天然气管道冰堵原因及管理措施分析

王 卓，高雪慧，贺新群，付 豪，周 明，龙小琴

(湖北省天然气发展有限公司，湖北 武汉 430000)

在运行的过程中，天然气设备由于温度、压力、水分等因素的影响，极易在管道内形成天然气水合物，造成管道冰堵，轻则导致设备损坏，影响下游居民用户正常用气，重则引起安全事故，造成生命财产损失。因此，解决天然气管道冰堵的问题，不能单从输送工艺、设备构造出发，要结合实际，综合考虑冰堵的危害和成因。

1 天然气管道冰堵的危害

天然气冰堵是指，在天然气输送过程中，由于低温等因素导致管道、 阀门等设备内部结冰，造成气体流动受阻或完全中断的现象[1]。 这种冰堵现象会对其附近位置的流量和压力造成一定影响，形成局部低温高压的外部环境，不仅对天然气输送系统造成一系列问题，还会存在着一定的安全隐患。 具体表现形式如下：

1)输气中断。冰堵会导致管道内的天然气流动受阻，甚至完全中断。这将导致天然气输送系统无法正常运行，造成供气中断，影响用户、工业生产等各个领域的天然气供应，给社会带来重大经济损失。

2)压力变化。冰堵造成管道的截面积减小，阻力增大，从而导致管道内的气体压力升高。这种压力变化可能会引发管道、设备的破裂或破损，导致天然气泄漏，进一步增加安全风险。

3)爆炸危险。天然气是易燃易爆的气体，一旦发生泄漏，与火源、静电等可能引发火灾或爆炸事故。冰堵会增加管道系统的压力，加剧管道的老化和破损风险，从而增加了天然气泄漏、引发火灾或爆炸事故的可能性。

4)腐蚀性增加。冰堵会导致管道、设备表面温度降低，环境温湿度较大时，易形成露点水，进而导致金属管道或设备出现腐蚀。腐蚀会降低管道的强度和密封性能，增加管道漏气的风险。

5)输气能力下降。冰堵会导致气体流动通道狭窄，管道输气能力下降。这不仅会导致天然气输送效率低下，还会增加供气系统的负荷，可能导致设备过载工作，出现故障。

综上所述，天然气设备冰堵对于天然气输送系统和社会带来的危害是非常严重的。本文将针对天然气设备出现冰堵的原因以及影响因素进行探究，以此提出对于天然气设备冰堵问题的管理改善方法。

2 天然气管道冰堵的原因

2.1 低温环境

随着季节更替，当天然气输送过程中经过的地区气温较低时，如在寒冷的冬季或高海拔地区，会使得天然气输送系统的管道表面温度降低，导致管道内部的水蒸气凝结成冰，堵塞管道，进而引起压力的变化，使得天然气管道内部出现冰堵现象[2]。例如，2016年哈尔滨天然气管道冻堵事故，就是由于环境温度太低引起的管道内水分凝结结冰所致。

2.2 水分存在

在施工过程中，可能存在多种因素导致管道内残留一定量的水。比如，在管道试压时采用了注水试压，清管时没有将贮存在管道内的水分清理干净，使得天然气管道内含有一定量的水分。当温度降低时，气体中的水蒸气会凝结成液态水或冰，进而在管道中形成冰堵。2020年，河北某段天然气管道因含水量过高造成冰堵事故，导致部分用户停气。

2.3 设备冰堵

在天然气场站内，当天然气流经调节阀、引压管、过滤分离器等设备时，由于气体流通面积突然减小，会在局部形成天然气节流现象，产生焦耳-汤姆逊效应，使得天然气温度也随之下降。当天然气的水露点较高且析出水分时，在低温高压环境的共同作用下，极易在设备局部形成天然气水合物，影响下游居民用户的正常使用[3]。

2.4 管道结构设计不合理

管道的设计可能存在问题，如管道的形状、大小、材料等不合理，导致气流流速过低，使得气体中的水蒸气更容易凝结成冰。2021年辽宁某天然气管段因天然气管道结构设计不合理引起冰堵事故，影响部分地区供暖。

2.5 维护不当

管道清洗、防冰和保温措施的不足，或是设备的损坏、堵塞、漏气等问题都会导致冰堵的发生。例如，管道保温层的破损或腐蚀，会导致管道表面温度下降，促使冰堵发生。2018年山西省发生了一起天然气管道冰堵事故，导致部分用户停气，事故原因包括管道清洗不及时、管道泄露等。

2.6 管道长期使用

管道在长期使用过程中，管道内可能会积聚一定量的杂质、沉积物等。这些杂质会减小管道的通道，降低流速，易使管道内的湿气凝结形成冰堵。

结合国内外常见的天然气管道冰堵，天然气设备冰堵的发生原因主要是由于低温环境、水分存在、漏气、管道结构设计不合理、维护不当，以及管道的长期使用等因素相互作用产生的。为了避免冰堵的发生，应该在设计、施工、维护过程中充分考虑这些因素，并采取相应的防冰措施，确保天然气输送系统的安全和可靠运行。

3 天然气管道冰堵的预防措施

通过对以上天然气管道冰堵原因的分析，为了预防天然气管道冰堵问题，需要采取一系列预防措施，主要包括管道保温措施、排水措施、加热措施、使用防冻剂、清洁保养、监测系统、设备维护和管道设计等[4]。

保温措施是防止天然气管道冰堵的重要手段之一。通过加装保温材料或设备，能够减少管道或设备受到外部低温环境的影响，降低冷却速率，从而减少冰堵风险。常见的保温材料包括岩棉、硅酸盐纤维和聚氨酯等。此外，可以采用保温挡板、保温套管等设备进行保温，防止热量的交换和散失，提高管道和设备的温度。

排水措施也是预防冰堵的有效手段。在天然气设备中设置排水装置，能够将潮湿气体或液体从管道中排除，防止结冰堵塞。排水装置的设置需要合理布局和处理，确保排水通畅，以保证天然气的正常流动。我国的西气东输管道跨越多个省份，包括寒冷的北方地区。为了防止冰堵，该管道采取了多种措施，包括定期清理管道内部的水分等，并且进行巡检和维护工作，以保障下游用户正常用气。

加热措施是另一种常用的预防冰堵的方法。通过加热设备或加热元件提高天然气设备的温度，能够有效防止低温环境下的冷凝和冰堵现象。常见的加热设备包括电加热器、蒸汽加热器和燃气加热器等。加热的关键是要根据天然气设备的特点和工作条件确定合适的加热方式和参数。俄罗斯Gazprom公司是世界上最大的天然气生产和输送公司之一。Gazprom采取了多种措施来保护其天然气管道免受冰堵的影响，在气温较低的冬季，他们主要通过在易产生冰堵的管段处使用绝缘材料和加热设备，并进行定期的巡检和维护，以确保管道的正常运行。

使用防冻剂是预防冰堵的常见方法之一。在天然气设备中加入适量的防冻剂，能够提高气体的结冰点，防止冰堵的发生。常用的防冻剂包括甲醇、乙醇、丙醇等。但需要注意的是，防冻剂的选择和使用需要考虑其对天然气设备的安全性和环境的影响。在俄罗斯北极地区，天然气管道常年处于极端寒冷的条件下，极易发生冻堵，因此在这些管道中，使用了专门的防冻剂来提高管道的抗冻结性能。这些防冻剂能够延缓冰块的形成，保持管道的正常运行。

清洁保养是预防冰堵问题的基础措施之一。定期清洁和检查天然气设备，清除管道中的积冰或沉积物，能够避免其堵塞管道和设备。清洁保养工作包括定期清理管道、检查阀门和接头的密封性能，及时更换老化或损坏的设备。

监测系统的建立和运行对于预防冰堵问题至关重要。安装温度、压力等监测装置，能够实时监测和掌握天然气设备的运行状态，发现异常情况并及时采取措施。监测系统可以通过终端设备进行数据采集和分析，并通过远程监控系统进行。加拿大TransCanada管道公司在冬季寒冷的气候条件下经营着庞大的天然气管道网络，他们除了采用了上述一系列预防冰堵的措施以外，包括加装保温材料、安装加热设备等，还使用监测系统实时监测管道温度，并将数据传至控制终端进行分析和处理，确保及时发现管道异常，保障管道平稳运行。

4 天然气管道冰堵的解决方法

4.1 天然气设备冰堵

1)加热解冻。通过加热来解冻冰堵，可以使用电加热器、蒸汽加热器或燃气加热器等加热设备，将热能传递给冰堵部位，使其解冻。加热解冻需要根据具体情况调整加热温度和时间，以保证解冻效果的同时不造成设备损坏[5]。该方法应用范围较为广泛，并且可以根据不同的实际情况分别采用热水浇灌、加热设备保温、锅炉加热等方法快速、有效解决管道局部冰堵。

2)冲洗清理。通过冲洗管道或设备来清除冰堵，可以使用高压水或气体来冲刷堵塞的区域，并将冰块和其他杂质排除。在冲洗过程中，需注意选择适当的冲洗介质和压力，以避免对管道或设备造成损坏。2009年12月，西气东输二线西段投产后，由于地形、气温等原因，半年之内管道沿线和站场出现50余处冰堵，运行单位采取对冰堵段两端阀室放空降压、蒸气吹扫冰堵处等多种措施，清除了冰堵[6]。

3)防冻润滑剂。在天然气设备中添加适量的防冻润滑剂，可以降低天然气的冰点，延迟结冰的发生。此外，防冻润滑剂能够提供润滑作用，减小摩擦阻力，有助于防止冰堵的形成。大连—沈阳天然气管道在投产初期，考虑到气温较低，为防止站场调压阀调压之后出现冰堵，在设备中添加了适量甲醇等防冻剂，降低含水量，进而降低天然气水露点而快速将水合物分解。

4)能量供给。在冰堵区域增加能量供给，可以促进冰块的熔化。可以通过增加热交换器的热传输面积、提高热介质的温度或流速等方式提供额外的热量，从而解决冰堵问题。

5)预防措施。采取一系列预防措施，减少冰堵的发生，包括保温措施、排水措施、加热措施以及合理的设备维护等。保温措施可以减缓管道或设备的冷却速度，排水措施可以将潮湿气体或液体及时排出，加热措施可以提高设备温度，而设备维护可以预防管道或设备内积存的冰块形成大规模的冰堵。

6)检修维护。定期对天然气设备进行检修和维护，及时清除和更换老化、损坏的部件。检修维护工作包括阀门操作灵活性检查、密封性能检查、管道清洁、防腐涂层修复等，可有效避免冰堵问题的发生。

7)智能监测系统。引入智能监测系统，实时监控天然气设备运行状态，及时发现异常[7]。通过传感器监测温度、压力、流量等参数的变化，并利用数据分析技术进行诊断和预测，可以提前采取措施，避免冰堵问题的发生。随着天然气站场智能化、数字化的实现，对易冰堵设备、易冰堵管段实行在线监测，已经成为了天然气站场有效预防和及时解决冰堵问题的有效手段。

4.2 天然气输气管段冰堵

1)施加加热。通过在管道周围或特定位置施加加热来融化冰堵。这可以通过采用外部加热设备，如加热毯、电热带等，或者利用蒸汽或热水在管道内部进行加热来实现。中缅天然气管道(境内段)由于管道投产前干燥不彻底，导致下游管道内天然气水露点升高，频繁发生冰堵，之后通过协调自用气撬供货商对各站设备采取更换电阻丝，增大热负荷的方式，解决了冰堵问题。

2)清理管道。使用高压水或气体推动的清洗设备，如清洗枪、清洗球等，对冻堵的管道进行冲洗和清理，以除去结冰物质。

3)加注抗冻剂。在管道内注入抗冻剂，如甲醇、乙醇等，来防止水分在管道内结冰。

4)排空管道。将管道内的天然气排空，以减轻冻结的压力并加快冻结物的融化。

5)维护管理。定期进行管道的维护和检查，确保管道充分绝缘、无漏气、排水畅通等。

5 结束语

在当前天然气管道预防和解决冰堵问题的过程中，需要不断更新预防手段，提高解决效率。基于对天然气管道冰堵原因的深入研究，可以采取预防为主、防治结合的整体策略，从天气因素、地形因素、人为因素等多个方面采取有效应对措施。例如，在冬季天然气运行中，容易发生冰堵故障，可以通过设备优化，加强温度和压力的调节，并定期进行检查和日常维护，利用天然气管道自身涡流效应产生热量，有效提升预防和解决冰堵问题的工作质量和效率。控制好天然气的水露点、防止管道内部形成低温高压的环境，是减少天然气管道冰堵现象的根本举措。