天然氣集輸管線冬季凍堵原因分析及解凍措施研究

仲曉躍

摘 要：冬季天然氣外輸受外部環(huán)境溫度和氣質(zhì)影響較大，在外輸調(diào)壓計(jì)量節(jié)點(diǎn)易產(chǎn)生節(jié)流凍堵現(xiàn)象，影響精確計(jì)量和平穩(wěn)外輸。本文通過(guò)對(duì)調(diào)壓計(jì)量站冬季運(yùn)行期間多次出現(xiàn)的節(jié)流凍堵情況分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際治理效果，總結(jié)提煉出幾種預(yù)防、抑制凍堵的辦法。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表面總結(jié)提了的防凍方法有效，顯著降低了采氣計(jì)量站冬季防凍事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：天然氣;計(jì)量站;防凍

某調(diào)壓計(jì)量站2017年冬季其所屬的來(lái)氣（閥室處）共發(fā)生節(jié)流凍堵226次，其中流量計(jì)維修5次。嚴(yán)重影響天然氣外輸工作，對(duì)站內(nèi)設(shè)備及員工造成很大負(fù)擔(dān)。通過(guò)檢索相關(guān)文獻(xiàn)，我們歸納出了節(jié)流凍堵的主要位置，總結(jié)出了防凍方法和解凍方法。

1 凍堵原因

天然氣水合物是石油、天然氣開(kāi)采、加工和集輸過(guò)程中，在一定溫度和壓力下天然氣中的某些小分子氣體（N2、CO2、CH4、C2H6、C3H8等）與液態(tài)水形成的冰雪狀的晶體水合物。嚴(yán)重時(shí)，這些水合物能堵塞井筒、管線、閥門(mén)、流量計(jì)等設(shè)備，形成凍堵，影響工藝正常運(yùn)行，對(duì)調(diào)壓計(jì)量站而言是計(jì)量失準(zhǔn)、外輸中斷。

水合物的生成需要三個(gè)條件。兩個(gè)主要條件是：天然氣中含有足夠的水分;具有一定的溫度與壓力條件，如高壓和低溫。一個(gè)輔助條件是：氣體處于脈動(dòng)紊流等激烈擾動(dòng)中。在形成水合物時(shí)，不一定需要游離水，只要滿足水合物的生成條件，水和一些組分就會(huì)形成固體水合物。水合物通常是當(dāng)氣流溫度低于水合物形成的溫度（露點(diǎn)）而生成，高于此溫度，不管壓力多大，也不會(huì)形成水合物。以升平調(diào)壓計(jì)量站為例，其上游來(lái)氣分為深、淺層兩個(gè)壓力等級(jí)來(lái)氣，經(jīng)過(guò)站內(nèi)調(diào)壓分配后，能夠明顯觀察到節(jié)流凍堵現(xiàn)象集中于使用深層氣的下游用戶管線中。其成因基本可以歸結(jié)為深層來(lái)氣氣質(zhì)較差，同時(shí)由于受到的壓降過(guò)大導(dǎo)致溫度降幅大，易生成水合物、造成節(jié)流凍堵。

2 解決凍堵方法

解決凍堵其首要條件就是要破壞水合物的生成條件，我們需創(chuàng)造出與水合物形成相背的條件：①高溫;②低壓;③除去游離水（或降低水露點(diǎn)）。結(jié)合以上條件，我們有針對(duì)性地采取了相應(yīng)措施來(lái)抑制水合物的生成。

2.1 通球有效去除管線內(nèi)游離水

因管線進(jìn)水、注水試壓或夏季運(yùn)行而產(chǎn)生的積水是影響氣質(zhì)和輸氣能力的一大成因，如無(wú)法有效清除會(huì)形成大量水合物，堵塞儀表，降低計(jì)量精度，加劇管道內(nèi)壁腐蝕。利用清管器清除管內(nèi)污物是解決上述問(wèn)題的有效措施。清管器在管道中靠自身的皮碗與管道內(nèi)壁彈性密封，利用管輸介質(zhì)產(chǎn)生的壓差為動(dòng)力，推動(dòng)清管器沿管道運(yùn)行，在運(yùn)行過(guò)程中利用其自身所具有的密封、刮削作用從而達(dá)到清污、除垢、排氣、排水、涂敷等目的。

輸氣大隊(duì)每年9月中旬至10月中旬，認(rèn)真做好所轄11條外輸線通球工作，年平均清水量64m3。通過(guò)此項(xiàng)工作開(kāi)展，有效清除了管線運(yùn)行一年內(nèi)積聚的游離水，同時(shí)也達(dá)到了清雜、去污的功效，破壞了水合物的生成環(huán)境。為后期生產(chǎn)抑制凍堵提供了有力保障，保證了每年的10-11月冬季生產(chǎn)初期，各站無(wú)節(jié)流凍堵現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 定時(shí)排污，分析露點(diǎn)并及時(shí)調(diào)節(jié)

在冬季生產(chǎn)中，對(duì)過(guò)濾器、孔板流量計(jì)、分離器、三甘醇等設(shè)備的排污頻次進(jìn)行加密，及時(shí)排除工藝管網(wǎng)中天然氣所含帶的液態(tài)水。嚴(yán)格要求值班人員，按照“五排、一放、一對(duì)比”對(duì)站內(nèi)設(shè)備工藝進(jìn)行排污。同時(shí)結(jié)合化驗(yàn)室提供的露點(diǎn)數(shù)據(jù)及各站排水情況，制定氣質(zhì)分析周報(bào)表。通過(guò)報(bào)表數(shù)據(jù)，有針對(duì)性的對(duì)各站輸氣管線、設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管。

如果站點(diǎn)來(lái)氣較上周露點(diǎn)變高，此時(shí)應(yīng)對(duì)管線加強(qiáng)監(jiān)管，對(duì)當(dāng)天排放為霧狀或霧狀以上狀態(tài)的管線設(shè)備增加排放頻次;與上周情況精細(xì)分析對(duì)比，對(duì)本周出現(xiàn)節(jié)流凍堵及排污較多的部位加強(qiáng)巡檢排放，在下周的工作中側(cè)重對(duì)這些部位的巡檢。通過(guò)以“五排一放”為基礎(chǔ)，氣質(zhì)分析為調(diào)控的技術(shù)管理手段，有效降低計(jì)量站發(fā)生節(jié)流凍堵的頻次，取得一定效果。

2.3 使用抑制劑解堵防凍

通過(guò)向管線中注入一定量的化學(xué)添加劑，可以改變水合物形成的熱力學(xué)條件、結(jié)晶速率或聚集形態(tài)，來(lái)達(dá)到保持流體流動(dòng)的目的，提高水合物生成壓力，或者降低生成溫度，以此來(lái)抑制水合物的生成。現(xiàn)階段我們使用的抑制劑為甲醇。甲醇具有中等毒性和易揮發(fā)性，甲醇水溶液的冰點(diǎn)低，不易凍結(jié);在水中溶解度高，水溶性強(qiáng);水溶液的黏度低，作用迅速;能再生;腐蝕性低;降低水合物溫度幅度大（當(dāng)壓力一定時(shí)）且便宜，易于買(mǎi)到，適用于事故情況下以及干線輸送。

以往注入甲醇我們采用滴注的方式，通過(guò)泵壓將儲(chǔ)罐內(nèi)的甲醇通過(guò)注醇閥滴入天然氣管線，而注醇閥基本是直通式利用高壓將介質(zhì)從小孔噴出，形成細(xì)小的顆粒與天然氣混合。這種注入方式雖然可以保證連續(xù)注入并且流量也可以調(diào)節(jié)，但它霧化效果差，形成的甲醇液體顆粒不均勻，且注入角度單一無(wú)法與天然氣充分混合，抑制水合物的形成效果較差;同時(shí)這種方式可能會(huì)造成甲醇在管線中沉積，影響注入效果、增大甲醇消耗。

3 結(jié)論建議

隨著對(duì)天然氣水合物的防治工作的不斷摸索，總結(jié)幾點(diǎn)建議：①加強(qiáng)氣質(zhì)監(jiān)管，改善來(lái)氣質(zhì)量;②對(duì)各類(lèi)調(diào)壓閥門(mén)及設(shè)備的日常維護(hù)和保養(yǎng)好，延長(zhǎng)使用壽命，不帶病工作;③增強(qiáng)員工業(yè)務(wù)能力及安全的意識(shí);④改良工藝，投用新型設(shè)備。