探析天然气冰堵防治措施与处理方法

探析天然气冰堵防治措施与处理方法

摘要：天然气场站在冬季运行时，部分关键设备如调压阀、流量调节阀等由于节流原因易产生冰堵现象，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，极易造成设备及人员的伤害。严重影响输气场站的安全平稳供气。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。

关键词：冰堵；防治；措施

一、冰堵成因分析

对于天然气长输管道和天然气分输站，冰堵是运行管理单位需要解决的棘手问题。冰堵产生的主要原因，一是长输管道投产前，在注水试压后的扫线、清管过程中，没有将管道内的存水清理干净，造成部分管段聚水较多，温度较低时冻结或形成天然气水合物，此种情况多出现在长输管道地势低洼处；二是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。天然气在经过分输场站的调压撬、过滤分离器时，由于焦耳-汤姆逊效应，温度急剧降低，当温度低至天然气水露点时，天然气组分中的水分子析出，在高压低温条件下，产生天然气水合物，从而堵塞阀门、流量计和其他工艺设备，此类冰堵易发生在调压撬处，故在降压分输过程中极易产生冰堵。

二、天然气管道冰堵的防治措施

1.管道进水导致冰堵的防治。

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。对于因注水试压而产生的管内积水问题，可采用管道干燥的施工方法，具体方法包括：干燥剂干燥法、真空干燥法和干空气干燥法。干燥剂干燥法通常采用甲醇、乙二醇或三甘醇为干燥剂，干燥剂和水以任意比例互溶，在所形成的溶液中水的蒸汽压大大降低，从而达到干燥管道的目的。残留在管道内的干燥剂又是水合物抑制剂，可以抑制水合物的形成。真空干燥法是在控制条件下应用真空泵通过减小管内压力而去除管内自由水，原理是制造与管内温度相应的真空压力，使附着在管道内壁的水分沸腾汽化。干空气干燥法是目前我国使用最广泛的干燥方法，主要有两种施工方式：直接使用干燥空气对管道进行吹扫和采用通球法对管道进行干燥。前者的干燥效率和干燥效果要好于后者，且前者适用于所有管道，后者仅适用于通径管道。

2. 天然气水合物形成冰堵的防治。

目前，关于天然气水合物冰堵的防治尚无成熟的防治措施，施工过程中可尝试以下方法：①确保管道内天然气含水量满足标准规定，在天然气进入管道前，对其进行干燥处理。通常采用的天然气干燥方法有两种：液体吸收法和固体吸附法。前者是利用甘醇等具有良好亲水性的液体脱水剂，降低天然气水露点，使之在输送压力条件下，低于输气温度5～10 ℃；后者是利用分子筛、氧化铝、活性碳、硅胶等具有较强吸附能力的脱水吸附剂，吸附天然气中的水汽，降低天然气水露点。液体吸收剂和固体吸附剂吸水后，可通过蒸馏或加热等方法再生。②加密分离器、过滤器、聚结器、汇管等设备的排污频次，及时排出工艺管网中天然气所含带的液态水，降低水露点。日常巡检时，注意检查过滤分离器的差压表，当过滤器差压大于40～50 kPa 时，应立即更换滤芯。③提高天然气流动温度，在调压橇前对天然气加热或者在易冰堵管段安装电伴热带，确保天然气的流动温度或者调压橇后的气体温度保持在天然气水露点以上，防止天然气水合物的生成。大部分分输站均在调压橇前安装了电加热器，并在分输场站内的排污管道、调压橇管道、调压橇引压管、自用气橇增设了电伴热带且包裹保温材料。④加入化学制剂抑制天然气水合物的形成。⑤在下游分输管道具备一定储气调峰能力的前提下，适当提高下游分输压力且间歇输送，既满足了下游用户的天然气用量需求，又降低了调压橇分输时的前后压差，从而避免调压橇后的天然气温度过低而产生冰堵。

此外在冬季运行前，针对冰堵我们还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。如在运行过程中已发生冰堵现象，要针对不同设备采取不同的方法解决。

三、天然气管道冰堵的日常处理方法

目前，工程上主要采取以下措施解决天然气管道冰堵：①降压解堵法。在形成水合物的输气管段，利用特设支管暂时将部分天然气放空，以降低输气管道的压力和温度，当水合物的形成温度低于输气管道的气体温度时，水合物立即分解。实践证明，水合物的分解速度很快，整个过程仅需要10 min，这是由于当水合物的结晶壳开始液化时，水合物立即从管壁脱落，并被排出的气流从输气管道带出。

②向冰堵管段注入甲醇等防冻剂，利用防冻剂大量吸收水分，降低水合物形成的平衡温度，破坏水合物的形成条件，使已形成的水合物分解。注入防冻剂解堵后，管道内留有凝析水和防冻剂，需要及时通过排水设施将其排出管外。但甲醇是有毒物质，操作人员在工作时，应注意保护自身不受侵害。③对冰堵管段浇淋热水或者采用蒸汽加热车进行蒸汽加热解堵，若是埋地管道则需对该管段进行开挖。

④放空吹扫冰堵管段，并利用下游分输管道进行反吹扫。⑤提高分输压力，减小调压撬的前后压差（低于1MPa）。在干线管道上利用上游截断阀室的旁通管道进行压力调节，降低分输站的进站压力。

四、结论与认识

在实际生产中，天然气加热和注醇是最常用的冰堵处理方法，而向管道冰堵部位喷淋热水和蒸汽加热是最简便易行的冰堵处理方法。

参考文献

[1] 原青民，周志歧，唐蒙，等. Q/SY 30-2002 天然气长输管道气质要求[S]. 北京：石油工业出版社，2002.