天然气长输管道水合物防治措施

牛生辉 吴渊 张科

陕西省天然气股份有限公司生产技术部，陕西 西安 610016

前言

对于天然气长输管道及天然气场站，天然气水合物是输气生产中厄待解决的棘手问题。管道水合物堵塞产生原因主要有[1]：一是长输管道投产前在注水试压结束后的扫线，清官过程中，没有将管道中的存水清理干净，造成部分管段聚水较多，在冬季来临温度较低时冻结或形成天然气水合物；二是天然气在经过场站调压，节流，过滤分离器时，由于节流效应[2]，当管内温度低于天然气水露点时，天然气组分中的水分子析出，在高压低温条件下，产生天然气水合物，从而堵塞阀门、流量仪表和其他工艺设备。在陕西省安边至西安靖西三线建成投产后，由于长庆天然气第五处理厂天然气含水量较大，西安东站调压阀及永乐站流量调节阀都曾发生过阀门冰堵事件。

1 长输管道水合物产生的原因

水合物的形成条件有三个，必须同时满足才能形成水合物[3]：

1)气体出浴水汽的过饱和状态或者有游离水的存在；

2)有足够高的压力和足够低的温度（图1所示为水合物形成压力温度）；

图1 形成天然气水合物压力温度条件

3)压力的波动，气流的搅动，杂质的存在

简单的理解即在有游离水存在下，在高压低温条件下，若管道中出现节流，紊流，杂质时，既可以形成天然气水合物。如图2所示为天然气长输管道内形成天然气水合物。

天然气水合物形成后，会对输气管道输气效率产生显著的影响[4]：（1）天然气水合物在输气干线或储气场站（如弯头、阀门、节流装置等部位）形成后，容易造成流通面积减小，形成局部堵塞，使输气管道阀门等部位上游压力增大，下游压力降低，流量减小，从而影响正常输气和给下游门站平稳供气；（2）在气液联动阀的引压管处形成天然气水合物，会导致压力变送器无法及时、准确检测到管道内的实时压力信号，造成阀门误关断；（3）在节流孔板处形成天然气水合物，直接影响天然气贸易计量、结算的准确性，使上下游单位之间的气量结算产生计量纠纷。

图2 长输管道内天然气水合物堵塞管道

2 天然气管道水合物防治

为解决注水试压后的管道积水问题，可对投运前的管道进行干燥处理，目前西气东输天然气管道普遍采用的方法有干空气干燥法、加干燥剂及真空干燥法[5]。

干空气干燥法[6]是直接用干燥空气对管道进行吹扫，或采用通球法对管道进行干燥；而用干空气吹扫的干燥效率和效果要好于用通球法干燥。干燥剂干燥法通常采用加醇，由于甲醇，己二醇及三甘醇和水可以任意比例互溶，在所形成的溶液中水的蒸汽压大大降低，残留在管道中的醇类又是水合物抑制剂，可以抑制水合物形成，从而达到干燥管道的目的；真空干燥法是人为地在管道内制造真空环境，应用真空泵降低管道内的压力，从而使附着在管壁上的水分气化从而使管道干燥。

3 天然气管道冰堵点确定

由于冬季输气高峰期间，由于管道长期处于高压状态，而输气温度较低，因此，在场站节流调压部位容易发生冰堵，而一般确定冰堵点则根据管道上下游压力确定。

安边至西安输气管道末站永乐站2012年12月8日节流阀发生水合物堵塞管道，其站内节流阀阀后压力随时间变化表。

表1

当2:00左右第一次发现节流阀阀后压力明显降低时场站人员再次增加阀门开度，打算使下游压力稳定，4:00左右开始又发现压力开始降低，当场站人员检查各个阀门时发现节流阀出现冰堵，无法动作。

4 管道冰堵点处理

目前，场站一般的冰堵点处理方法主要有[7]：（1）通过加醇撬向冰堵管段内加入干燥剂，破坏水合物的形成条件，并使已形成的水合物分解。（2）降压分解法。由于天然气水合物在低压条件下容易重新分解，可以在冰堵点下游部分管段人为降低输气管道压力，随着压力降低，水合物的形成温度随之下降，当水合物的形成温度低于输气管道的气体温度时，水合物立即分解。永乐站节流阀冰堵后，通过放空节流阀后至下游用户之间管道内的天然气，20分钟内冰堵位置水合物分解。实践证明，水合物的分解速度很快，整个过程仅需十几分钟，这是由于水合物的结晶壳开始液化时，水合物立即从管壁脱落，并被排出的气流从输气管道带出[4]；（3）对冰堵管段浇淋热水，或采用热蒸汽加热，升高输气管段温度，从而使水合物分解，切记不可用火烘烤；(4)降低输气管道压力，由于水合物的形成条件为高压低温，降低整条输气管道的输气压力自然不可能形成天然气水合物，不过由于降低管道输气压力不利于管道输气，因此此方法所用不多。(5)在容易发生冰堵点的阀门，节流点及弯头处加电伴热[8]。不过提高管道温度，也会降低管道输气效率，所以需在两者之间优化选择。

在陕西省长输管道实际输气中，一般场站会在调压阀、节流阀等关键部位加装加电伴热，这是比较常用的方法，而向管道冰堵点浇淋热水是最简单易行的冰堵部位处理方法。

图3 永乐站节流阀冰堵点阀后压降曲线

[1]张城,耿斌编著.天然气管输与安全[M].北京：中国石化出版社,2009.1

[2]黄春芳编著.天然气管道输送技术[M].北京：中国石化出版社,2009.6

[3]刘春阳,毕研军,李玉星等.天然气水合物生成的影响因素[J].油气储运，2009.28（12）

[4]吴锡合,张德庆,张争伟.天然气长输管道冰堵的防治与应急处理[J].油气储运，2012.31（4）

[5]李长俊主编.天然气管道输送（第二版）[M].北京：石油工业出版社,2008.9

[6]赫敏,陈保东等.长输管道内天然气水合物形成的预测[J].化工进站,2006.25

[7]李长俊.天然气水合物形成条件预测及防止技术[J].管道技术与设备，2002

[8]苗春卉,张庆虎,邱姝娟.长输管道天然气水合物形成与预防综述[J].上海煤气,2007.2