长输天然气管道中的“冰堵”

■ 王保登 王保群

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长输天然气管道中的“冰堵”

■ 王保登 王保群

近几年，西气东输二线、大沈线、冀宁线、秦沈线、忠武线等天然气管道均发生过冰堵问题，给天然气管道的正常生产造成较大影响。笔者对冰堵原因和形成条件进行分析，对常见冰堵情景进行分类，对易堵管段提出相应预防措施，并总结常见冰堵事故有效治理经验。

冰堵形成的原因

发生冰堵的根本原因是管道内部有水存在——液态的或气态的。液态水一般因管道投产前干燥不彻底而存留下来，温度较低时结冰，造成管道冰堵；气态水一般因含量过高而在一定温度和压力条件下析出液态水，进而在一定条件下生产天然气水合物。前者一般发生在管道投产初期，并且地形起伏较大、弯头弯管较多的管道较易发生；后者一般发生在管道运行过程中，由于天然气中水含量过高而引起。

冰堵形成的条件

天然气水合物是一种由水和甲烷、乙烷等小分子气体在一定条件下形成的固态结晶，外观像碎冰，点火即燃，又称“可燃冰”。其形成条件包括组分条件、热力条件和促生条件：组分条件，即硫化氢、二氧化碳及小分子烃类组成的气体分子和天然气在一定条件下析出的液态水；热力条件，即足够高的压力和足够低的温度；促生条件，即天然气在紊流状态下或有晶体微粒存在。

冰堵有哪几种类型

天然气管道冰堵一般发生在冬季。总结近几年国内管道发生的冰堵现象，冰堵情景可分为以下几种：

投产干燥不彻底引起的冰堵

天然气管道在焊接完成后，为检验焊接质量、密封性和承压能力，需对管道试压。目前管道试压多采用水试压方法，尽管试压过后要进行清扫、干燥处理，但是低洼处、弯头、弯管等特殊地段管内难免存有少量残留水，投产初期温度较低时易造成冰堵，影响站内阀门、调压装置等设备的正常运行，影响向下游用户分输供气。大连-沈阳天然气管道在2011年底投产之后，管道沿线营口、沈阳等分输站场以及与其相连的秦沈天然气管道沿线盘锦、锦州等分输站场均多次发生冰堵现象，给管道正常运行造成较大影响。

干线管道清管作业引起的冰堵

管道运行初期，为进一步清除管道内残留的杂质和水分，需进行清管作业。在清管器运动过程中，由于前后压差的存在，清管球射流孔会产生节流效应，温度随之降低，天然气水露点较高时析出水分，并在一定条件下形成天然气水合物，进而造成冰堵，增加清管作业的难度和风险。2010年5月27日西气东输二线清管作业时，张掖-永昌段以及古浪压气站附近56#-59#阀室之间地势起伏大，地温变化快，多次发生冰堵。

站场节流引起的冰堵

当天然气流经过滤分离器、调压撬、孔板流量计等装置时，引起天然气节流，由于焦耳-汤姆森效应的存在，天然气温度随之降低，天然气水露点较高时会析出水分，形成水合物，进而产生冰堵。若冰堵发生在过滤分离器，会造成滤芯堵塞，进而引发滤芯的变形和损坏；若发生在调压撬，会造成管内流通面积减小，甚至全部堵塞，进而影响向下游用户平稳供气；若发生在流量计处，会影响流量计的精准度；若发生在阀门引压管处，会引起控制单元无法准确检测信号，造成阀门误关断。2010年11月27日，涩宁兰天然气管道兰州末站各分输支路均发生冰堵；2011年1月1日西气东输二线黄陂站调压管路发生冰堵；2011年4月27日，西气东输二线红柳压气站卧式分离器发生冰堵。

转供不合格气源引起的冰堵化学抑制剂法

国内忠武线、陕京线系统、冀宁线、永唐秦等天然气管道在西气东输二线投产之前，由于气源水露点较低，运行较为平稳，很少出现冰堵现象。自从西气东输二线投产，以上各管道气源开始混有水露点较高的中亚天然气，沿线多数站场冰堵问题较为严重，给管道正常运行造成较大影响。

冰堵的预防措施

严格控制气源质量

预防天然气冰堵最为根本有效的方法是降低天然气水露点，控制气源质量。天然气进入干线管道之前，先经处理厂干燥处理，常用干燥方法有液体吸附法和固体吸附法两种，前者是利用甘醇等具有良好亲水性的吸附剂进行脱水，降低天然气水露点；后者是利用硅胶、活性炭、分子筛以及氧化铝等较强吸附能力的吸附剂进行脱水，使天然气水露点达到相关要求。

做好投产前的管道干燥

为清除管道水试压产生的残留水，试压完毕后需进行干燥处理。常用管道干燥方法包括干空气干燥法、真空干燥法以及干燥剂干燥法。其中，干空气干燥法具有干燥时间较短、工艺简单、成本较低、干燥材料来源较广等优点，是目前国内使用较为广泛的干燥方法；真空干燥法具有可靠性较高、不会产生废弃物、符合站场HSE相关要求等优点，但成本相对较高；干燥剂干燥法在实际使用过程中，一般采用选择较为便宜的甲醇作为干燥剂。在实际工程中，常结合管道干线走向复杂、站场内部工艺管道规格较多、工期较紧等特点，选择多种方法共同完成管道干燥任务。

提高天然气温度

为防止天然气水合物的形成，用加热炉对天然气加热或在调压撬、气液联动阀引压管等易堵管段安装电伴热带，使气体温度保持在水露点以上。目前，国内多数站场常采用该方法，效果较为明显。

为避免天然气水合物的产生，可向管道中注入一定量的化学抑制剂，改变水和烃分子之间的热力学平衡条件，达到保持天然气流动的目的。该方法也是一种常见的解堵方法。

其他措施

为降低冰堵发生的概率，管道投产初期，可对站内调压撬、放空立管、阀门、过滤分离器、计量撬、排污罐等设备多次排污，将管道和设备内积液排出，并及时更换过滤分离器滤芯。条件允许的情况下，也可适当提高分输支线管道运行压力，缩小分输调压撬前后压差，减少温度降低幅度，尽量避免冰堵发生。

冰堵发生后怎么治理

干线清管解堵方法

对于干线管道清管出现的冰堵问题，较为常用的方法是将冰堵段两端阀室阀门关闭，并适当放空降压，天然气水合物将随着压力的降低快速分解，从而达到解除冰堵的目的。也可配合使用蒸汽车向管道外壁喷射高温蒸汽，对冰堵管道进行充分加热，加速天然气水合物的分解。该方法在西气东输二线清管作业时曾使用。

调压阀解堵方法

对于站场调压阀之后出现冰堵时，可注入适量甲醇等防冻剂，利用其良好的亲水性吸收天然气中的水分，降低含水量，进而降低天然气水露点而快速将水合物分解，达到解堵目的。该方法在大沈天然气管道投产初期被沿线多个站场采用。

站内局部管段解堵方法

站内局部管段出现冰堵时，可利用加热设备对天然气进行加热，提高天然气温度，使天然气水合物快速分解。加热设备一般有电加热器和水套炉两种，加热功率较小时常采用电加热器，加热功率较大时常采用水套炉。

分输管路解堵方法

天然气管道站内分输管路冰堵时，可切换至备用管路，并在发生冰堵管段缠绕大功率电伴热带，对管道进行加热，使水合物快速分解。也可临时采用调压阀上游球阀节流的措施，减小调压阀前后压差来降低节流效应，达到解堵目的。

压气站场解堵方法

对于联络压气站或者分输压气站，站内发生冰堵时，可采用调节工艺流程，利用压缩机出口的高温天然气反吹冰堵段，加速水合物分解。西二线红柳压气站出现冰堵时，利用掺混西一线压缩机出口端高温气的方法对冰堵段管道进行解堵。

分离器、排污管解堵方法

天然气管道站内分离器、汇管排污管线出现冰堵时，可采取在线排污的方式解决冰堵问题，也可切换至备用分离器，待冰堵解除后恢复。

引压管解堵方法

天然气管道站内调压阀引压管或指挥器出现冰堵时，由于其管径较小，产生水合物不会太多，可采取较为简单有效的热水喷淋法，向引压管或指挥器上直接浇注开水。该方法较为简单易行，效果较为明显。