天然氣水合物的危害及預防措施

汪生平

摘要：天然氣作為一種安全、清潔、高效的新能源，已經(jīng)逐步替代了傳統(tǒng)的能源，而天然氣的開采不可避免的會產(chǎn)生其伴生物，天然氣水合物的形成對天然氣的開采、技術、加工、運輸?shù)扔兄煌潭鹊挠绊憽１疚某醪椒治隽颂烊粴馑衔锂a(chǎn)生的條件，概述了其對天然氣安全運輸?shù)奈：Τ潭龋唵侮U述了天然氣水合物的預防措施。

關鍵詞：天然氣水合物;危害;預防措施

一、天然氣水合物形成的相關條件

天然氣水合物形成的首要因素為液態(tài)水，天然氣的水含量應是飽和或者過度飽和的狀態(tài)，并且存在游離的液態(tài)水;其次是要有足夠高的壓力;最后是低于水合物形成的溫度。在氣流溫度低于水合物形成的溫度時，加上外界的高壓力，天然氣水合物可以在零度及以上的溫度產(chǎn)生。

處于天然氣中的液態(tài)水，會在管道運輸過程中形成液滴，并且可能在閥門、彎頭、三通等區(qū)域，同管道內壁相互撞擊形成粉末，這些液態(tài)水滴粉末與天然氣一起運輸流動，附著在管道內壁表面成為液態(tài)黏膜，在高壓低溫條件下，在管道內部形成天然氣水合物。隨著天然氣經(jīng)年累月的運輸，水合物也隨之加厚，使得管道內徑逐漸變小，嚴重的情況下會堵塞管道，嚴重影響生產(chǎn)安全。

天然氣運輸過程中的流速和方向的變化也是天然氣水合物形成的原因之一，在彎頭、閥門、孔板及其他局部阻力突然增大的區(qū)域，由于壓力、流向、流速的加劇變化，特別是節(jié)流閥門、分離器出入口、閥門密合不緊密處、壓縮機出入口等地方，由于天然氣溫度驟然降低，會加快天然氣水合物的形成。

根據(jù)以往生產(chǎn)的相關經(jīng)驗，當管道運行相關系數(shù)處于天然氣水合物形成條件之下時，各項條件不滿足天然氣水合物形成的條件，則難以產(chǎn)生天然氣水合物。經(jīng)相關研究表明，不同密度的天然氣，其產(chǎn)生天然氣水合物的壓力、溫度也不盡然相同，在一定范圍內，隨著溫度的升高，天然氣水合物形成所需的壓力也隨之增加。由此可知，在生產(chǎn)過程中要首先測算驗定天然氣的密度，這樣才可以初步估算在一定溫度下天然氣水合物產(chǎn)生的最小壓力，或者是一點壓力條件下天然氣水合物形成的最高溫度，從而進行預測天然氣水合物的產(chǎn)生。

在一定溫度條件下，不同密度的烴類混合物，形成天然氣水合物所需的壓力也存在區(qū)別，5%乙烷和2%丙烷的天然氣混合物，形成天然氣水合物所需的壓力與甲烷相比較低，并且天然氣通常是含烴類分子的混合物，因此其產(chǎn)生天然氣水合物比甲烷相對容易。

二、天然氣水合物在生產(chǎn)過程中的危害

在天然氣生產(chǎn)運輸過程中，天然氣水合物嚴重影響天然氣管道安全運輸。由于天然氣是由大量的烴類物質和小分子氣體成分等構成的，在含有液態(tài)水的環(huán)境中，加之一定壓力條件容易形成水合物。

天然氣水合物的產(chǎn)生與天然氣自由水的含量、壓力、溫度等條件有關。在天然氣管道運輸和相關加工過程中，尤其是產(chǎn)出氣中含有飽和水蒸汽時，天然氣通過阻力件（如節(jié)流閥、調壓器、排污閥等）后會遭受壓力升高，溫度下降等外界環(huán)境。氣體溫度的降低會使管路、閥門、過濾器及儀表出現(xiàn)結霜或結冰現(xiàn)象，從而使管道運輸天然氣的比重下降，嚴重時甚至會堵塞管道，以導致管道上游壓力升高，造成不穩(wěn)定的生產(chǎn)因素，從而進一步影響正常供氣，引起安全事故的發(fā)生，損害公有機械設備及相關工作人員的生命財產(chǎn)安全。

天然氣水合物形成以后，它與金屬管道內壁緊密結合，大幅度減少天然氣在管道內流通的面積，由此而產(chǎn)生的天然氣節(jié)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。而天然氣水合物的清楚，需要大量的時間、能源、物資以及工程的調整，從而導致較大的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，防止水合物生成的費用約占生產(chǎn)總成本的5%-8%。因此，研究和討論天然氣在管內輸送過程中水合物的防治和處理，對保障天然氣管道的安全運行具有十分重要的實際意義。

三、天然氣水合物的預防措施

控制管道內天然氣水合物的生成，是天然氣水合物防治最根本、最安全的策略。根據(jù)天然氣水合物生成條件，對管道中的流體而言，由于流體成分相對穩(wěn)定，并以一定的速度運行，因此抑制水合物的生成主要考慮溫度、壓力和含水三方面的影響：

（1）把輸送壓力降低到所處溫度下形成水合物的生成壓力以下;

（2）脫除天然氣中的水分;

（3）向氣流中加入抑制劑。

3.1加熱法

由于節(jié)流前后溫度下降劇烈，使節(jié)流前的天然氣溫度升高，從而使天然氣在節(jié)流后的溫度高于生成水合物的溫度，防止由于節(jié)流溫度降低而生成水合物。

3.2降壓法

在保持原有的溫度狀態(tài)下，使輸氣管道中的天然氣壓力降低，下降到相關溫度天然氣水合物難以形成的壓力條件之下。

3.3添加抑制法

對于集氣管線內水合物的生成，可以采取添加化學抑制劑法。在一定操作條件下向管道內注入一定量的化學添加劑，改變水合物形成的熱力學條件、結晶速率或聚集形態(tài)，來達到保持流體流動的目的。目前可采取的抑制劑類型主要有熱力學抑制劑、動力學抑制劑、防聚劑三類。

3.4干燥脫水法

天然氣脫水是防止運輸過程中形成水合物最有效的措施。天然氣進入輸氣管道之前應進行充分脫水，使天然氣水露點低于管線周圍介質最低溫度5-7℃，這是預防形成水合物冰堵的根本方法。在天然氣生產(chǎn)過程中，脫水就是降低天然氣中的水汽含量，即降低天然氣的露點。

工業(yè)中廣泛使用的天然氣水合物抑制劑有甲醇和甘醇類化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇。這類抑制劑可以有效地脫除天然氣內的水分，達到抑制水合物生成的目的。在實際應用中，目前常采用的脫水方法是二甘醇溶劑脫水和固體吸附劑脫水。

四、結束語

本文對天然氣的水合物的基本概念、形成因素、預防治理措施進行了初步的研究探索，總結而言有以下的認知和體會：天然氣水合物的形成與天然氣組成成分、壓力和溫度以及游離水的含量等因素有著密切關系;天然氣水合物嚴重影響天然氣的開采、運輸和加工等正產(chǎn)生產(chǎn)工藝的進行;水合物的抑制生成主要從溫度、壓力和含水三方面著手，其中脫除天然氣中的水分，是抑制水合物生成的最根本途徑。希望本文的初步研究，對廣大相關工作人員起到一定程度上的幫助。

參考文獻：

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