城镇燃气设施冰堵及改善措施的探讨

山东省新奥交通能源公司　黄　骞

华润燃气控股有限公司　彭知军

城镇燃气设施冰堵及改善措施的探讨

山东省新奥交通能源公司黄骞

华润燃气控股有限公司彭知军

2016年1月份的“世纪寒潮”袭击了我国大江南北，对其经过地区城镇燃气设施的安全运营带来极大威胁，造成调压器、过滤器、户外立管等燃气设施大面积的冰堵。文章对造成城镇燃气设施冰堵的原因进行分析，同时对燃气设施的冰堵现象提出解决及预防的措施。

燃气设施冰堵措施

2016年1月份的“世纪寒潮”袭击了我国的大江南北，甚至一度将雪线推到了华南地区；给部分地区的电力、交通、农业等行业造成了严重的影响。

此次寒潮，同样对其经过地区城镇燃气设施的安全运营带来极大的压力，尤其华中、华东等地区往年冬季气温相对较高，燃气运营单位对冬季燃气设施运营的风险评估不足以及应对寒潮的措施与经验缺乏，造成调压器、过滤器、户外立管等燃气设施大面积的冰堵。燃气设施冰堵情况，见图1。

图1　冰堵的过滤器

1　冰堵原因分析

1.1节流效应

由于燃气输送时的节流效应，燃气设施内残留的水汽与天然气在一定压力、温度的作用下形成水合物，造成流量调节阀、调压阀等部分关键燃气设备发生冰堵现象，影响正常安全稳定供气。特别是在极端气候下，燃气消费量大幅增长，在调压器等部位节流效应增强。

1.2凝固(凝华)反应

较大水分(水蒸汽)由于气温降低发生凝固(凝华)造成燃气管道或部分关键燃气设备冰堵。燃气设施内的水主要来自以下几个方面：

(1)在燃气管道安装施工过程中，由于现场施工管理粗放，管沟开挖导致地下水以及雨季施工过程中的雨水灌入燃气管道；此外，在燃气施工中会对燃气管道进行吹扫，但由于部分吹扫作业管理粗放以及非开挖管道存在低凹点等因素，水分往往吹扫不净；同时空气吹扫以及压力试验也将大气中的水分带入管道。

(2)《天然气》(GB 17820—2012)规定，天然气在交接点压力下，水露点应比输送条件下最低环境温度低5 ℃。实际运营中，天然气中水分的含量存在高于上述规范要求的可能，但非冬季时期对燃气设施的影响较小。此外，该标准适用于埋设在冻土层以下的长输管道，但由于城市地下空间的局限性与复杂性，城镇中的燃气管道较多情况下不能完全埋设于冻土层以下。再者，城镇燃气输送到用气末端室外明设的设备设施后，由于冬季环境温度较低，天然气水露点高于周围环境温度，也会形成液态水。

从燃气管道排出的水，见图2。

图2　从燃气管道排出的水

2　冰堵的防治

依据理论及现场经验，解决冰堵现象主要从降低管道内水分、提高天然气输送温度、加注防冻剂等方面入手。

2.1降低管道内的水分

由于水分是造成冰堵的最重要因素，因此降低管道内水分也是预防冰堵现象发生最关键的举措，降低管道内的水分主要从以下几个阶段进行。

2.1.1减少施工阶段水分的进入

加强对燃气管道施工的精细化管理，严格按照相关规范、标准施工，特别加强在雨季、高水位地区施工期间的管理，避免水分进入。管道吹扫作业必须严格按照规定的管道的吹扫方法执行吹扫工作。同时，吹扫作业不能忽略气候对于工作的影响，降雨后或者湿度较高时不宜执行吹扫工作，以免造成管道内不必要进水。

2.1.2排除运营中管道内的水分

2.1.2.1设置凝水缸

根据实际运营情况，若发现管道中所含水蒸气较多时，可在关键管段设置凝水缸。管道内的水蒸气会随着天然气在管道内流动，当天然气与水蒸气所形成的混合气体经过凝水缸时，则可以凝结天然气中的水分。

凝水缸需定期按照操作规程进行排水，才能有效降低管道内的水分含量，进而缓解燃气设备的冰堵现象。

2.1.2.2放散式排水装置

根据笔者的实际工作经历，部分已投入运营的管道由于前期施工、吹扫等环节严重混乱，导致管道中存在大量的水分，部分管道中水分甚至占管径的2/3以上，此时的“水管”若在依靠凝水缸等方法排水，则效果甚微。由于燃气供应的连续性以及城市空间环境的复杂性，事实上不可能采取如停气置换管道，再次对管道进行吹扫作业等长时间中断燃气供应的作业方式。此时，必须考虑其他方式排除管道内的水分。

笔者根据现场经验，设计制作了一种放散式排水装置，如图3。

图3　放散式排水装置示意

该装置由集水池、放散管、静电接地报警器、进气控制阀、排水阀、挠性软管等部件组成，其中由挠性软管(配置法兰、丝口等)连接进气控制阀与燃气管道系统中的阀门井放散阀、调压柜(箱)进气口等部位，组成临时放散系统。当管道中的天然气裹挟着水分由挠性软管进入放散系统后，天然气由放散管排出，水分则留在集水池中，到达排水目的。此种方式可以一次性排出较大水量，有效缓解燃气设施的冰堵现象。根据实际情况，进气管与放散管的直径不应小于排水管道直径的1/2。

由于使用该方式排水，存在一定的安全风险，因此必须要做好相关安全工作。放散装置的静电释放系统必须有效连接，原则上放散管口距地面的高度不应小于4 m。排水应在用气低谷期进行，排水地点应选择人流量稀少处，避开配电室、锅炉房等重点构(建)筑物，现场杜绝任何烟火，在排水作业时应提前告知相关用户，并在现场设置警戒区，避免无关人员靠近，必要情况时可申请由公安、交警等部门配合作业。同时，由于采用直排方式，对环境有一定的影响并造成资源的浪费，有条件的单位可以研究对此进行回收。

2.2提高天然气输送温度

实践证明，提高天然气的输送温度是有效缓解冰堵现象的方法之一。通常的做法有：在门站、调压站等工艺设备前设水浴加热器，提高天然气的出站温度；也可在场站易冰堵设备位置根据现场条件做保温层或缠绕电伴热带或安装涡漩加热器 ；北方寒冷地区敷设的燃气管道，可根据当地地下环境，在满足管道敷设在冻土层以下的要求前提下适当增加埋深。

由于楼栋调压箱及户外集中挂表往往安置在户外，受传统居住习惯影响居民厨房往往位于背阴侧，调压箱、燃气表等户外燃气设施所处的环境温度较平均气温而言实际更低，因此户外燃气设施前的立管、架空管等在冬季可采用阻燃材料做好保温，被保温材料包裹管道的运营状况应良好，无严重锈蚀情况，冬季过后，应及时将保温层拆除，对管道进行检查维护。同时，保温材料应满足成本低廉、施工方便、能重复利用等要求。此外，有条件的区域可对调压箱、燃气表等设施缠绕电伴热带。

2.3燃气设施加注防冻剂

燃气管道中加注防冻剂防由于冻效果好、安全方便、成本低廉等优点，目前受到越来越多的燃气公司关注。目前运营中常用的防冻剂有甲醇(CH3OH)和乙二醇(CH2OH)2。甲醇是一种无色、易挥发、易燃的液体，与水互溶，在空气中燃烧生成二氧化碳和水。乙二醇是一种无色、无毒、粘稠状液体，与水互溶。

根据《发动机冷却液和防锈剂储备碱度测试法》(SH/T 0091—1991)，在标准大气压下分别测试不同体积分数的甲醇与乙二醇水溶液的的冰点。结果显示，甲醇和乙二醇都具有一定的防冻作用，但乙二醇水溶液乙二醇体积分数超过68%后，防冻性能出现下降现象，同时由于乙二醇的市场价格约为甲醇的4倍左右。综合比较而言，甲醇更适合作为加注燃气管道内的防冻剂。根据刘德青等实践表明，当天然气含水量为10 g/m³时，每1 000 m³天然气的甲醇用量仅需50 L，便可满足-30℃环境下燃气设备的正常运营。

因储气井占地少、安全性高等优点，故较多CNG加气站采用其作为储气设施，但由于储气井投产前及定检水压试验后，会有较多水分残存在井底。该部分水会被天然气裹挟到加气机，在加气中由于节流效应，导致天然气温度下降，造成加气机管路冰堵。在储气井完成水压试验排水后，宜向储气井内注入一定量的甲醇，对缓解甚至杜绝冰堵具有同样良好的效果。

向燃气设施中注入甲醇对于防止冰堵发生是一项切实有效地举措。由于甲醇属于危险化学品，具有中等毒性，可经消化道、呼吸道或皮肤摄入人体产生毒性反应，对人体的中毒剂量仅为4 ml，故在运输、储存、加注等操作过程中，要做好安全防护工作，防止发生意外。同时为有效缓解冰堵现象，防冻工作要提前进行，宜在管道设施投产前注入一定量的的防冻剂；对于上游天然气含水量较多的运行区域，后期应根据情况及时补注防冻剂。

此外，燃气系统设计时，在满足设计生产能力需要基础上，建议适当提高调压器、过滤器等关键设备的规格型号。根据现场经验，关键设备合理地的预留负荷余量，不仅可以为后期的增产提供基础条件，还可以有效缓解节流效应，能够降低冰堵发生的概率。

3　结语

燃气设施在冬季运行期间，冰堵严重威胁着下游用户的安全稳定用气，是非常严重的隐患。如何减少燃气设施冰堵发生，对于城镇燃气运营的精细化管理具有重要意义，而此项工作绝非某一阶段性工作，涉及从施工到运营、从上游到下游，需要得到城镇燃气生产经营全过程的通力协作。治理冰堵的重点在于“防”，因此在前期燃气施工、吹扫等环节的要严格把控、规范作业，尽可能减少管道中水分的残存，同时在燃气设施运行前，可预先注入防冻剂，防患于未然。

Discussion on the Ice Blocking and Improvement Measures of the Gas Facilities in Towns

Shandong Xin'ao Transport Energy CompanyHuang Qian
China Resources Gas Group LimitedPeng Zhijun

The "century cold wave" attacked China in January, 2016. Such bad weather had brought great threat to the safe operation of gas facilities in these areas. Gas facilities, such as regulator, filter, outdoor riser, are ice-blocked. This paper analyzes the causes of the ice block in the town gas facilities, and puts forward the measures to solve and prevent the ice blocking phenomenon.

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