天然气冰堵的成因分析及预防措施探讨

天然气冰堵的成因分析及预防措施探讨

【摘要】随着天然气在各大城市的普及，带给人们方便的同时，随着天气的变化，天然气输送过程中时常会遇到冰堵问题的发生，影响正常的天然气输送。因此，本文就天然气输送过程中遇到的冰堵现象，分析其产生原因，并进行深入探讨，提出相应预防措施。【关键词】天然气冰堵防治

随着气温的下降，尤其是冬季，天然气输送站的流量调节阀、调压阀等部分设备易因节流原因产生冰堵现象，严重影响着输气站的安全平稳供气。对于部分输气站，平时供气都相对比较稳定，而进入冬季生产运行后，流量调节阀、调压阀等输气设备由于外界环境温度降低、管线运行压力波动以及刚投产含有水、杂质较多等原因造成了设备冰堵现象，影响正常的平稳供气。

1 冰堵成因分析

冰堵是天然气输送过程中堵塞管道、设备和仪表的一种现象，主要有两方面原因一是是由于水气和天然气的某些组分在一定的压力和温度下生成了一种白色结晶物质，外状类似冰和微密的雪的水合物。这种水合物密度一般为0.88～0.90g/cm3，由碳氢化合物和几分子水组成。研究表明，水合物是一种笼形晶体包络物，水分子借氢键组合形成笼形结晶，天然气中的甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、硫化氢气体分子被包围在晶格中。二是由于管道进水导致的冰堵问题。

其中形成水合物的条件主要是高压、低温、存在一个水合物的形

成体以及要有适当的水量，但并不一定是游离水。而象节流阀门等高流速区会加速水合物形成。

冬季，天然气站场工艺管线和设备（如节流阀）等设备通常会因为气体遇到压力突变引起温度急剧降低极易形成冰堵，这主要是由于冬季天然气输气站场节流造成的，即节流效应。从高压到低压，气体通过阀门或多孔塞作不可逆绝热膨胀时温度发生变化的现象就是节流膨胀。其中，正效应是指，许多气体，在常温下，膨胀后温度降低的一种现象。理想气体，温度不会随绝热节流过程而发生改变。而现实当中，实际气体，温度会随着绝热节流过程而升高、降低或不变。这种由于压力突降引起温度降低产生冰冻的现象的节流效应，就属于正的焦耳-汤姆逊效应。节流前后的压差以及节流前的温度对于节流过程中温降的大小起着关键作用。输气过程中，外界环境直接影响管线天然气温度，而管线输送介质压力，由于调压阀阀后压力恒定故影响节流前后的压差大小。因此，冬季管线输送温度降低时，高输送压力下容易产生节流效应，并产生严重的冰堵现象。

2 天然气冰堵的危害

在天然气管道输送过程中，天然气冰堵现象的发生是威胁输气管道安全运行的一个重要因素。当天然气通过节流阀、调压器、排污阀等阻力件时，天然气压力升高，气体温度下降。温度的降低会使管路、阀门、过滤器及仪表结霜或结冰降低管道的输送效率，严重时甚至会堵塞管道，以导致管道上游压力升高，引起不安全的事故

发生，造成设备及人员的伤害，从而影响正常供气。天然气水合物一旦形成后，它与金属结合牢固，会减少管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进一步形成，进而造成管道、阀门和一些设备的堵塞，严重影响管道的安全运行。因此，研究和讨论天然气输送过程中冰堵现象的防治和处理，对保障天然气管道的安全运行具有十分重要的实际意义。

3 冰堵防治措施研究

对于因管道进水或因注水施压而产生的管内积水导致的冰堵问题，可采用管道干燥的施工方法，主要有干燥剂干燥法、真空干燥法、干空气干燥法。其中干燥剂干燥法一般用甲醇、乙二醇或三甘醇作为干燥剂，干燥剂和水可以任意比例互溶，所形成的溶液中水的蒸汽压大大降低，从而达到干燥的目的。残留在管道中的干燥剂同时又是水合物抑制剂，能抑制水合物的形成。真空干燥法主是在控制条件下应用真空泵通过减小管内压力而除去管内自由水的方法。目前在我国广泛使用的是干空气干燥法，干空气干燥法有两种施工方法：第一就是直接应用干燥空气对管道进行吹扫，第二就是用通球法对管道进行于燥。从干燥效率和效果上讲，前者不如后者；从应用范围上讲。后者适用于通径管线，而前者适用于所有管线，包括变径管线。另外，还要提高施工队伍的整体素质，加强施工人员和监理人员的责任心，争取做到防范于未然，从根源上杜绝此类问题的发生。一旦发现管道中已经进水，应尽早采取措施进行处理。先确定进水管段位置，切断气源，在管道埋深较深处进行开挖，并

进行打压吹扫，放散时宜采用通径放散，尽量避免异径放散。此外，还可以对天然气进行脱水处理，当天然气的含水量低于一定范围时，在相同条件下，冰堵现象会被有效遏制；对气体进行加热，可使用电伴热或是流体伴热线；通过减压，来融化已形成水合物；最后是加入化学制剂来抑制水合物的形成。

而针对因水合物产生的冰堵现象，冬季，天然气输气站场通常采取一下方法；一是在易冰堵设备位置安装涡漩加热器或缠绕电伴热带，来提高天然气的输送温度；二是对过滤器、聚结器、汇管、分离器等设备的排污频次进行加密，及时排出工艺管网中天然气所含带的液态水，降低水露点；三是降低水化物的形成温度，采取在天然气管线中注入化学抑制剂的方法；四是可采取降低长输管线运行压力或通过调压系统前进口球阀节流降低调压系统进出口差压。因此，在冬季运行前，针对冰堵需要进行检查电伴热系统、棉毯包裹排污管线、球阀排污等一些必要冬防保温工作降低调压系统前运行压力。

天然气运行过程中一旦发生冰堵现象，我们要根据不同情况采取相应解决办法进行除堵。一是针对采用电伴热或浇注热水解决流量调节阀冰堵效果不明显的方法，为了降低节流效应，我们可以暂时采取调压阀上游球阀节流的措施；二是使用直接浇开水的方法，来解决水化物不多、直径较小的调压阀指挥器出现的冰堵现象。三是采取缓慢打开阀套式排污阀的方式冲开冰堵部位。四是为防止管线冰堵，如果条件允许，可采取棉毯加缠电伴热带的方式，并可停用

分离器，待冰堵消去后恢复。

4 结论与认识

尽管经过多年的实践和摸索，天然气冰堵防治技术取得了重大进步，水合物堵塞情况得到遏制和好转，但由于目前天然气冰堵防治技术的针对性研究还不够，技术适用条件以及对下游天然气处理的影响还有待进一步考察。

参考文献

[1] 田贯三，马一太，杨昭.天然气节流过程水化物的生成与消除[j] . 煤气与热力，2003，（10）：583-587