天然氣集輸管線冬季凍堵及措施研究

田明號(hào) 李 順

（淇縣天然氣有限公司 河南省鶴壁市 456750）

1 天然氣輸氣及工作特點(diǎn)

1.1 天然氣輸氣工作概述

天然氣是由烴類和非烴類組成的復(fù)雜混合物。天然氣中的烴類基本上是烷烴，通常以甲烷為主，還有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷及其以上烴類（C6+）。在C6+中有時(shí)還含有極少量的環(huán)烷烴（如甲基環(huán)戊烷、環(huán)己烷）及芳香烴（如苯、甲苯）。天然氣中的非烴類氣體，一般為少量的 N2、O2、H2、CO2、H2S 及水蒸氣，以及微量的惰性氣體如 He、Ar、Xe 等。本文所指的天然氣集輸系統(tǒng)只包括氣田內(nèi)部天然氣的匯集，即只含氣田內(nèi)部的井場(chǎng)、輸氣站、增壓站、閥室、清管站、輸氣總站和集輸管網(wǎng)等由井口至處理廠（含凈化廠，下同）之間的系統(tǒng)。

1.2 天然氣輸氣工作特點(diǎn)

①介質(zhì)中含有腐蝕性和有毒物質(zhì)。天然氣組分中常含H2S、CO2、有機(jī)硫、液相水中的Cl-等有不利于生產(chǎn)安全的有害物質(zhì)，對(duì)金屬材料的腐蝕性及對(duì)人體的高度危害性。②天然氣通常處于被水蒸氣飽和的濕狀態(tài)。天然氣采出過程中，由于溫度壓力的空降，常有凝析水析出，為腐蝕作用的發(fā)生提供了條件。且與游離水形成冰雪狀的水合物，阻塞氣體流動(dòng)通道，影響集輸生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。③天然氣具有易燃易爆性。當(dāng)外界的空氣進(jìn)入管道和設(shè)備內(nèi)部或外泄的天然氣在一定的空間內(nèi)與空氣混合達(dá)到相應(yīng)比例時(shí)，還可能遇火發(fā)生爆炸事故。④天然氣集輸工作壓力高。天然氣氣井井口壓力一般可達(dá)20～70MPa，個(gè)別甚至高達(dá)100MPa。高的工作壓力使設(shè)備和管道發(fā)生內(nèi)壓爆破事故的可能性和事故的危害性加大。

2 天氣熱集輸管線冬季凍堵原因分析

2.1 水合物的產(chǎn)生

在一定的溫度和壓力環(huán)境下，天然氣與甲烷、硫化氫等分子結(jié)合形成結(jié)晶態(tài)化合物。冬季由于天然氣溫度和自然環(huán)境的降低，天然氣集輸管線形成的天然氣水合物堵塞，設(shè)備和儀表無法正常運(yùn)行。

2.2 凝析水的集聚

在天然氣輸送過程中，隨著輸送距離和溫差的變化，部分水將被冷凝，并在管道的最低位置緩慢堆積。當(dāng)天然氣通過這些位置時(shí)，水合物就形成了。水合物的形成會(huì)降低天然氣的循環(huán)范圍和節(jié)流作用，加速水合物的生成，最終造成堵塞和運(yùn)輸失敗。

2.3 不科學(xué)的消泡

在實(shí)際應(yīng)用中，由于不完善的消泡系統(tǒng)，部分天然氣集輸管道會(huì)導(dǎo)致氣泡進(jìn)入集輸管道。冬季低溫會(huì)導(dǎo)致水合物生成，長(zhǎng)時(shí)間形成堵塞。

2.4 管道工藝設(shè)計(jì)不合理

天然氣管道凍堵的原因分析，找到了一個(gè)很重要的原因是管道設(shè)計(jì)不合理，如污水，等在胸腔積液的設(shè)計(jì)沒有充分考慮冬季集輸管道所遇到的情況，導(dǎo)致冬季天然氣時(shí)的位置節(jié)流作用，產(chǎn)生水合物堵塞。

2.5 氣量損失

天然氣集輸管線運(yùn)行過程中，當(dāng)環(huán)境、液態(tài)出現(xiàn)溫度變化的時(shí)候，天然氣集輸管線中會(huì)出現(xiàn)一些凝析水，凝析水慢慢地聚集起來，越積越多。天然氣集輸管線的敷設(shè)高度不同，氣流經(jīng)過分離器分離頭、閥門等部位之后，在最低的地方，會(huì)出現(xiàn)水合物，從而導(dǎo)致流通范圍變小，產(chǎn)生了節(jié)流效應(yīng)，從而導(dǎo)致水合物在此處發(fā)生堵塞。為了確保天然氣集輸管線的安全運(yùn)行，應(yīng)采取有效措施，來解除堵塞，可以采取放空降壓的方法，但此方法會(huì)導(dǎo)致氣量出現(xiàn)一定的損失。

3 預(yù)防冬季凍堵的措施探討

3.1 加強(qiáng)安全管理，采取有效的防凍堵措施

①加強(qiáng)安全管理，確保注醇設(shè)備保持完好，才能制定科學(xué)的注醇方案。實(shí)際生產(chǎn)過程中，必須確保注醇順利，注醇相關(guān)工藝設(shè)備，要定期檢查、調(diào)試以及維修，注醇泵安裝完成，調(diào)試后才能正式使用。并要檢測(cè)供電狀況，檢查注醇管線是否存在漏點(diǎn)，注醇泵、泵體內(nèi)油位、泵壓是否正常。②必須整改工藝設(shè)計(jì)中存在的不適應(yīng)性，進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)防凍劑加注技術(shù)，合理確定加注時(shí)間、加注周期，在發(fā)現(xiàn)問題的時(shí)候，應(yīng)第一時(shí)間內(nèi)反饋，并要定期清管、排污，預(yù)防污水進(jìn)入下游的集輸管線。

3.2 合理確定防凍劑加注的相關(guān)參數(shù)

①天然氣集輸管線中天然氣水合物的溫度形成后，來確定防凍劑加注時(shí)間以及防凍劑加注量。②重點(diǎn)把握防凍劑的加注時(shí)間、周期以及加注量。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作的過程中，工況條件不同的話，那么也要根據(jù)實(shí)際工況，來動(dòng)態(tài)調(diào)整防凍劑加注的相關(guān)參數(shù)。

3.3 加強(qiáng)天然氣氣源的脫水處理

考慮到含天然氣水合物形成和水分子有直接的關(guān)系，因此，可以通過天然氣來源水和脫水處理，以減少管道天然氣水含量的測(cè)定，使其不能達(dá)到水合物的形成條件，從而達(dá)到冬季凍堵管道的預(yù)防作用。

3.4 增設(shè)排水處理

在實(shí)際的天然氣管道施工時(shí)，管道應(yīng)保持一定的坡度和排水裝置設(shè)置在最低的位置和閥門的位置，此位置混合水和油排氣管。如果天然氣管道內(nèi)部設(shè)置壓力較低，則水和油的內(nèi)部濃度應(yīng)排除在手動(dòng)裝置中以抽取水和油；因此，如果管道壓力較高，則可以在自排放中利用氣體管道壓力打開排水裝置。

3.5 加強(qiáng)對(duì)管線和設(shè)備的管理

為了防止凍堵，冬天，天然氣集輸企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管道和設(shè)備的檢查和維修，縮短周期，加強(qiáng)設(shè)備管理，增加排水次數(shù)減少，降低在巡邏過程水合物形成概率。

3.6 防凍堵措施

①在制定加注方案的時(shí)候，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，來進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，嚴(yán)格按照防凍劑方案及使用說明的相關(guān)要求進(jìn)行操作，才能確保防凍劑的加注效果。通常情況下，天然氣集輸管線需要進(jìn)行2～3次的調(diào)整，才能確保加注效果。同時(shí)，應(yīng)適當(dāng)?shù)貙?duì)清管周期進(jìn)行合理調(diào)整。②對(duì)工藝適應(yīng)性進(jìn)行積極改造。根據(jù)天然氣集輸管線的實(shí)際運(yùn)行工況，來確定防凍劑加注的相關(guān)參數(shù)，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣水合物堵塞問題的有效控制，確保天然氣集輸管線能夠在冬季寒冷季節(jié)正常運(yùn)行。在進(jìn)行防凍堵檢查的時(shí)候，應(yīng)專門指派負(fù)責(zé)人來對(duì)天然氣集輸管線內(nèi)的凍堵情況進(jìn)行檢查，并在第一時(shí)間反饋信息。對(duì)已經(jīng)發(fā)生的凍堵問題，應(yīng)仔細(xì)分析凍堵原因，并在第一時(shí)間調(diào)整加注制度、計(jì)溫以及管線清理的時(shí)間。

4 結(jié)論

冬季發(fā)生的凍堵現(xiàn)象要深入進(jìn)行研究，制定預(yù)防和解決方案，同時(shí)結(jié)合冬季生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和理論，進(jìn)行分析總結(jié)，制定切實(shí)有效的解決措施，有助于后續(xù)解決冬季管線凍堵問題。

[1]李宏.天然氣集輸管線冬季凍堵及措施分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2016，36（08）：62～63.