天然氣地面建設(shè)的儲運(yùn)工藝新技術(shù)

王赤宇(塔里木油田公司油氣工程研究院，新疆 庫爾勒 841000)

1 天然氣概述

天然氣顧名思義就是天然形成的氣體，天然氣中主要有石油氣、煤層氣等，都統(tǒng)一稱為天然氣，其主要成分是甲烷。天然氣目前在人們的生產(chǎn)生活中被廣泛應(yīng)用，天然氣是汽車的燃料，人們?nèi)粘５纳钪羞€可以利用天然氣做飯，天然氣通過有效存儲，可以滿足不同方面的需求。目前，在天然氣的儲存運(yùn)輸中，多是采用管道進(jìn)行儲存，管道儲存運(yùn)輸也可以應(yīng)用到長距離中，更好地滿足人們的生產(chǎn)生活需求。天然氣的儲運(yùn)方式主要是天然氣管道的形式，可以通過壓縮天然氣和液化天然氣的方式進(jìn)行儲運(yùn)。在天然氣儲運(yùn)方式的不斷研究過程中，天然氣吸附儲運(yùn)技術(shù)有著較大的優(yōu)勢，其運(yùn)輸成本低而且運(yùn)輸安全，其在未來的天然氣運(yùn)輸中有著廣闊的發(fā)展前景[1]。

2 天然氣地面建設(shè)工藝

2.1 天然氣地面建設(shè)儲運(yùn)管道鋪設(shè)技術(shù)

2.1.1 水平方向的管道鋪設(shè)技術(shù)

水平方向的管道鋪設(shè)技術(shù)應(yīng)用范圍比較廣，技術(shù)簡單，很容易進(jìn)行操作，通過利用水平定向機(jī)完成鉆孔工作，而且該項(xiàng)技術(shù)也比較系統(tǒng)化，可以有效控制鉆頭鉆進(jìn)的孔大小，確保鉆出的管道孔足夠精確。

2.1.2 掘進(jìn)鋪設(shè)技術(shù)

該種技術(shù)主要是一邊掘進(jìn)一邊鋪設(shè)管道的方式，掘進(jìn)過程中可以利用遠(yuǎn)程技術(shù)控制封閉面，通過地面支撐達(dá)到對地下水的控制。掘進(jìn)中自動化技術(shù)的應(yīng)用可以隨時將棄土移除，該種技術(shù)的應(yīng)用不會對地面造成損壞，而且埋設(shè)過程中不需要人力埋設(shè)，有效確保了安全性，該項(xiàng)技術(shù)也逐漸被廣泛應(yīng)用。

2.1.3 氣動沖擊錘技術(shù)

氣動沖擊錘應(yīng)用的是空氣動力，利用供氣壓力形成較大的沖擊力，達(dá)到對管道的有效鋪設(shè)。而且敲擊的力度也可以進(jìn)行有效調(diào)整，敲擊設(shè)備并不會造成破壞，整個操作流程也比較簡單，應(yīng)用到潮濕環(huán)境中和危險(xiǎn)環(huán)境中都不會受到任何影響。氣動沖擊錘技術(shù)的結(jié)構(gòu)簡單，具有無污染、耗能少等的特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用過程中有著較大的優(yōu)勢，唯一不足的是裝置力量較小，影響到實(shí)際運(yùn)用的范圍。

2.2 天然氣運(yùn)輸中冰堵的處理技術(shù)

天然氣運(yùn)輸中冰堵的發(fā)生可能是天然氣水露點(diǎn)高、含水率較高造成的，還有天然氣的水合物也會造成管道堵塞，水合物是水和小分子氣體形成的固體結(jié)晶，需要采取有效的措施進(jìn)行處理。

2.2.1 提高天然氣在管道中的溫度

通過提升管道中天然氣的溫度，確保天然氣的溫度高于水合物的溫度，這樣在一定程度上可以避免天然氣形成水合物。管道天然氣溫度的提升，可以利用電加熱器等進(jìn)行加熱，提高管道內(nèi)天然氣的溫度，有效預(yù)防水合物造成的冰堵現(xiàn)象[2]。

2.2.2 提高改造天然氣的技術(shù)

冰堵現(xiàn)象的發(fā)生主要是水合物的產(chǎn)生造成的，而水合物中含有水分子，就需要采取措施減少管道中的水分子，確保天然氣中不含有水，這就需要減少管道中的水露點(diǎn)，避免水合物的造成冰堵，通過將管道中天然氣的水合物控制在一定范圍內(nèi)，避免天然氣發(fā)生沉淀，可以達(dá)到對冰堵的有效預(yù)防。

2.2.3 添加抑制水合物的成分

為了預(yù)防天然氣發(fā)生冰堵現(xiàn)象，需要在天然氣管道中添加可以抑制水合物的成分，化學(xué)抑制劑甲醇可以有效抑制水合物的產(chǎn)生，可以吸收天然氣中的水分，避免水與小分子的有效結(jié)合，可以有效控制水合物形成的溫度條件。在管道中添加抑制劑，需要通過在管道中安裝相應(yīng)的裝置，結(jié)合具體的添加線路明確添加裝置。如果是在主干線上添加抑制劑，就需要將添加裝置安在出口閥門后的壓力表上。

2.3 微晶體法天然氣儲運(yùn)技術(shù)

微晶體法儲運(yùn)技術(shù)，主要是通過將天然氣壓縮成微小的固態(tài)晶體，可以提高對天然氣的儲運(yùn)效率，而且該種技術(shù)的應(yīng)用，單位體積下天然氣的含量增多了。該種技術(shù)的應(yīng)用主要是：一是天然氣直接冷卻形成固態(tài)晶體主要是純天然氣的儲運(yùn)方式，該種技術(shù)的應(yīng)用在一定程度上會增加建設(shè)的成本，而且能量消耗較大；二是天然氣與對應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)結(jié)合形成晶體結(jié)構(gòu)，天然氣與化學(xué)物質(zhì)的結(jié)合是有一定的限制條件的，需要在壓力和溫度適宜的條件下，當(dāng)兩者都處于高壓環(huán)境下，才可以進(jìn)行有效結(jié)合。微晶體法天然氣儲運(yùn)主要是將該種微小的晶體結(jié)構(gòu)放在集裝箱中進(jìn)行儲運(yùn)，運(yùn)輸成本有效降低。

2.4 天然氣管道設(shè)施的維護(hù)技術(shù)

天然氣的運(yùn)輸過程中也會受到各種因素的影響造成事故的發(fā)生，有外在因素，也有因操作不符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)造成。例如：沒有定期檢測球罐、液化氣中硫超標(biāo)等情況，都會造成天然氣運(yùn)輸中事故的發(fā)生。為了有效避免天然氣運(yùn)輸中事故的發(fā)生，需要做好相應(yīng)的預(yù)防措施。一是避免有雜質(zhì)進(jìn)入到天然氣管道中，需要使得過濾器部分的閥門一直關(guān)閉，要對過濾器進(jìn)行保護(hù)，防止混入雜質(zhì)；二是利用加熱裝置去除天然氣中的水分子，需要確保對加熱裝置使用的安全性和有效性，才能夠避免水合物的產(chǎn)生；三是在罐區(qū)位置放置一個空球罐，確?？涨蚬抟恢碧幱诘蛪籂顟B(tài)，將火災(zāi)帶來的損失降低到最小，如果是在運(yùn)輸途中發(fā)生火災(zāi)，可以及時將天然氣導(dǎo)入到空罐中。

3 天然氣儲運(yùn)工藝新技術(shù)的應(yīng)用

中國目前節(jié)能環(huán)保理念的持續(xù)發(fā)展，天然氣能源符合節(jié)能環(huán)保理念，有著清潔、環(huán)保的特點(diǎn)，需要針對天然氣的儲運(yùn)安全加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)的研究，減少天然氣運(yùn)輸途中事故的發(fā)生。目前應(yīng)用最廣泛的是天然氣吸附儲運(yùn)技術(shù)和天然氣水合物儲運(yùn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對天然氣的安全有效運(yùn)輸。

3.1 天然氣吸附儲運(yùn)技術(shù)

天然氣吸附儲運(yùn)技術(shù)，簡稱是ANG，天然氣吸附儲運(yùn)技術(shù)主要是當(dāng)處于常溫、3.5 Pa的壓力環(huán)境下，通過對天然氣進(jìn)行吸附達(dá)到儲存和運(yùn)輸?shù)哪康?。在天然氣中添加吸附劑，達(dá)到安全儲運(yùn)，通常選用高表面活性炭，具有一定粘結(jié)性的吸附劑。在ANG儲罐的設(shè)計(jì)中，通常選用的是16MnR的容器，形狀是圓筒形，該儲罐內(nèi)部需要設(shè)置換熱系統(tǒng)，可以有效避免天然氣管道中水合物的形成。對傳統(tǒng)的吸附劑進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，對過濾網(wǎng)和進(jìn)氣口的位置重新設(shè)計(jì)，吸附劑的填充方式改為重復(fù)再生的方式，安裝循環(huán)加熱裝置對吸附效應(yīng)進(jìn)行改善，利用高溫氮?dú)獯祾?，可以使吸附劑重?fù)再生[3]。(1)該種儲運(yùn)方式可以使儲存量增加很多，是一種比較便利和先進(jìn)的儲存運(yùn)輸方式，不需要應(yīng)用到特殊的儲存設(shè)備，對儲存條件也沒有較高的要求。這種方式是目前大力推廣的一種儲存運(yùn)輸方式，整個運(yùn)輸過程也比較安全。(2)天然氣吸附儲運(yùn)應(yīng)用到的是物理吸附方法，主要是利用固體吸附劑將天然氣液體進(jìn)行吸附，通過在天然氣儲氣罐中添加固體吸附劑，固體吸附劑是以一種多孔隙的結(jié)構(gòu)存在，可以通過增加儲氣罐內(nèi)部的壓力達(dá)到吸附效果，只需要在使用時釋放壓力，就可以使用天然氣。(3)固體吸附劑對天然氣的吸附主要是利用吸附劑增減壓力達(dá)到對天然氣的吸附儲存運(yùn)輸目的，該種吸附技術(shù)的應(yīng)用不需要改變溫度，對于天然氣的運(yùn)輸非常方便，而且便于儲存。該種技術(shù)方法目前的應(yīng)用非常廣泛，也是天然氣儲存運(yùn)輸中有著較大優(yōu)勢的運(yùn)輸方法。

3.2 天然氣水合物儲運(yùn)技術(shù)

天然氣水合物儲運(yùn)技術(shù)簡稱為NGH，該種水合物也稱為甲烷水合物，當(dāng)處于低溫和高壓的狀態(tài)下，天然氣與水就會結(jié)合，從而形成一種白色結(jié)晶固體，其顏色和外形都類似于冰塊形狀，也將該種水合物稱為可燃冰，其主要成分是水分子和碳?xì)浞肿樱摲N水合物的形成必須是在低溫高壓的狀態(tài)下。活性炭是一種非常重要的吸附劑，通過添加活性炭，可以提高水與氣的有效結(jié)合，活性炭的表面積較大，而且表面有空隙，可以吸附水和天然氣的有效結(jié)合。天然氣水合物儲運(yùn)技術(shù)作為一種新的技術(shù)工藝，其運(yùn)輸過程安全可靠，運(yùn)輸過程中的成本較低，其未來有著廣闊的發(fā)展前景。(1)水合物儲運(yùn)技術(shù)主要是利用水合物的特性實(shí)現(xiàn)存儲運(yùn)輸，通過將天然氣在水合物的作用下形成固態(tài)，可以方便天然氣的儲存和運(yùn)輸。該種技術(shù)的應(yīng)用確保了天然氣運(yùn)輸途中的安全性，也可以有效避免突發(fā)火災(zāi)和爆炸事件的發(fā)生，使得天然氣的運(yùn)輸和儲存更加便利。(2)天然氣水合物形成的條件是溫度2.0 ℃和壓力3.0 Pa，當(dāng)處于該種狀態(tài)下時，天然氣水合物就可以進(jìn)行存儲運(yùn)輸，使用時進(jìn)行氣化處理，氣體和水就會產(chǎn)生分離，天然氣就可以使用。(3)天然氣水合物的儲運(yùn)技術(shù)，為了提高儲運(yùn)的效率，增加儲氣量，可以通過在天然氣中加入活性炭等添加劑，可以有效達(dá)到對天然氣的儲存運(yùn)輸。一是活性炭是一種非常重要的吸附劑，通過添加活性炭，可以提高水與氣的有效結(jié)合，活性炭的表面積較大，而且表面有空隙，可以吸附水和天然氣的有效結(jié)合，進(jìn)一步提高對天然氣的儲存運(yùn)輸。二是可以通過添加化學(xué)添加劑，使得儲氣的密度增大，需要根據(jù)天然氣的量添加具有一定濃度和數(shù)量的化學(xué)添加劑，各種添加劑的應(yīng)用對濃度和劑量有著不同的要求，需要根據(jù)實(shí)際情況做好配比，主要是選擇可以快速形成水合物的化學(xué)添加劑。天然氣水合物儲運(yùn)技術(shù)作為一種新的技術(shù)工藝，其運(yùn)輸過程安全可靠，運(yùn)輸過程中的成本較低，其未來有著廣闊的發(fā)展前景[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，天然氣儲存運(yùn)輸方式的應(yīng)用需要根據(jù)用戶的不同需求選擇對應(yīng)的方式。天然氣儲存運(yùn)輸方式的選擇主要是為了確保運(yùn)輸過程中的安全性，各種技術(shù)工藝的選擇和應(yīng)用都需要建立在安全的基礎(chǔ)上，發(fā)揮其較大的儲存運(yùn)輸功能，可以在一定程度上降低運(yùn)輸成本，提高運(yùn)輸過程中的效率和水平，有效避免事故的發(fā)生。