炼油厂天然气管道冰堵发生原因及相应处理措施

炼油厂天然气管道冰堵发生原因及相应处理措施

发表时间：2018-06-19T11:49:56.420Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第2期作者：张勇

[导读] 天然气资源对我国能源清洁化和经济发展有直接影响。

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摘要：随着我国炼油厂的迅速发展，天然气管道的传输距离逐渐变长。出于对管道安全性的考虑，冰堵问题受到高度重视。通过分析炼油厂天然气管道冰堵发生的原因，详细阐述冰堵原理以及相应处理措施，有效解决炼油厂实际生产问题。

关键词：炼油厂；天然气；管道冰堵；原因；相应处理措施；

0引言

天然气资源对我国能源清洁化和经济发展有直接影响。由于管道中天然气水露点较高或者管道投产前存水没有清理干净，在低温条件下生成天然气水合物，导致管道生产运行过程中发生冰堵现象，成为运行管理单位急需解决的棘手问题[1]。本文从管道所在地的天气、地理以及管道运行工艺、气质等方面，分析了冰堵发生的原因，详细探讨了有效解决、预防冰堵问题的方法和适用范围，能够延缓水合物的形成，为我国天然气管道冰堵解决工作提供重要参考资料。

1分析炼油厂天然气管道冰堵发生原因

1.1天然气水露点

水露点是含有一定量水汽的空气在气压不变的情况下降低温度，当饱和水汽压降到和实际水汽压相等时，天然气中开始分离第一批液滴压力，等压力到达一定值时，就会慢慢从气相中分离出第一批液滴的温度，这个温度就称作水露点。也正因为如此，天然气水露点可以作为饱和水汽含量的体现。当管道内气温降低时，饱和水的气压也随之变小，若水露点高，其饱和水汽含量一定也会很高[2]。因此，天然气水露点，不仅需要达到管道输送标准，对天然气气质也具有重要意义。在《输气管道工程设计规范》中明确规定，进入管道内的天然气水露点必须比管道运行工况最低环境温度还要低45℃左右。如果管道内输送的天然气中含水量不变，水露点值会随着压力的升高而升高，随着压力的降低而降低。天然气水露点的检测、计算以及研究的主要目的是判断管道内是否含有游离水，进一步确定管道内部是否能达到水合物生成的条件。

1.2天然气水合物的形成

炼油厂天然气管道运行和清管过程中均容易出现多次冰堵现象，一般情况下是由甲烷为主的轻烃、重烃及非烃与水分子结合形成水合物引起的[3]。天然气水合物形成需满足以下条件:

(1)有足够的水分作为化合物的形成体

(2)一定的温度和压力，水合物的形成需要低温和高压。

(3)气体扰动剧烈，处于水汽的饱和或过饱和状态，并有结晶中心存在。

天然气输送时密度、输量较高，因此管道运行过程中需要一定压力，其气质组成质量分数如表1所示。

天然气气源多且复杂，气体参数变化范围较大，当天然气水合物在输气管道低洼处时，弯头、阀门、节流装置等部位就容易聚集一定量的液态水，导致气体出现高流速、搅动、高压脉动等现象，并伴有粉尘的存在，使流通面积逐渐变小，形成局部堵塞，达到了天然气水合物形成的条件。在管道弯头、节流孔板、管壁等位置形成水合物容易造成调压设备、主管道、仪表设备以及站内分离设备堵塞，对天然气流量的计量准确性安全输送造成直接影响。天然气管道冰堵点分布较广且不均匀，水合物生成压力大概在3~10MPa左右。在单个水合物单元体中，水分子形成空间笼的结构，其他分子进入笼中，最终构成天然气水合物的结构。当管道内的压力、温度达到一定数值时，能够确定天然气的饱和含水量。不饱和含水的天然气输入管道运行后，露点因压力降低开始慢慢下降，当其下降至管道温度时，如果压力值一定并且水合物的形成温度比管道温度高，就容易析出水合物。

2炼油厂天然气管道冰堵相应处理措施的探讨

2.1冰堵预防措施

加大天然气管道内的清洁力度，保障管道内没有大颗粒介质和游离水，焊缝处的对口必须达到标准值。脱水也是预防管道冰堵的有效手段之一，工艺较成熟，可依照实际情况选择最符合标准的脱水工艺，从气体中将水分分离出来，没水就没有办法形成水合物。脱水的目的不是使所有的水消失，只是需要将水的含量降到一个单位水合物就可以。

2.2判断管道冰堵位置

管道冰堵的位置可以通过震动和气流声确认。一般情况下，冰堵点的管道表面温度会比周围管道表面温度低6℃左右，并且两侧有略微的冻结的现象。

2.3提高输送温度

通过提高输送温度，可以有效阻止水合物形成或将水合物融化[4]。利用电加热器和水套炉等装置对天然气进行加热，并保障加热时间足够长，能够达到其在输出管道时比水合物形成温度高很多。通过加热装置提高输送温度的方法也可以作为天然气管道防冻和解冻的有效措施。管道在运行时，无法确认天然气水露点，因此加热装置的投用功率需要使调压后天然气温度达到5℃最合适。一般情况下，当天然气压力每提高1MPa，温度就会升高大概10℃，当压力每降低1MPa，天然气温度就会降低大约4.1℃。加热装置都属于能耗较大的设备，从经济角度出发，如果所需加热功率不高于300kW时，可以选择电加热器，当需要较高温度时可以选择水套炉完成加热任务。对于天然气管道来说，如果管道太长，使用一个加热装置在天然气进入管道之前对其加热，可能无法有效处理管道冰堵现象，需要考虑分段加热或者是利

用流体伴热线。

2.4降压解堵法

如果天然气管道中的某一段出现水合物时，可以通过降低输气管道的压力及温度，阻止水合物形成或融化已经形成的水合物。通过实验证明，由于水合物的结晶壳液化到从管壁脱落被带出的过程速度很快，使得整个水合物的分解过程仅需要9min左右。但是这样的方法需要慎重选择，因为管道内压力值是一个较重要的生产运行参考指标，通常情况下，管内需要维持一个相对稳定的压力值。降压方法经常作为一个补救措施，用于融化成型的水合物。

2.5添加抑制剂

利用化学制剂可以有效抑制天然气水合物的生成。通常情况下将甲醇或者乙二醇注入天然气管道内，利用其可以大量吸收水分的特性，使管道内温度降低，无法满足水合物形成的温度条件，将已经生成的水合物降解。添加防冻剂处理冰堵时，天然气管道内容易残留剩余凝析水和防冻剂，需要第一时间利用排水设备将其全部排出管外。因甲醇属于有毒物质，工作人员在进行操作时，必须注意保护身体不受毒害。

3结束语

依据对炼油厂天然气管道冰堵现象的研究，进一步了解冰堵发生过程和处理措施的应用。冰堵对管道的安全运行影响十分巨大，容易造成安全隐患，严重阻碍管道运行。冰堵发生的主要原因就是天然气水合物的生成，根据天然气水合物生成的条件，阻止其生成能够达到彻底预防冰堵的效果[5]。通过对炼油厂天然气管道冰堵发生原因及相应处理措施的研究，为管道运行中冰堵现象的预防和解除提供理论指导参考资料和相对应的技术支持。

参考文献

[1]刘洋,董玉斌.天然气管道冰堵发生原因及解决措施研究[J].科研,2016,11(3):00257-00257.

[2]王亮.天然气管道冰堵发生原因及解堵措施[J].化工管理,2017,19(10):154-154.

[3]潘长满.天然气管道冰堵发生原因及解决对策[J].化工管理,2016,21(16):163-163.

[4]陈富山,李伟源.浅析天然气管道冰堵原因及防治措施[J].工业,2016,11(6):00006-00006.

[5]邓付平,王大海.天然气长输管道冰堵的防治与应急处理[J].石化技术,2017,24(9):242-242.