天然氣管道冰堵成因及防治措施

左冬來

（中石化川氣東送天然氣管道有限公司，湖北武漢 430000）

天然氣管道冰堵成因及防治措施

左冬來

（中石化川氣東送天然氣管道有限公司，湖北武漢 430000）

隨著我國天然氣長輸管道產業的蓬勃發展，天然氣管道的輸送距離越來越遠，輸氣壓力越來越高，基于管道運營安全性的考慮，天然氣長輸管線及其站場的冰堵問題越來越受到重視，基于冰堵原理采取有效措施有效地防止冰堵，以及冰堵發生后應該采取怎樣的應對措施來處置，對于各輸氣單位來說都是需要解決的生產實際問題。從冰堵產生的原因上著手分析，詳細闡述冰堵成因機理以及基于此的防治方法。

天然氣長輸管道；輸氣站場；天然氣水合物；冰堵；防治措施

1 冰堵成因機理

天然氣長輸管道輸送壓力越來越高，如果產生冰堵的話可能會造成嚴重的輸送事故。實踐表明冰堵產生的主要原因有兩點：一是長輸天然氣管道在投產前，水試壓后的掃線、清管過程中，沒有將管道內的殘余水清理完，導致部分管段存水較多，在溫度低時直接凍結或形成天然氣水合物；二是天然氣在經過站場的調壓撬等設備時，由于節流效應（焦耳-湯姆遜效應），溫度急劇降低，當管道溫度低于天然氣水露點時，天然氣組分中的水分子析出，在高壓低溫條件下，生成天然氣水合物，產生冰堵。由此可見，天然氣長輸管線及其站場冰堵產生的核心原因是管道中形成天然氣水合物。

1.1 冰堵危害

天然氣水合物形成后，會對長輸管線運行產生如下影響：

（1）天然氣水合物在輸氣管道或輸氣場站某些管段（如彎頭、閥門、節流裝置等部位）形成后，容易導致流通面積減小，形成局部堵塞，其上游壓力增大，流量減小，下游壓力降低，影響正常輸氣和平穩供氣。

（2）天然氣水合物在節流孔板處形成，將直接影響天然氣流量的計量準確性。

（3）天然氣水合物在氣液聯動截斷閥的引壓管處形成，將導致控制單元無法及時準確地檢測到信號，造成閥門誤關斷。

（4）水合物若在關閉閥門的閥腔或“死氣段”內形成，易因體積膨脹造成設備或管道凍裂，該情況多發生在投產初期和冬季氣溫較低的地區。

1.2 天然氣水合物

1.2.1 天然氣水合物的構造

天然氣水合物的結構：在一個水合物單元體中，水分子形成一個空間籠的結構，其他的分子嵌入其籠中。形成水合物的天然氣組分包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、碳氧化物和氫硫化物，這些全部是普通的天然氣成分。其中，僅有較小的分子形成水合物，典型地，比丁烷分子量大的燃氣成分形不成水合物。若輸氣管線壓力溫度一定，相應的天然氣的飽和含水量也就確定了。當不飽和含水的天然氣進入管線后，隨壓力的降低露點下降，當露點等于輸氣管線溫度時，若壓力條件滿足并且水合物的形成溫度高于輸氣管線溫度，就可能析出水合物。1.2.2 天然氣水合物的形成條件

一個水合物的形成需要如下三個條件：

①溫度和壓力的有機結合，促成水合物的形成依賴于低溫和高壓。

②存在一個水合物的形成體。

③氣體處于水汽的飽和或過飽和狀態。

2 冰堵的防治措施

2.1 冰堵的預防措施

2.1.1 清管作業必須干凈徹底

確保管線內無大顆粒介質，無游離水存在，在焊縫處對口作業必須在規定范圍內。

2.1.2 脫水

從氣體中分離水分（被稱為脫水）是首選。沒水即沒有水合物，目前脫水工藝已非常成熟，根據具體情況選擇最合適的脫水工藝即可。然而，脫水的目的不是去除所有的水，只是使水的含量降到一個水合物不再是一個問題的點。

2.1.3 加熱

通常使用的第二個方法是加熱氣體。如果氣體被有效加熱水合物將不再形成，或已形成的水合物將融化。對于輸送管道來說，使用一個在線加熱器在氣體進入管道之前對其加熱是很普通的事。氣體應加熱足夠的時間以達到其在輸出管道時高于水合物形成溫度。如果管道太長可考慮分段加熱。另一種方法是使用伴熱線，可使用電伴熱也可使用流體伴熱線。

2.1.4 壓力

此方法為選擇性采用的，為防止水合物形成可采取減壓措施。如果壓力足夠低，水合物將不會形成或已經形成的水合物也將融化。在天然氣工業中這不是一個經常的選擇，因為壓力指示著重要的生產情況，大多數情況下生產需要的是穩定的壓力。減壓通常是是一個補救措施，用于融化成型的水合物。

2.1.5 添加抑制劑

還有一種方法是利用化學制劑抑制天然氣水合物形成。天然氣管道采用的最普遍的方法是注甲醇，有時也采用加注乙二醇的方法。

2.2 冰堵位置的判斷

從管道外觀上可以從以下幾點確認：

（1）冰堵點管表溫度低于上下游管表溫度，一般在5℃以下。

（2）管道有明顯的震動。

（3）有明顯的紊流撞擊管道造成的氣流聲。

（4）管道兩側的土含有一定的水分，并且有略微的凍結現象。

2.3 冰堵點的處置措施

在冰堵不嚴重時利用化學制劑，在管線內加注乙二醇或者甲醇用以抑制水合物的形成，也可選擇地采取減壓措施；在冰堵比較嚴重時，應首先關停壓縮機，通過加熱保溫，讓天然氣的溫度保持在天然氣水合物形成的平衡溫度以上。現場常用電伴熱對冰堵點管道進行外部加熱。

3 結束語

通過本次對天然氣長輸管道以及分輸站場冰堵的研究，可以了解到冰堵對生產的危害十分巨大，會造成巨大的安全隱患。冰堵產生的核心原因是天然氣水合物的形成，預防冰堵的根本是阻止天然氣水合物的形成。

建議：

1）嚴格按照操作規程進、質量驗收以保證清管作業必須干凈徹底，確保管線內無大顆粒介質，無游離水存在，在焊縫處對口作業必須在規定范圍內，確保凈化廠脫水作業完全徹底，適當條件下調節壓力，注入水合物抑制劑。

2）強化廣大員工對冰堵成因及防治措施的學習理解與掌握。

3）積極開展技術創新爭取通過技術創新解決冰堵問題。

[1] 李衛娟.天然氣場站管冰堵原因和主要預防措施比較[J].中國科技博覽，2014，（48）：291.

Causes and Prevention Measures of Ice Crack in Natural Gas Pipeline

Zuo Dong-lai

With the vigorous development of China’s long-distance natural gas pipeline industry，the transportation distance of natural gas pipeline is getting farther away，and the gas pressure is getting higher and higher.Based on the consideration of pipeline operation safety，the long-distance natural gas pipeline and its station Ice blocking the problem more and more attention，based on the principle of ice to take effective measures to effectively prevent ice block，and ice plug after the occurrence of what measures should be taken to deal with the gas units are needed to solve the production of practical problems The From the cause of ice block to start the analysis，explain in detail the mechanism of ice blocking and based on the prevention and treatment methods.

natural gas long-distance pipeline；gas station；natural gas hydrate；ice block；control measures

TE832

A

1003-6490（2017）01-0149-02

2017-01-06

左冬來（1991—），男，四川彭州人，助理工程師，主要從事長輸天然氣管道保護工作。