浅谈天然气输配场站冻堵的预防和处理

王超

北京建筑大学，中国·北京 101111

天然气；输配场站；冻堵；预防；处理

1 引言

冬季温度低，天然气输配压力高，压降大，燃气内杂质多包括水及高烷烃等，管道施工进水及水压试验残留水等，都是造成冻堵的主要原因。在这种情况下，要想保证天然气输配场站的正常运行，确保场站供气平稳、管道下游正常用气，提升整个供气系统的经济效益，就必须要对以往场站出现过的冻堵现象进行详细的分析，了解冻堵现象的危害，了解冻堵现象的产生原因，并提出针对性的预防措施和解决措施。

2 天然气输配场站冻堵的危害

一般情况下，过滤分离器和调压器是发生冻堵情况最多的地方，因为气流产生节流，天然气的气压与温度就会受到影响。当温度下降到一定程度，天然气的含水量再达到一定的标准，就会出现冻堵现象。一旦产生冻堵现象，将会造成以下几方面的危害。首先，冻堵现象的产生会造成设施损坏，管道扭曲。如果水压太大，还会将调压器的皮膜直接穿透。如果高压气体不经过调压就直接向下游输送，那么下游管道将会承受更大的负荷。下游管道如果在较长时间内处于超压运行状态，就会出现调压器失灵的故障，甚至引起天然气泄漏、天然气爆炸等安全事故。其次，如果存在水合物堵塞问题，调压器功能的发挥也会受到影响。一旦调压功能彻底丧失，不仅用户的日常使用会出现诸多不便，还会使下游管道设备承受的压力变大，增大安全现象的发生几率。最后，如果过滤芯的细小网孔被水合物堵塞，那么其内外的压差就会变大，出现滤芯扭曲等问题。一旦滤芯扭曲过于严重，滤芯分离器的结构就会受到不可逆转的破坏。由此可见，无论是什么类型的冻堵现象，都会严重影响管道的正常运行。只有明确冻堵现象的产生原因，才能够制定出有效的预防措施和处理措施，保证供气系统的稳定运行[1]。

3 天然气输配场站冻堵的产生原因

要想了解天然气输配场站冻堵现象的产生原因，就必须要对“冰”进行深入的研究，了解“冰”的形成原理。根据科学家的深入研究，发现天然气中的很多组分是非常不稳定的。在一定的温度和压力条件下，某些气体组分与液态水发生反应，就会生成一种类似松散的冰或者致密的雪的晶体，具有不稳定性和非化合性质。所以，“冰”是一种天然气水合物。如果在管道或者设备里大量形成，并堆积在一起，将会产生冻堵现象，使天然气管道或者设备无法保持正常的运行状态。也就是说，冻堵现象的产生原因，其实就是天然气水合物的形成原因。在正常条件下，要想形成水合物，需要满足以下三方面的条件。第一，天然气中的水分要充足；第二温度条件和压力条件；第三气体要处于扰动之中，并出现结晶中心。

在中国北方，露天输配场站较多，冬季局部气温可达-30℃，如果此时天然气中的含水量达到一定标准，并且气流通过节流设备，出现了节流效应，引起温度的进一步降低，天然气又正好处于高压、高速、扰动状态，并伴有晶核出现，那么将很有可能出现冻堵现象。

4 天然气输配场站冻堵的预防措施

通过上文可知，天然气输配场站出现冻堵的危害十分严重，必须要采取有效措施防止冻堵现象的出现。以下罗列几个方面。

4.1 加强天然气中含水量的控制

要想有效预防天然气输配场站冻堵的产生，就必须要加强天然气中含水量的控制，确保天然气中的水分含有量适中处于较低水平。这样，才能够对水蒸气的冷凝现象进行有效的阻止。，过滤分离器的使用可以显著降低天然气中的水分含量，加大排污力度，提高使用过滤器排污阀排污频率，记录排污井内粉尘及水等情况。因为冬季的室外温度非常低，如果气流节流区域有液态水出现，很容易因为结冰现象而导致管道堵塞。只有将液态水排除干净，才能有效预防冻堵的产生[2]。

4.2 加强气压控制

天然气输配压力较高，经过调压站时高压降产生的温降也是冻堵产生的主要原因，可以根据SCADA 系统数据，根据下游用气量实时控制上游输配压力。因为在天然气输配场站的运行过程中，调压系统是冻堵的高发部位，只有加强上游气压和下游气压的调节，才能够有效预防冻堵的产生。最常用的预防手段，就是降低上游的压力，提升调压后的压力。因为这样，可以最大限度的控制调压系统中天然气的压降，避免天然气处于温度变化过于明显的环境中。

4.3 加强天然气温度的控制

要想有效预防天然气输配场站冻堵的产生，就必须要加强天然气温度的控制。因为只有温度下降到一定程度，水才会结冰，水蒸气才会形成液态水。只有加强天然气温度的控制，才能够避免天然气形成水化物。首先，为了提升天然气或者相关设备的温度，可以使用加装电伴热的方法。例如，调压阀及其引压管是最容易产生冻堵的部位，在这些部位加装电伴热，就可以明显减少调压阀及其引压管冻堵现象的产生。其次，在天然气输气场站加装水套炉系统，在调压之前加热管道内的天然气，就可以显著提升节流后的天然气温度，确保其处于水露点之上。这样，就可以防止水蒸气变成液态水，进而形成冻堵[3]。

4.4 加入抑制剂

要想有效预防天然气输配场站冻堵的产生，还可以在气流中加入适当的抑制剂，对水化物的形成温度进行控制。常用的化学抑制剂主要包含以下几种：第一甲醇、第二乙醇、第三乙二醇（EG）、第四二甘醇（DEG）。这几种化学抑制剂的亲水性都比较好，将其加入到气流中，可以将天然气中的水分进行有效的吸收，进而实现天然气中水分含量的降低，实现天然气露点的降低。这样，水合物就不容易形成，冻堵现象也就不容易形成。

5 天然气输配场站冻堵的处理措施

5.1 放空降压

当发现场站内设备产生冻堵现象之后，立即分析上下游情况，采取措施将降影响降到最低，利用前后阀门等将冻堵部分隔离并放散，等待水合物自行分解或进行清理。此种方法主要解决过滤器处冻堵问题，冬季过滤器应开一热备一，对过滤器压差进行严密监控，提前备好滤芯等耗材，在压差不正常增大时第一时间倒台放空处理。

5.2 加热解堵

当发现天然气输配场站产生冻堵现象之后，可以对冻堵段进行加热处理，使管道内天然气的温度升高，破坏水合物的形成条件，进而让已经形成的水合物自然分解，然后再被天然气带走。加热方式主要解决调压器处冻堵情况，伴热带配合保温材料。在实际工作中，要特别注意调压器间歇工作的情况，如下游用气低峰，调压器不工作后，可造成水合物积攒，造成冻堵。

5.3 防冻剂解堵

当发现天然气输配场站产生冻堵现象之后，可以将防冻剂注入其中，通过防冻剂的亲水性，来达到解堵目的。例如，可以将甲醇注入管道中，一旦甲醇与天然气中的水分子结合，就会自动吸收天然气中的水分子，不仅无法使水合物继续形成，还会对已经形成的水合物进行分解[4]。此种方法比较通用，主要用于解决过滤器处冻堵。

6 结语

综上所述，天然气输配场站冻堵的产生有着十分严重的危害。在明白了天然气含水量、温度与压力、扰流是产生冻堵的原因之后，发现要想有效预防天然气输配场站冻堵的产生，就必须要加强天然气中含水量的控制、加强气压控制、加强天然气温度的控制、加入抑制剂。而一旦天然气输配场站冻堵已经形成，那么还要通过放空降压、加热解堵、防冻剂解堵等方式进行处理。