天然氣長輸管道水合物防治措施

牛生輝 吳淵 張科

陜西省天然氣股份有限公司生產技術部，陜西 西安 610016

前言

對于天然氣長輸管道及天然氣場站，天然氣水合物是輸氣生產中厄待解決的棘手問題。管道水合物堵塞產生原因主要有[1]：一是長輸管道投產前在注水試壓結束后的掃線，清官過程中，沒有將管道中的存水清理干凈，造成部分管段聚水較多，在冬季來臨溫度較低時凍結或形成天然氣水合物；二是天然氣在經過場站調壓，節流，過濾分離器時，由于節流效應[2]，當管內溫度低于天然氣水露點時，天然氣組分中的水分子析出，在高壓低溫條件下，產生天然氣水合物，從而堵塞閥門、流量儀表和其他工藝設備。在陜西省安邊至西安靖西三線建成投產后，由于長慶天然氣第五處理廠天然氣含水量較大，西安東站調壓閥及永樂站流量調節閥都曾發生過閥門冰堵事件。

1 長輸管道水合物產生的原因

水合物的形成條件有三個，必須同時滿足才能形成水合物[3]：

1)氣體出浴水汽的過飽和狀態或者有游離水的存在；

2)有足夠高的壓力和足夠低的溫度（圖1所示為水合物形成壓力溫度）；

圖1 形成天然氣水合物壓力溫度條件

3)壓力的波動，氣流的攪動，雜質的存在

簡單的理解即在有游離水存在下，在高壓低溫條件下，若管道中出現節流，紊流，雜質時，既可以形成天然氣水合物。如圖2所示為天然氣長輸管道內形成天然氣水合物。

天然氣水合物形成后，會對輸氣管道輸氣效率產生顯著的影響[4]：（1）天然氣水合物在輸氣干線或儲氣場站（如彎頭、閥門、節流裝置等部位）形成后，容易造成流通面積減小，形成局部堵塞，使輸氣管道閥門等部位上游壓力增大，下游壓力降低，流量減小，從而影響正常輸氣和給下游門站平穩供氣；（2）在氣液聯動閥的引壓管處形成天然氣水合物，會導致壓力變送器無法及時、準確檢測到管道內的實時壓力信號，造成閥門誤關斷；（3）在節流孔板處形成天然氣水合物，直接影響天然氣貿易計量、結算的準確性，使上下游單位之間的氣量結算產生計量糾紛。

圖2 長輸管道內天然氣水合物堵塞管道

2 天然氣管道水合物防治

為解決注水試壓后的管道積水問題，可對投運前的管道進行干燥處理，目前西氣東輸天然氣管道普遍采用的方法有干空氣干燥法、加干燥劑及真空干燥法[5]。

干空氣干燥法[6]是直接用干燥空氣對管道進行吹掃，或采用通球法對管道進行干燥；而用干空氣吹掃的干燥效率和效果要好于用通球法干燥。干燥劑干燥法通常采用加醇，由于甲醇，己二醇及三甘醇和水可以任意比例互溶，在所形成的溶液中水的蒸汽壓大大降低，殘留在管道中的醇類又是水合物抑制劑，可以抑制水合物形成，從而達到干燥管道的目的；真空干燥法是人為地在管道內制造真空環境，應用真空泵降低管道內的壓力，從而使附著在管壁上的水分氣化從而使管道干燥。

3 天然氣管道冰堵點確定

由于冬季輸氣高峰期間，由于管道長期處于高壓狀態，而輸氣溫度較低，因此，在場站節流調壓部位容易發生冰堵，而一般確定冰堵點則根據管道上下游壓力確定。

安邊至西安輸氣管道末站永樂站2012年12月8日節流閥發生水合物堵塞管道，其站內節流閥閥后壓力隨時間變化表。

表1

當2:00左右第一次發現節流閥閥后壓力明顯降低時場站人員再次增加閥門開度，打算使下游壓力穩定，4:00左右開始又發現壓力開始降低，當場站人員檢查各個閥門時發現節流閥出現冰堵，無法動作。

4 管道冰堵點處理

目前，場站一般的冰堵點處理方法主要有[7]：（1）通過加醇撬向冰堵管段內加入干燥劑，破壞水合物的形成條件，并使已形成的水合物分解。（2）降壓分解法。由于天然氣水合物在低壓條件下容易重新分解，可以在冰堵點下游部分管段人為降低輸氣管道壓力，隨著壓力降低，水合物的形成溫度隨之下降，當水合物的形成溫度低于輸氣管道的氣體溫度時，水合物立即分解。永樂站節流閥冰堵后，通過放空節流閥后至下游用戶之間管道內的天然氣，20分鐘內冰堵位置水合物分解。實踐證明，水合物的分解速度很快，整個過程僅需十幾分鐘，這是由于水合物的結晶殼開始液化時，水合物立即從管壁脫落，并被排出的氣流從輸氣管道帶出[4]；（3）對冰堵管段澆淋熱水，或采用熱蒸汽加熱，升高輸氣管段溫度，從而使水合物分解，切記不可用火烘烤；(4)降低輸氣管道壓力，由于水合物的形成條件為高壓低溫，降低整條輸氣管道的輸氣壓力自然不可能形成天然氣水合物，不過由于降低管道輸氣壓力不利于管道輸氣，因此此方法所用不多。(5)在容易發生冰堵點的閥門，節流點及彎頭處加電伴熱[8]。不過提高管道溫度，也會降低管道輸氣效率，所以需在兩者之間優化選擇。

在陜西省長輸管道實際輸氣中，一般場站會在調壓閥、節流閥等關鍵部位加裝加電伴熱，這是比較常用的方法，而向管道冰堵點澆淋熱水是最簡單易行的冰堵部位處理方法。

圖3 永樂站節流閥冰堵點閥后壓降曲線

[1]張城,耿斌編著.天然氣管輸與安全[M].北京：中國石化出版社,2009.1

[2]黃春芳編著.天然氣管道輸送技術[M].北京：中國石化出版社,2009.6

[3]劉春陽,畢研軍,李玉星等.天然氣水合物生成的影響因素[J].油氣儲運，2009.28（12）

[4]吳錫合,張德慶,張爭偉.天然氣長輸管道冰堵的防治與應急處理[J].油氣儲運，2012.31（4）

[5]李長俊主編.天然氣管道輸送（第二版）[M].北京：石油工業出版社,2008.9

[6]赫敏,陳保東等.長輸管道內天然氣水合物形成的預測[J].化工進站,2006.25

[7]李長俊.天然氣水合物形成條件預測及防止技術[J].管道技術與設備，2002

[8]苗春卉,張慶虎,邱姝娟.長輸管道天然氣水合物形成與預防綜述[J].上海煤氣,2007.2