试论天然气管道冬季高峰运行管理与工艺优化

李亚娟 辛鑫

摘要：管道输运是现代油气运输的主要方式，受到多重因素影响，冬季高峰运行时，天然气管道可能面临破坏、堵塞问题，需给予处理。基于此，本文以天然气管道冬季高峰运行面临的问题作为切入点，给予简述，再以此为基础，重点论述天然气管道冬季高峰运行管理与工艺优化的建议，给出应用伴熱带、优化管道管理、控制气源质量、合理调配下游用户输气时间、增加储气调峰等具体措施，以期通过分析为后续具体工作的开展提供参考。

关键词：天然气管道；高峰运行；储气调峰；运输堵塞；管道管理

前言：天然气管道是指将天然气（包括油田生产的伴生气）从开采地或处理厂输送到城市配气中心或工业企业用户的管道，又称输气管道。自20世纪中后期以来，我国天然气生产和使用量大大增加，天然气运输管理的压力也因此显著提升，尤其是冬季高峰运行过程中，各类问题也时有发生，影响工作质量。针对该项工作中常见问题类型、运行管理与工艺优化进行综合分析具有突出的现实意义。

1.天然气管道冬季高峰运行面临的问题

1.1管道工艺不理想

冬季高峰运行的天然气管道，面临的典型问题之一是管道工艺不理想，如冬运期间上游供气量一定，但下游用户用气量突增，出现供不应求的现象；上游或下游工艺管网存在输气瓶颈，不能达到管线的互连互通，导致输气工艺不灵活；管道内存在液态水和杂质，可造成水合物形成等问题。水合物是以天然气中的烃类物质为主，与水分子结合后产生的固体沉淀，冬季发生率最高。当水合物持续积累时，管道的运输能力将会出现下降，甚至导致管道连接稳定性下降。这一问题需要通过管理工艺的优化谋求解决。

1.2设备超流速运行

设备超流速运行问题包括两个层面，一是气源不足的情况下，用户用气量增加、场站设备工作压力增大导致的超流速运行，是目前天然气管道冬季高峰运行面临的核心问题。超流速运行的设备噪音大、震动明显，导致故障率大幅增加，大大降低管道设备的安全性能。二是下游下游储气调峰设施功能不佳、管存小，高峰期间天然气瞬时流量过大，出现设备超流速运行的情况[1]。超流速运行可能导致较多故障甚至安全问题，需要作为重点问题加以处理。

2.天然气管道冬季高峰运行管理与工艺优化的建议

2.1伴热带工艺

伴热带工艺的使用，是目前应对堵塞最直接的方法，主要应对水合物形成的问题。天然气的成分复杂，难以在运输前完全进行脱水，也不能进行烃类物质的去除，可在运输作业前，与管道处增设伴热带，以避免水合物的形成，提升天然气流动性。伴热带的选取和应用方面，应结合运输作业所在地点的具体需要，保证能够有效应对低温影响的类型，并能在冬季过后拆除，以备二次使用。此外还应尝试优化管道管理，包括更换新式管道、对管道进行干燥处理、调整埋深等方式。新式管道的更换方面，可参考俄罗斯和德国的管道进行强化，俄罗斯东部地区温度较我国更低，且管道长度长，管理难度大。为应对管道低温堵塞问题，俄罗斯与德国合作，制作带有夹层的管道，应用于局部低温地区，夹层中填充保温材料，包括苯复合材料等，降低温度过低的不利影响。该项改造耗资较大，可选取局部地区进行更换。

2.2优化管道工艺

2.2.1工艺优化是提升天然气管道冬季高峰运行质量的基本途径。首先可通过增加上游气源供应量来优化工艺。目前在下游用户中除工业用户用气较平稳外，其余民用气用户在夏季和冬季用气存在较大的用气特点，夏季用气量较少，设备基本都在较低负荷工况下运行，而在冬季高峰期下游用户用气量突增，设备基本处于满负荷或超负荷运行状态，若上游供气量不能满足下游用户用气需求，则导致整个管网运行压力较低，甚至达到管网低低限压力，导致设备安全连锁装置启动，使设备自动关断造成停气事件，必须通过上游管线工艺调整，如开启输气场站越站旁通、增大下游用户配气压力等措施优化工艺。

2.2.2管道分流工艺。可在核心管道位置处设置若干可以独立工作的阀门，常规工作状态下，开启其中一个阀门，冬季运输高峰期，开启其中两个阀门。当运输堵塞发生时，开启剩余阀门，保证天然气管道始终能够满足工作需要，当运输压力降低时，关闭上一级阀门，该工艺可应对超流速运行的问题，各处管道均可应用伴热带进行堵塞预防。

2.2.3增加输气场站供气装置。场站在设计前期根据下游用户提出的用气量而建设，但有些用户周边发展较快，导致已有设备装置不能满足下游用户用气需求，需对已有场站进行扩能改造，即增加分离器、供气支路等，提高场站输气能力。

2.2.4下游用户管线互连互通。以我公司为例，给渭南天然气公司供气点有两处，即西安临潼分输站给经开区门站供气，气源来自关中环线（管线为DN900），渭南分输站给高新区门站供气，气源来自西渭线（管径为DN200），两座场站设计日输气能力分别为186万和85万，但在2018年冬运期间，西安临潼分输站日最高供气量为54万，设备处于低负荷运行状态，导致设备利用率严重不足，而渭南分输站日供气量高达84万，设备基本处于满负荷运行，同时受西渭线整个管网输气能力限制而无法再提高输气量。据了解，渭南市天然气公司经开区门站和高新区门站城市管网存在输气瓶颈，未很好实现管网互连互通。需下游公司加快其城市配套管网建设，消除输气瓶颈，增加冬季高峰期输气灵活性，同时可降低渭南分输站高负荷供气风险。

2.3控制气源质量

气源控制的基本方式，是在运输作业开始前进行初步的脱水处理，考虑到天然气本身具有易燃易爆属性，脱水处理主要采用固体吸附法。在管道传输的起始部位，设置至少四个传输口，每个传输口放置若干活性炭或是氧化铝，使天然气在运输之前实现初步的脱水。除此之外，也可以采用液体进行脱水，如甘醇，该物质的亲水性理想，且由于天然气中的水分相对不多，甘醇可以有效实现脱水作业，以此提升气源质量，应对堵塞等问题。

总结：综上，现代天然气的管理水平和质量均在提升，但在进行冬季高峰运输时，相关问题依然无法完全避免，包括水合物形成、设备破坏、运输堵塞等。对相关问题的原因进行综合分析，可以发现不同问题无法完全避免，但可以通过运行管理与工艺优化加以控制，降低其不利影响，主要措施包括应用伴热带、优优化管道工艺以及控制气源质量。可在后续工作中予以应用，提升冬季天然气运输质量。

参考文献：

[1]孙杰，张盟.浅析天然气管道穿越施工中定向钻技术的应用及优化[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38（10）：175-176.

[2]叶海斌.关于中亚天然气管道霍尔果斯计量站C线站场综合优化的评价[J].石化技术，2018，25（01）：284+146.