輸氣管道天然氣水合物生成條件及防治措施

仲從響（中國石油西氣東輸管道公司蘇浙滬管理處，江蘇 南京 210002）

天然氣水合物（Natural Gas Hydrate）是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等）下，由水和天然氣形成的類冰的、非化學計量的、籠形結晶混合物。而輸氣管線高壓、密閉、存在節流等特性，致使輸氣過程中很容易生成水合物。一旦形成水合物，將嚴重影響輸氣管道的正常運行。

1 天然氣水合物的形成條件

天然氣水合物的形成需要一定的條件，而具體影響因素有很多，概括起來可分為：

1.1 液態水的存在是生成水合物的必要條件。天然氣管道中液態水的來源，有采氣時隨天然氣進入管線的地層水（游離水）以及氣體中的飽和水蒸汽隨溫度下降而凝析出的凝析水；

1.2 高壓是生成水合物的重要條件。對組分相同的氣體，壓力越高越容易生成水合物，而天然氣集輸都是在高壓條件下進行的；

1.3 低溫是水合物形成的另一重要條件。與壓力相反，對相同組分的氣體，溫度越低，越容易生成水合物。輸氣過程中，高壓天然氣通過節流閥門時，由于節流效應會造成溫度的突然下降，溫度一旦低于天然氣的水露點，天然氣中的水蒸氣就會凝析成液態水，這就為水合物的形成創造有利條件；

1.4 高流速、壓力波動、氣流方向改變時結晶核（如微小的固態雜質）引起的攪動是生成水合物的輔助條件；天然氣集輸時經常采用調壓閥，氣體高速通過調壓閥會產生壓力波動，方向改變，這更為水合物的生成創造條件。

從以上這些條件不難看出，天然氣集輸過程中很容易形成水合物，而通過試驗和生產實際觀察，集輸站場的過濾分離器、調壓橇等設備部位尤為容易。

2 天然氣水合物在輸氣管道中的危害

天然氣水合物較為穩定，它的產生和分解都有可能產生災害，特別是在集輸過程中：

2.1 天然氣水合物一旦形成，它與金屬管道結合牢固，會減少管道的流通面積，產生節流，加速水合物的進一步形成，進而造成管道、閥門和一些設備的堵塞，嚴重影響管道的安全運行輸氣管道中。

2.2 已形成的水合物，如果內部或外部條件發生改變，可能會在短時間內大量分解，造成局部壓力突然升高，損壞設備，嚴重時甚至可能發生爆炸等嚴重事故。

因此，如何很好地預防和治理天然氣集輸過程所形成的水合物，對保障天然氣管道和其它附屬設備的安全、平穩運行具有十分重要的實際意義。

3 輸氣管道生成水合物的判斷

管輸天然氣生成水合物時都有一些特定的現象：

3.1 去往下游的天然氣流量減少，壓力降低；

3.2 管道通過能力減小，氣流聲音越來越小；

3.3 生成水合物部位前后存在異常壓差，如過濾分離器濾芯，流量計整流器等部位；

3.4 若生成部位為工作調壓閥，則會出現工作調壓閥無法動作，或閥門開度迅增大而下游壓力卻減小，節流流聲音變小。

4 輸氣管道水合物的預防方法

根據前文水合物的生成條件，可針對性的采取預防措施，現階段國內外主要采取的有下面幾種方法：

4.1 天然氣進入輸氣管道之前應進行充分脫水，使氣體中的水含量處于不飽和狀態，亦即氣體溫度高于其水露點，通常情況下天然氣水露點低于其管線周圍介質最低溫度5-7℃，這是預防形成水合物的根本方法。常見處理方法有：稀吸濕溶劑法和固體吸附劑脫水法。吸濕溶劑一般選取乙二醇、二甘醇、三甘醇和四甘醇，由其與天然氣接觸，通過氫鍵吸收水分。固體吸附劑脫水法一般選取分子篩、活性氧化鋁或硅膠等可選擇性吸附水分子的固體吸收天然氣內水分；

4.2 向天然氣內添加水合物抑制劑，使水合物的形成更加困難。目前廣泛采用的有熱力學抑制劑、動力學抑制劑和水合物防聚劑。熱力學抑制劑一般選取甲醇、乙二醇和二甘醇，他們都是通過改變水合物相的化學位，使其形成條件向較低溫度或較高壓力范圍移動。動力學抑制劑主要產品有聚N-乙烯基己內酰胺、聚N-乙烯基吡咯烷酮等。水合物防聚劑是通過加注一些濃度很低的表面或星期或聚合物使液態水在生成水合物前發生乳化作用來防止水合物的聚結，主要有羥基羧酸酰胺、烷氧基而羥基羧酸酰胺等。此類方法需注意的是，如果是針對輸氣站場，某些抑制劑可能會影響流量計的超聲探頭或渦輪葉片的正常工作，導致計量誤差，需將加注點設置在計量系統后，調壓裝置前；

4.3 對天然氣進行加熱，使其輸送溫度高于水合物形成的平衡溫度以上，實驗已證明，水合物與金屬接觸面溫度升至30-40℃，足以使已生成的水合物迅速分解。該方法需確定水合物生成的具體位置，從兩端向中間加熱以避免水合物分解造成壓力的急劇增加。通常采取管外纏繞電伴熱帶、熱水或蒸汽加熱的方法。

4.4 調整輸氣工藝流程，減小輸氣壓差或采取多節減壓的方式。這是由于越大的壓差節流效應越明顯，節流造成的溫度降低就越大。

5 結語

根據天然氣水合物的形成條件，可采取相應的預防和控制措施，但仍無法徹底消除其影響。一些新的方法和技術，但還有待進一步研究，以提出更加經濟有效的方法和技術，保障天然氣管道的安全、平穩運行。

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