天然气水合物的危害及预防措施

汪生平

摘要：天然气作为一种安全、清洁、高效的新能源，已经逐步替代了传统的能源，而天然气的开采不可避免的会产生其伴生物，天然气水合物的形成对天然气的开采、技术、加工、运输等有着不同程度的影响。本文初步分析了天然气水合物产生的条件，概述了其对天然气安全运输的危害程度，简单阐述了天然气水合物的预防措施。

关键词：天然气水合物;危害;预防措施

一、天然气水合物形成的相关条件

天然气水合物形成的首要因素为液态水，天然气的水含量应是饱和或者过度饱和的状态，并且存在游离的液态水;其次是要有足够高的压力;最后是低于水合物形成的温度。在气流温度低于水合物形成的温度时，加上外界的高压力，天然气水合物可以在零度及以上的温度产生。

处于天然气中的液态水，会在管道运输过程中形成液滴，并且可能在阀门、弯头、三通等区域，同管道内壁相互撞击形成粉末，这些液态水滴粉末与天然气一起运输流动，附着在管道内壁表面成为液态黏膜，在高压低温条件下，在管道内部形成天然气水合物。随着天然气经年累月的运输，水合物也随之加厚，使得管道内径逐渐变小，严重的情况下会堵塞管道，严重影响生产安全。

天然气运输过程中的流速和方向的变化也是天然气水合物形成的原因之一，在弯头、阀门、孔板及其他局部阻力突然增大的区域，由于压力、流向、流速的加剧变化，特别是节流阀门、分离器出入口、阀门密合不紧密处、压缩机出入口等地方，由于天然气温度骤然降低，会加快天然气水合物的形成。

根据以往生产的相关经验，当管道运行相关系数处于天然气水合物形成条件之下时，各项条件不满足天然气水合物形成的条件，则难以产生天然气水合物。经相关研究表明，不同密度的天然气，其产生天然气水合物的压力、温度也不尽然相同，在一定范围内，随着温度的升高，天然气水合物形成所需的压力也随之增加。由此可知，在生产过程中要首先测算验定天然气的密度，这样才可以初步估算在一定温度下天然气水合物产生的最小压力，或者是一点压力条件下天然气水合物形成的最高温度，从而进行预测天然气水合物的产生。

在一定温度条件下，不同密度的烃类混合物，形成天然气水合物所需的压力也存在区别，5%乙烷和2%丙烷的天然气混合物，形成天然气水合物所需的压力与甲烷相比较低，并且天然气通常是含烃类分子的混合物，因此其产生天然气水合物比甲烷相对容易。

二、天然气水合物在生产过程中的危害

在天然气生产运输过程中，天然气水合物严重影响天然气管道安全运输。由于天然气是由大量的烃类物质和小分子气体成分等构成的，在含有液态水的环境中，加之一定压力条件容易形成水合物。

天然气水合物的产生与天然气自由水的含量、压力、温度等条件有关。在天然气管道运输和相关加工过程中，尤其是产出气中含有饱和水蒸汽时，天然气通过阻力件（如节流阀、调压器、排污阀等）后会遭受压力升高，温度下降等外界环境。气体温度的降低会使管路、阀门、过滤器及仪表出现结霜或结冰现象，从而使管道运输天然气的比重下降，严重时甚至会堵塞管道，以导致管道上游压力升高，造成不稳定的生产因素，从而进一步影响正常供气，引起安全事故的发生，损害公有机械设备及相关工作人员的生命财产安全。

天然气水合物形成以后，它与金属管道内壁紧密结合，大幅度减少天然气在管道内流通的面积，由此而产生的天然气节流，加速水合物的进一步形成，进而造成管道、阀门和一些设备的堵塞，严重影响管道的安全运行。而天然气水合物的清楚，需要大量的时间、能源、物资以及工程的调整，从而导致较大的经济损失。据统计，防止水合物生成的费用约占生产总成本的5%-8%。因此，研究和讨论天然气在管内输送过程中水合物的防治和处理，对保障天然气管道的安全运行具有十分重要的实际意义。

三、天然气水合物的预防措施

控制管道内天然气水合物的生成，是天然气水合物防治最根本、最安全的策略。根据天然气水合物生成条件，对管道中的流体而言，由于流体成分相对稳定，并以一定的速度运行，因此抑制水合物的生成主要考虑温度、压力和含水三方面的影响：

（1）把输送压力降低到所处温度下形成水合物的生成压力以下;

（2）脱除天然气中的水分;

（3）向气流中加入抑制剂。

3.1加热法

由于节流前后温度下降剧烈，使节流前的天然气温度升高，从而使天然气在节流后的温度高于生成水合物的温度，防止由于节流温度降低而生成水合物。

3.2降压法

在保持原有的温度状态下，使输气管道中的天然气压力降低，下降到相关温度天然气水合物难以形成的压力条件之下。

3.3添加抑制法

对于集气管线内水合物的生成，可以采取添加化学抑制剂法。在一定操作条件下向管道内注入一定量的化学添加剂，改变水合物形成的热力学条件、结晶速率或聚集形态，来达到保持流体流动的目的。目前可采取的抑制剂类型主要有热力学抑制劑、动力学抑制剂、防聚剂三类。

3.4干燥脱水法

天然气脱水是防止运输过程中形成水合物最有效的措施。天然气进入输气管道之前应进行充分脱水，使天然气水露点低于管线周围介质最低温度5-7℃，这是预防形成水合物冰堵的根本方法。在天然气生产过程中，脱水就是降低天然气中的水汽含量，即降低天然气的露点。

工业中广泛使用的天然气水合物抑制剂有甲醇和甘醇类化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇。这类抑制剂可以有效地脱除天然气内的水分，达到抑制水合物生成的目的。在实际应用中，目前常采用的脱水方法是二甘醇溶剂脱水和固体吸附剂脱水。

四、结束语

本文对天然气的水合物的基本概念、形成因素、预防治理措施进行了初步的研究探索，总结而言有以下的认知和体会：天然气水合物的形成与天然气组成成分、压力和温度以及游离水的含量等因素有着密切关系;天然气水合物严重影响天然气的开采、运输和加工等正产生产工艺的进行;水合物的抑制生成主要从温度、压力和含水三方面着手，其中脱除天然气中的水分，是抑制水合物生成的最根本途径。希望本文的初步研究，对广大相关工作人员起到一定程度上的帮助。

参考文献：

[1]肖彦军，王坤.避免生成天然气水合物的措施[J].化工设计通讯，2019.

[2]袁志红.输气管道天然气水合物生成条件及防治措施分析[J].化工设计通讯，2017.