天然氣集輸管線冬季凍堵及措施研究

田明號 李 順

（淇縣天然氣有限公司 河南省鶴壁市 456750）

1 天然氣輸氣及工作特點

1.1 天然氣輸氣工作概述

天然氣是由烴類和非烴類組成的復雜混合物。天然氣中的烴類基本上是烷烴，通常以甲烷為主，還有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷及其以上烴類（C6+）。在C6+中有時還含有極少量的環烷烴（如甲基環戊烷、環己烷）及芳香烴（如苯、甲苯）。天然氣中的非烴類氣體，一般為少量的 N2、O2、H2、CO2、H2S 及水蒸氣，以及微量的惰性氣體如 He、Ar、Xe 等。本文所指的天然氣集輸系統只包括氣田內部天然氣的匯集，即只含氣田內部的井場、輸氣站、增壓站、閥室、清管站、輸氣總站和集輸管網等由井口至處理廠（含凈化廠，下同）之間的系統。

1.2 天然氣輸氣工作特點

①介質中含有腐蝕性和有毒物質。天然氣組分中常含H2S、CO2、有機硫、液相水中的Cl-等有不利于生產安全的有害物質，對金屬材料的腐蝕性及對人體的高度危害性。②天然氣通常處于被水蒸氣飽和的濕狀態。天然氣采出過程中，由于溫度壓力的空降，常有凝析水析出，為腐蝕作用的發生提供了條件。且與游離水形成冰雪狀的水合物，阻塞氣體流動通道，影響集輸生產的連續進行。③天然氣具有易燃易爆性。當外界的空氣進入管道和設備內部或外泄的天然氣在一定的空間內與空氣混合達到相應比例時，還可能遇火發生爆炸事故。④天然氣集輸工作壓力高。天然氣氣井井口壓力一般可達20～70MPa，個別甚至高達100MPa。高的工作壓力使設備和管道發生內壓爆破事故的可能性和事故的危害性加大。

2 天氣熱集輸管線冬季凍堵原因分析

2.1 水合物的產生

在一定的溫度和壓力環境下，天然氣與甲烷、硫化氫等分子結合形成結晶態化合物。冬季由于天然氣溫度和自然環境的降低，天然氣集輸管線形成的天然氣水合物堵塞，設備和儀表無法正常運行。

2.2 凝析水的集聚

在天然氣輸送過程中，隨著輸送距離和溫差的變化，部分水將被冷凝，并在管道的最低位置緩慢堆積。當天然氣通過這些位置時，水合物就形成了。水合物的形成會降低天然氣的循環范圍和節流作用，加速水合物的生成，最終造成堵塞和運輸失敗。

2.3 不科學的消泡

在實際應用中，由于不完善的消泡系統，部分天然氣集輸管道會導致氣泡進入集輸管道。冬季低溫會導致水合物生成，長時間形成堵塞。

2.4 管道工藝設計不合理

天然氣管道凍堵的原因分析，找到了一個很重要的原因是管道設計不合理，如污水，等在胸腔積液的設計沒有充分考慮冬季集輸管道所遇到的情況，導致冬季天然氣時的位置節流作用，產生水合物堵塞。

2.5 氣量損失

天然氣集輸管線運行過程中，當環境、液態出現溫度變化的時候，天然氣集輸管線中會出現一些凝析水，凝析水慢慢地聚集起來，越積越多。天然氣集輸管線的敷設高度不同，氣流經過分離器分離頭、閥門等部位之后，在最低的地方，會出現水合物，從而導致流通范圍變小，產生了節流效應，從而導致水合物在此處發生堵塞。為了確保天然氣集輸管線的安全運行，應采取有效措施，來解除堵塞，可以采取放空降壓的方法，但此方法會導致氣量出現一定的損失。

3 預防冬季凍堵的措施探討

3.1 加強安全管理，采取有效的防凍堵措施

①加強安全管理，確保注醇設備保持完好，才能制定科學的注醇方案。實際生產過程中，必須確保注醇順利，注醇相關工藝設備，要定期檢查、調試以及維修，注醇泵安裝完成，調試后才能正式使用。并要檢測供電狀況，檢查注醇管線是否存在漏點，注醇泵、泵體內油位、泵壓是否正常。②必須整改工藝設計中存在的不適應性，進一步優化改進防凍劑加注技術，合理確定加注時間、加注周期，在發現問題的時候，應第一時間內反饋，并要定期清管、排污，預防污水進入下游的集輸管線。

3.2 合理確定防凍劑加注的相關參數

①天然氣集輸管線中天然氣水合物的溫度形成后，來確定防凍劑加注時間以及防凍劑加注量。②重點把握防凍劑的加注時間、周期以及加注量。在進行現場操作的過程中，工況條件不同的話，那么也要根據實際工況，來動態調整防凍劑加注的相關參數。

3.3 加強天然氣氣源的脫水處理

考慮到含天然氣水合物形成和水分子有直接的關系，因此，可以通過天然氣來源水和脫水處理，以減少管道天然氣水含量的測定，使其不能達到水合物的形成條件，從而達到冬季凍堵管道的預防作用。

3.4 增設排水處理

在實際的天然氣管道施工時，管道應保持一定的坡度和排水裝置設置在最低的位置和閥門的位置，此位置混合水和油排氣管。如果天然氣管道內部設置壓力較低，則水和油的內部濃度應排除在手動裝置中以抽取水和油；因此，如果管道壓力較高，則可以在自排放中利用氣體管道壓力打開排水裝置。

3.5 加強對管線和設備的管理

為了防止凍堵，冬天，天然氣集輸企業應加強對管道和設備的檢查和維修，縮短周期，加強設備管理，增加排水次數減少，降低在巡邏過程水合物形成概率。

3.6 防凍堵措施

①在制定加注方案的時候，根據實際生產情況，來進行動態調整，嚴格按照防凍劑方案及使用說明的相關要求進行操作，才能確保防凍劑的加注效果。通常情況下，天然氣集輸管線需要進行2～3次的調整，才能確保加注效果。同時，應適當地對清管周期進行合理調整。②對工藝適應性進行積極改造。根據天然氣集輸管線的實際運行工況，來確定防凍劑加注的相關參數，便可以實現對天然氣水合物堵塞問題的有效控制，確保天然氣集輸管線能夠在冬季寒冷季節正常運行。在進行防凍堵檢查的時候，應專門指派負責人來對天然氣集輸管線內的凍堵情況進行檢查，并在第一時間反饋信息。對已經發生的凍堵問題，應仔細分析凍堵原因，并在第一時間調整加注制度、計溫以及管線清理的時間。

4 結論

冬季發生的凍堵現象要深入進行研究，制定預防和解決方案，同時結合冬季生產經驗和理論，進行分析總結，制定切實有效的解決措施，有助于后續解決冬季管線凍堵問題。

[1]李宏.天然氣集輸管線冬季凍堵及措施分析[J].中國石油和化工標準與質量，2016，36（08）：62～63.