輸氣管道天然氣水合物生成條件及防治措施

仲從響（中國石油西氣東輸管道公司蘇浙滬管理處，江蘇 南京 210002）

天然氣水合物（Natural Gas Hydrate）是在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等）下，由水和天然氣形成的類冰的、非化學(xué)計量的、籠形結(jié)晶混合物。而輸氣管線高壓、密閉、存在節(jié)流等特性，致使輸氣過程中很容易生成水合物。一旦形成水合物，將嚴(yán)重影響輸氣管道的正常運行。

1 天然氣水合物的形成條件

天然氣水合物的形成需要一定的條件，而具體影響因素有很多，概括起來可分為：

1.1 液態(tài)水的存在是生成水合物的必要條件。天然氣管道中液態(tài)水的來源，有采氣時隨天然氣進(jìn)入管線的地層水（游離水）以及氣體中的飽和水蒸汽隨溫度下降而凝析出的凝析水；

1.2 高壓是生成水合物的重要條件。對組分相同的氣體，壓力越高越容易生成水合物，而天然氣集輸都是在高壓條件下進(jìn)行的；

1.3 低溫是水合物形成的另一重要條件。與壓力相反，對相同組分的氣體，溫度越低，越容易生成水合物。輸氣過程中，高壓天然氣通過節(jié)流閥門時，由于節(jié)流效應(yīng)會造成溫度的突然下降，溫度一旦低于天然氣的水露點，天然氣中的水蒸氣就會凝析成液態(tài)水，這就為水合物的形成創(chuàng)造有利條件；

1.4 高流速、壓力波動、氣流方向改變時結(jié)晶核（如微小的固態(tài)雜質(zhì)）引起的攪動是生成水合物的輔助條件；天然氣集輸時經(jīng)常采用調(diào)壓閥，氣體高速通過調(diào)壓閥會產(chǎn)生壓力波動，方向改變，這更為水合物的生成創(chuàng)造條件。

從以上這些條件不難看出，天然氣集輸過程中很容易形成水合物，而通過試驗和生產(chǎn)實際觀察，集輸站場的過濾分離器、調(diào)壓橇等設(shè)備部位尤為容易。

2 天然氣水合物在輸氣管道中的危害

天然氣水合物較為穩(wěn)定，它的產(chǎn)生和分解都有可能產(chǎn)生災(zāi)害，特別是在集輸過程中：

2.1 天然氣水合物一旦形成，它與金屬管道結(jié)合牢固，會減少管道的流通面積，產(chǎn)生節(jié)流，加速水合物的進(jìn)一步形成，進(jìn)而造成管道、閥門和一些設(shè)備的堵塞，嚴(yán)重影響管道的安全運行輸氣管道中。

2.2 已形成的水合物，如果內(nèi)部或外部條件發(fā)生改變，可能會在短時間內(nèi)大量分解，造成局部壓力突然升高，損壞設(shè)備，嚴(yán)重時甚至可能發(fā)生爆炸等嚴(yán)重事故。

因此，如何很好地預(yù)防和治理天然氣集輸過程所形成的水合物，對保障天然氣管道和其它附屬設(shè)備的安全、平穩(wěn)運行具有十分重要的實際意義。

3 輸氣管道生成水合物的判斷

管輸天然氣生成水合物時都有一些特定的現(xiàn)象：

3.1 去往下游的天然氣流量減少，壓力降低；

3.2 管道通過能力減小，氣流聲音越來越?。?/p>

3.3 生成水合物部位前后存在異常壓差，如過濾分離器濾芯，流量計整流器等部位；

3.4 若生成部位為工作調(diào)壓閥，則會出現(xiàn)工作調(diào)壓閥無法動作，或閥門開度迅增大而下游壓力卻減小，節(jié)流流聲音變小。

4 輸氣管道水合物的預(yù)防方法

根據(jù)前文水合物的生成條件，可針對性的采取預(yù)防措施，現(xiàn)階段國內(nèi)外主要采取的有下面幾種方法：

4.1 天然氣進(jìn)入輸氣管道之前應(yīng)進(jìn)行充分脫水，使氣體中的水含量處于不飽和狀態(tài)，亦即氣體溫度高于其水露點，通常情況下天然氣水露點低于其管線周圍介質(zhì)最低溫度5-7℃，這是預(yù)防形成水合物的根本方法。常見處理方法有：稀吸濕溶劑法和固體吸附劑脫水法。吸濕溶劑一般選取乙二醇、二甘醇、三甘醇和四甘醇，由其與天然氣接觸，通過氫鍵吸收水分。固體吸附劑脫水法一般選取分子篩、活性氧化鋁或硅膠等可選擇性吸附水分子的固體吸收天然氣內(nèi)水分；

4.2 向天然氣內(nèi)添加水合物抑制劑，使水合物的形成更加困難。目前廣泛采用的有熱力學(xué)抑制劑、動力學(xué)抑制劑和水合物防聚劑。熱力學(xué)抑制劑一般選取甲醇、乙二醇和二甘醇，他們都是通過改變水合物相的化學(xué)位，使其形成條件向較低溫度或較高壓力范圍移動。動力學(xué)抑制劑主要產(chǎn)品有聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺、聚N-乙烯基吡咯烷酮等。水合物防聚劑是通過加注一些濃度很低的表面或星期或聚合物使液態(tài)水在生成水合物前發(fā)生乳化作用來防止水合物的聚結(jié)，主要有羥基羧酸酰胺、烷氧基而羥基羧酸酰胺等。此類方法需注意的是，如果是針對輸氣站場，某些抑制劑可能會影響流量計的超聲探頭或渦輪葉片的正常工作，導(dǎo)致計量誤差，需將加注點設(shè)置在計量系統(tǒng)后，調(diào)壓裝置前；

4.3 對天然氣進(jìn)行加熱，使其輸送溫度高于水合物形成的平衡溫度以上，實驗已證明，水合物與金屬接觸面溫度升至30-40℃，足以使已生成的水合物迅速分解。該方法需確定水合物生成的具體位置，從兩端向中間加熱以避免水合物分解造成壓力的急劇增加。通常采取管外纏繞電伴熱帶、熱水或蒸汽加熱的方法。

4.4 調(diào)整輸氣工藝流程，減小輸氣壓差或采取多節(jié)減壓的方式。這是由于越大的壓差節(jié)流效應(yīng)越明顯，節(jié)流造成的溫度降低就越大。

5 結(jié)語

根據(jù)天然氣水合物的形成條件，可采取相應(yīng)的預(yù)防和控制措施，但仍無法徹底消除其影響。一些新的方法和技術(shù)，但還有待進(jìn)一步研究，以提出更加經(jīng)濟(jì)有效的方法和技術(shù)，保障天然氣管道的安全、平穩(wěn)運行。

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