淺談天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的預(yù)防和處理

王超

北京建筑大學(xué)，中國(guó)·北京 101111

天然氣；輸配場(chǎng)站；凍堵；預(yù)防；處理

1 引言

冬季溫度低，天然氣輸配壓力高，壓降大，燃?xì)鈨?nèi)雜質(zhì)多包括水及高烷烴等，管道施工進(jìn)水及水壓試驗(yàn)殘留水等，都是造成凍堵的主要原因。在這種情況下，要想保證天然氣輸配場(chǎng)站的正常運(yùn)行，確保場(chǎng)站供氣平穩(wěn)、管道下游正常用氣，提升整個(gè)供氣系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，就必須要對(duì)以往場(chǎng)站出現(xiàn)過的凍堵現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)的分析，了解凍堵現(xiàn)象的危害，了解凍堵現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，并提出針對(duì)性的預(yù)防措施和解決措施。

2 天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的危害

一般情況下，過濾分離器和調(diào)壓器是發(fā)生凍堵情況最多的地方，因?yàn)闅饬鳟a(chǎn)生節(jié)流，天然氣的氣壓與溫度就會(huì)受到影響。當(dāng)溫度下降到一定程度，天然氣的含水量再達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象。一旦產(chǎn)生凍堵現(xiàn)象，將會(huì)造成以下幾方面的危害。首先，凍堵現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)造成設(shè)施損壞，管道扭曲。如果水壓太大，還會(huì)將調(diào)壓器的皮膜直接穿透。如果高壓氣體不經(jīng)過調(diào)壓就直接向下游輸送，那么下游管道將會(huì)承受更大的負(fù)荷。下游管道如果在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，就會(huì)出現(xiàn)調(diào)壓器失靈的故障，甚至引起天然氣泄漏、天然氣爆炸等安全事故。其次，如果存在水合物堵塞問題，調(diào)壓器功能的發(fā)揮也會(huì)受到影響。一旦調(diào)壓功能徹底喪失，不僅用戶的日常使用會(huì)出現(xiàn)諸多不便，還會(huì)使下游管道設(shè)備承受的壓力變大，增大安全現(xiàn)象的發(fā)生幾率。最后，如果過濾芯的細(xì)小網(wǎng)孔被水合物堵塞，那么其內(nèi)外的壓差就會(huì)變大，出現(xiàn)濾芯扭曲等問題。一旦濾芯扭曲過于嚴(yán)重，濾芯分離器的結(jié)構(gòu)就會(huì)受到不可逆轉(zhuǎn)的破壞。由此可見，無論是什么類型的凍堵現(xiàn)象，都會(huì)嚴(yán)重影響管道的正常運(yùn)行。只有明確凍堵現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，才能夠制定出有效的預(yù)防措施和處理措施，保證供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

3 天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的產(chǎn)生原因

要想了解天然氣輸配場(chǎng)站凍堵現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，就必須要對(duì)“冰”進(jìn)行深入的研究，了解“冰”的形成原理。根據(jù)科學(xué)家的深入研究，發(fā)現(xiàn)天然氣中的很多組分是非常不穩(wěn)定的。在一定的溫度和壓力條件下，某些氣體組分與液態(tài)水發(fā)生反應(yīng)，就會(huì)生成一種類似松散的冰或者致密的雪的晶體，具有不穩(wěn)定性和非化合性質(zhì)。所以，“冰”是一種天然氣水合物。如果在管道或者設(shè)備里大量形成，并堆積在一起，將會(huì)產(chǎn)生凍堵現(xiàn)象，使天然氣管道或者設(shè)備無法保持正常的運(yùn)行狀態(tài)。也就是說，凍堵現(xiàn)象的產(chǎn)生原因，其實(shí)就是天然氣水合物的形成原因。在正常條件下，要想形成水合物，需要滿足以下三方面的條件。第一，天然氣中的水分要充足；第二溫度條件和壓力條件；第三氣體要處于擾動(dòng)之中，并出現(xiàn)結(jié)晶中心。

在中國(guó)北方，露天輸配場(chǎng)站較多，冬季局部氣溫可達(dá)-30℃，如果此時(shí)天然氣中的含水量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，并且氣流通過節(jié)流設(shè)備，出現(xiàn)了節(jié)流效應(yīng)，引起溫度的進(jìn)一步降低，天然氣又正好處于高壓、高速、擾動(dòng)狀態(tài)，并伴有晶核出現(xiàn)，那么將很有可能出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象。

4 天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的預(yù)防措施

通過上文可知，天然氣輸配場(chǎng)站出現(xiàn)凍堵的危害十分嚴(yán)重，必須要采取有效措施防止凍堵現(xiàn)象的出現(xiàn)。以下羅列幾個(gè)方面。

4.1 加強(qiáng)天然氣中含水量的控制

要想有效預(yù)防天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的產(chǎn)生，就必須要加強(qiáng)天然氣中含水量的控制，確保天然氣中的水分含有量適中處于較低水平。這樣，才能夠?qū)λ魵獾睦淠F(xiàn)象進(jìn)行有效的阻止。，過濾分離器的使用可以顯著降低天然氣中的水分含量，加大排污力度，提高使用過濾器排污閥排污頻率，記錄排污井內(nèi)粉塵及水等情況。因?yàn)槎镜氖彝鉁囟确浅５?，如果氣流?jié)流區(qū)域有液態(tài)水出現(xiàn)，很容易因?yàn)榻Y(jié)冰現(xiàn)象而導(dǎo)致管道堵塞。只有將液態(tài)水排除干凈，才能有效預(yù)防凍堵的產(chǎn)生[2]。

4.2 加強(qiáng)氣壓控制

天然氣輸配壓力較高，經(jīng)過調(diào)壓站時(shí)高壓降產(chǎn)生的溫降也是凍堵產(chǎn)生的主要原因，可以根據(jù)SCADA 系統(tǒng)數(shù)據(jù)，根據(jù)下游用氣量實(shí)時(shí)控制上游輸配壓力。因?yàn)樵谔烊粴廨斉鋱?chǎng)站的運(yùn)行過程中，調(diào)壓系統(tǒng)是凍堵的高發(fā)部位，只有加強(qiáng)上游氣壓和下游氣壓的調(diào)節(jié)，才能夠有效預(yù)防凍堵的產(chǎn)生。最常用的預(yù)防手段，就是降低上游的壓力，提升調(diào)壓后的壓力。因?yàn)檫@樣，可以最大限度的控制調(diào)壓系統(tǒng)中天然氣的壓降，避免天然氣處于溫度變化過于明顯的環(huán)境中。

4.3 加強(qiáng)天然氣溫度的控制

要想有效預(yù)防天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的產(chǎn)生，就必須要加強(qiáng)天然氣溫度的控制。因?yàn)橹挥袦囟认陆档揭欢ǔ潭龋艜?huì)結(jié)冰，水蒸氣才會(huì)形成液態(tài)水。只有加強(qiáng)天然氣溫度的控制，才能夠避免天然氣形成水化物。首先，為了提升天然氣或者相關(guān)設(shè)備的溫度，可以使用加裝電伴熱的方法。例如，調(diào)壓閥及其引壓管是最容易產(chǎn)生凍堵的部位，在這些部位加裝電伴熱，就可以明顯減少調(diào)壓閥及其引壓管凍堵現(xiàn)象的產(chǎn)生。其次，在天然氣輸氣場(chǎng)站加裝水套爐系統(tǒng)，在調(diào)壓之前加熱管道內(nèi)的天然氣，就可以顯著提升節(jié)流后的天然氣溫度，確保其處于水露點(diǎn)之上。這樣，就可以防止水蒸氣變成液態(tài)水，進(jìn)而形成凍堵[3]。

4.4 加入抑制劑

要想有效預(yù)防天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的產(chǎn)生，還可以在氣流中加入適當(dāng)?shù)囊种苿?，?duì)水化物的形成溫度進(jìn)行控制。常用的化學(xué)抑制劑主要包含以下幾種：第一甲醇、第二乙醇、第三乙二醇（EG）、第四二甘醇（DEG）。這幾種化學(xué)抑制劑的親水性都比較好，將其加入到氣流中，可以將天然氣中的水分進(jìn)行有效的吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)天然氣中水分含量的降低，實(shí)現(xiàn)天然氣露點(diǎn)的降低。這樣，水合物就不容易形成，凍堵現(xiàn)象也就不容易形成。

5 天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的處理措施

5.1 放空降壓

當(dāng)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生凍堵現(xiàn)象之后，立即分析上下游情況，采取措施將降影響降到最低，利用前后閥門等將凍堵部分隔離并放散，等待水合物自行分解或進(jìn)行清理。此種方法主要解決過濾器處凍堵問題，冬季過濾器應(yīng)開一熱備一，對(duì)過濾器壓差進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，提前備好濾芯等耗材，在壓差不正常增大時(shí)第一時(shí)間倒臺(tái)放空處理。

5.2 加熱解堵

當(dāng)發(fā)現(xiàn)天然氣輸配場(chǎng)站產(chǎn)生凍堵現(xiàn)象之后，可以對(duì)凍堵段進(jìn)行加熱處理，使管道內(nèi)天然氣的溫度升高，破壞水合物的形成條件，進(jìn)而讓已經(jīng)形成的水合物自然分解，然后再被天然氣帶走。加熱方式主要解決調(diào)壓器處凍堵情況，伴熱帶配合保溫材料。在實(shí)際工作中，要特別注意調(diào)壓器間歇工作的情況，如下游用氣低峰，調(diào)壓器不工作后，可造成水合物積攢，造成凍堵。

5.3 防凍劑解堵

當(dāng)發(fā)現(xiàn)天然氣輸配場(chǎng)站產(chǎn)生凍堵現(xiàn)象之后，可以將防凍劑注入其中，通過防凍劑的親水性，來達(dá)到解堵目的。例如，可以將甲醇注入管道中，一旦甲醇與天然氣中的水分子結(jié)合，就會(huì)自動(dòng)吸收天然氣中的水分子，不僅無法使水合物繼續(xù)形成，還會(huì)對(duì)已經(jīng)形成的水合物進(jìn)行分解[4]。此種方法比較通用，主要用于解決過濾器處凍堵。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的產(chǎn)生有著十分嚴(yán)重的危害。在明白了天然氣含水量、溫度與壓力、擾流是產(chǎn)生凍堵的原因之后，發(fā)現(xiàn)要想有效預(yù)防天然氣輸配場(chǎng)站凍堵的產(chǎn)生，就必須要加強(qiáng)天然氣中含水量的控制、加強(qiáng)氣壓控制、加強(qiáng)天然氣溫度的控制、加入抑制劑。而一旦天然氣輸配場(chǎng)站凍堵已經(jīng)形成，那么還要通過放空降壓、加熱解堵、防凍劑解堵等方式進(jìn)行處理。