輸氣管道天然氣水合物生成條件及防治措施分析

袁志紅

（中石化中原油田普光分公司采氣廠，河南濮陽 635000）

輸氣管道天然氣水合物生成條件及防治措施分析

袁志紅

（中石化中原油田普光分公司采氣廠，河南濮陽 635000）

近年來，天然氣工業(yè)發(fā)展步伐日益加快，輸氣管道中產(chǎn)生的水合物引起的管道堵塞問題引起了越來越多人的關(guān)注，其對企業(yè)以及人民的生活也造成了較大的影響。天然氣中的一些成分和水共同組成了天然水合物。若輸氣管道產(chǎn)生天然氣水合物，將會對輸氣管道的分輸能力組成極大的影響。因此主要從天然氣水合物的生產(chǎn)條件、判斷方式以及防治手段展開探討。

輸氣管道；天然氣水合物；生成；防治

1 天然氣水合物的生成條件

1）高速流、氣流方向變化、壓力改變的過程中，結(jié)晶核所產(chǎn)生的攪動為水合物的形成提供了輔助條件。集中輸送天然氣時，一般使用調(diào)壓閥，氣體高速經(jīng)過調(diào)壓閥便會使壓力出現(xiàn)波動，變換方向，進而為水合物的形成創(chuàng)設(shè)一定的環(huán)境。

2）作為水合物產(chǎn)生的重要條件之一，組分相同的氣體，溫度越低，則水合物產(chǎn)生的概率就越大。輸氣期間，高壓天然氣節(jié)流閥門會產(chǎn)生節(jié)流效應，該效應會使溫度驟降。當溫度比天然氣的水露點還要低時，天然氣內(nèi)的水蒸氣便會發(fā)生凝析，液態(tài)水隨之產(chǎn)生，進而加速水合物的產(chǎn)生。

3）高壓。天然氣均于高壓環(huán)境下完成集輸，若氣體的組分一致，則壓力與水合物產(chǎn)生的難易程度呈正比。

4）水合物形成的一大必要條件便是有液態(tài)水，天然氣管道內(nèi)的液態(tài)水不僅有地層水，而且還有凝析水。前者是采氣過程中伴著天然氣到達管線的，而后者則是由于氣體內(nèi)的飽和水蒸氣伴隨著溫度的降低而發(fā)生凝析而得。

通過上述幾點總結(jié)，可發(fā)現(xiàn)天然氣集輸期間生成水合物的概率較大，在實際的生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，較易生成水合物的設(shè)施位置有調(diào)壓撬、過濾分離器等。

2 天然氣水合物生成的判別方法

輸氣管道天然氣在生成水合物的過程中均會表現(xiàn)出部分征象，常見的現(xiàn)象包括以下幾點。其一，管道通過率變小，氣流聲音也逐漸微弱；其二，下游管道的天然氣流量變小，壓力變??；其三，形成水合物的部位，其在水合物形成之前與形成后會出現(xiàn)異常壓力差，比如流量計整流器、過濾分離器濾芯等位置。如果工作調(diào)壓閥形成天然氣水合物，便會出現(xiàn)閥門開度快速變大，但下游壓力卻變小，節(jié)流聲音減弱的現(xiàn)象，或者導致工作調(diào)壓閥不能工作。

3 天然氣水合物生成所造成的危害

天然氣水合物具備較強的穩(wěn)定性，其形成與分解期間均會對輸氣管道造成危害，常見的危害有以下幾點。

一是天然氣水合物產(chǎn)生之后，其會同金屬管道牢牢結(jié)合，從而使管道的流通面積下降，節(jié)流隨之形成，水合物的生成量也將逐漸增多。繼而堵塞閥門、管道等相關(guān)設(shè)備，對輸氣管道的正常安全運轉(zhuǎn)造成不利影響。二是對于已經(jīng)生成的水合物，若內(nèi)外部條件出現(xiàn)的變化，將對在較短的時間內(nèi)發(fā)生分解，且分解量較大，局部壓力驟升，從而對設(shè)備造成損害，重則引發(fā)爆炸等嚴重后果[2]。由此可見，必須重視對輸氣管道天然氣水化物的生成進行防治，以確保天然氣管道及其相關(guān)設(shè)施的平穩(wěn)、安全運轉(zhuǎn)，從而更好地服務于人民的生活。

4 天然氣水合物的防治措施

1）對輸氣工藝實施調(diào)整，借助多節(jié)減壓與降低輸氣壓差的手段來防范天然氣水合物的產(chǎn)生。實施該措施的依據(jù)主要是節(jié)流效應會隨著壓差的增加而愈加強烈，從而使節(jié)流引發(fā)的溫度降幅更大。

2）加熱天然氣，使輸送溫度比水合物生成時的平衡溫度更高。有研究顯示，金屬和水合物的接觸面溫度上升到30~40℃時，則會使已經(jīng)產(chǎn)生的天然氣水合物發(fā)生分解，并且分解的速度較快。此手段的運用前提是要明確水合物產(chǎn)生的詳細部位，以便由兩端往中間予以加熱，從而防止水合物在分解的過程中引發(fā)壓力驟升，一般運用的加熱手段為蒸汽加熱、熱水加熱或者管外繞電伴熱帶。

3）將水合物抑制劑加入天然氣中，從而增加水合物生成的難度?，F(xiàn)階段所使用的抑制劑包括水合物防聚劑、動力學抑制劑以及熱力學抑制劑。水合物防聚集的作用機理是將濃度較低的表層或者聚合物添加到天然氣中，從而實現(xiàn)液態(tài)水在形成水合物之前，產(chǎn)生乳化作用，從而避免水合物出現(xiàn)聚結(jié)。常見的水合物防聚集包括烷氧基、羥基羧酸酰胺等。動力學抑制劑則包括聚N-乙烯基吡咯烷酮、聚N-乙烯基己內(nèi)酰胺等。通常選用二甘醇、乙二醇與甲醇作為熱力學抑制劑，其均能夠使水合物相的化學位發(fā)生變化，從而使其產(chǎn)生條件，網(wǎng)壓力偏高或者溫度偏低的區(qū)間移動。運用該手段應注意以下幾點。對于輸氣站場，部分抑制劑有可能會對渦輪葉片的運轉(zhuǎn)以及流量計的超聲探頭的正常工作產(chǎn)生不利影響，引起計量誤差。故應將加注點設(shè)計在調(diào)壓裝置之前，計量系統(tǒng)之后。

4）將天然氣輸送至輸氣管道前，首先要實施徹底脫水，確保氣體內(nèi)的水含量為不飽和狀態(tài)，也就是氣體的溫度比水露點高。一般情況下，天然氣水露點比其管線周邊介質(zhì)的最低溫度（5~7℃）還要低，該手段是避免天然氣水合物生產(chǎn)的根本之道。較為常見的處理手段為固體吸附劑脫水法、稀吸濕溶劑法。

5 結(jié)束語

通過對天然氣水合物的生成條件進行分析，能夠運用有關(guān)的手段進行防范或者控制，然而并不能夠?qū)⑵渌鶐淼挠绊懲耆１疚慕榻B了幾種防治手段，但是在某些特定條件下，僅適用一種措施難以實現(xiàn)抑制目的，因此部分情況下應綜合使用多種手段來抑制天然氣水合物生成?，F(xiàn)階段應加強對新技術(shù)的試驗與研究，從而增強天然氣水合物防治手段的經(jīng)濟性與有效性，從而使天然氣管道的正常運行得以保障。

[1] 史博會，全愷，喬國春，等.榆濟輸氣管道水合物冰堵防治措施[J].油氣儲運，2014，（3）：274-282.

[2] 徐昌暉，申凱，王有良.天然氣水合物預測方法與防治措施分析[J].遼寧化工，2016，45（1）：74-75.

Analysis on Gas Hydrate Generation Conditions and Preventive Measures in Gas Pipeline

Yuan Zhi-hong

In recent years，the pace of development of natural gas industry is accelerating，and the problem of pipe clogging caused by hydrate in gas pipeline has aroused more and more people’s attention.It has also a great impact on the life of enterprises and people.Some of the components of natural gas and water together form a natural hydrate.If the gas pipeline produces gas hydrate，it will have a great impact on the transmission capacity of the gas pipeline.This article mainly from the gas hydrate production conditions，judgments and prevention methods to explore.

gas pipeline；natural gas hydrate；generation；control

TE832

A

1003–6490（2017）05–0186–02

2017–04–26

袁志紅(1984—)，女，河南濮陽人，助理工程師，主要從事集輸工作。