)的天然氣，20分鐘內(nèi)冰堵位置水合物分解。實(shí)踐證明，水合物的分解速度很快，整個(gè)過(guò)程僅需十幾分鐘，這是由于水合物的結(jié)晶殼開(kāi)始液化時(shí)，水合物立即從管壁脫落，并被排出的氣流從輸氣管道帶出[4]；（3）對(duì)冰堵管段澆淋熱水，或采用熱蒸汽加熱，升高輸氣管段溫度，從而使水合物分解，切記不可用火烘烤；(4)降低輸氣管道壓力，由于水合物的形成條件為高壓低溫，降低整條輸氣管道的輸氣壓力自然不可能形成天然氣水合物，不過(guò)由于降低管道輸氣壓力不利于管道輸氣，因此此方法所用不多。(5)在容易發(fā)生冰堵點(diǎn)的閥門，節(jié)流點(diǎn)及彎頭處加電伴熱[8]。不過(guò)提高管道溫度，也會(huì)降低管道輸氣效率，所以需在兩者之間優(yōu)化選擇。

在陜西省長(zhǎng)輸管道實(shí)際輸氣中，一般場(chǎng)站會(huì)在調(diào)壓閥、節(jié)流閥等關(guān)鍵部位加裝加電伴熱，這是比較常用的方法，而向管道冰堵點(diǎn)澆淋熱水是最簡(jiǎn)單易行的冰堵部位處理方法。

圖3 永樂(lè)站節(jié)流閥冰堵點(diǎn)閥后壓降曲線

[1]張城,耿斌編著.天然氣管輸與安全[M].北京：中國(guó)石化出版社,2009.1

[2]黃春芳編著.天然氣管道輸送技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社,2009.6

[3]劉春陽(yáng),畢研軍,李玉星等.天然氣水合物生成的影響因素[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009.28（12）

[4]吳錫合,張德慶,張爭(zhēng)偉.天然氣長(zhǎng)輸管道冰堵的防治與應(yīng)急處理[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2012.31（4）

[5]李長(zhǎng)俊主編.天然氣管道輸送（第二版）[M].北京：石油工業(yè)出版社,2008.9

[6]赫敏,陳保東等.長(zhǎng)輸管道內(nèi)天然氣水合物形成的預(yù)測(cè)[J].化工進(jìn)站,2006.25

[7]李長(zhǎng)俊.天然氣水合物形成條件預(yù)測(cè)及防止技術(shù)[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2002

[8]苗春卉,張慶虎,邱姝娟.長(zhǎng)輸管道天然氣水合物形成與預(yù)防綜述[J].上海煤氣,2007.2