天然气管道冰堵成因及防治措施

左冬来

（中石化川气东送天然气管道有限公司，湖北武汉 430000）

天然气管道冰堵成因及防治措施

左冬来

（中石化川气东送天然气管道有限公司，湖北武汉 430000）

随着我国天然气长输管道产业的蓬勃发展，天然气管道的输送距离越来越远，输气压力越来越高，基于管道运营安全性的考虑，天然气长输管线及其站场的冰堵问题越来越受到重视，基于冰堵原理采取有效措施有效地防止冰堵，以及冰堵发生后应该采取怎样的应对措施来处置，对于各输气单位来说都是需要解决的生产实际问题。从冰堵产生的原因上着手分析，详细阐述冰堵成因机理以及基于此的防治方法。

天然气长输管道；输气站场；天然气水合物；冰堵；防治措施

1 冰堵成因机理

天然气长输管道输送压力越来越高，如果产生冰堵的话可能会造成严重的输送事故。实践表明冰堵产生的主要原因有两点：一是长输天然气管道在投产前，水试压后的扫线、清管过程中，没有将管道内的残余水清理完，导致部分管段存水较多，在温度低时直接冻结或形成天然气水合物；二是天然气在经过站场的调压撬等设备时，由于节流效应（焦耳-汤姆逊效应），温度急剧降低，当管道温度低于天然气水露点时，天然气组分中的水分子析出，在高压低温条件下，生成天然气水合物，产生冰堵。由此可见，天然气长输管线及其站场冰堵产生的核心原因是管道中形成天然气水合物。

1.1 冰堵危害

天然气水合物形成后，会对长输管线运行产生如下影响：

（1）天然气水合物在输气管道或输气场站某些管段（如弯头、阀门、节流装置等部位）形成后，容易导致流通面积减小，形成局部堵塞，其上游压力增大，流量减小，下游压力降低，影响正常输气和平稳供气。

（2）天然气水合物在节流孔板处形成，将直接影响天然气流量的计量准确性。

（3）天然气水合物在气液联动截断阀的引压管处形成，将导致控制单元无法及时准确地检测到信号，造成阀门误关断。

（4）水合物若在关闭阀门的阀腔或“死气段”内形成，易因体积膨胀造成设备或管道冻裂，该情况多发生在投产初期和冬季气温较低的地区。

1.2 天然气水合物

1.2.1 天然气水合物的构造

天然气水合物的结构：在一个水合物单元体中，水分子形成一个空间笼的结构，其他的分子嵌入其笼中。形成水合物的天然气组分包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、碳氧化物和氢硫化物，这些全部是普通的天然气成分。其中，仅有较小的分子形成水合物，典型地，比丁烷分子量大的燃气成分形不成水合物。若输气管线压力温度一定，相应的天然气的饱和含水量也就确定了。当不饱和含水的天然气进入管线后，随压力的降低露点下降，当露点等于输气管线温度时，若压力条件满足并且水合物的形成温度高于输气管线温度，就可能析出水合物。1.2.2 天然气水合物的形成条件

一个水合物的形成需要如下三个条件：

①温度和压力的有机结合，促成水合物的形成依赖于低温和高压。

②存在一个水合物的形成体。

③气体处于水汽的饱和或过饱和状态。

2 冰堵的防治措施

2.1 冰堵的预防措施

2.1.1 清管作业必须干净彻底

确保管线内无大颗粒介质，无游离水存在，在焊缝处对口作业必须在规定范围内。

2.1.2 脱水

从气体中分离水分（被称为脱水）是首选。没水即没有水合物，目前脱水工艺已非常成熟，根据具体情况选择最合适的脱水工艺即可。然而，脱水的目的不是去除所有的水，只是使水的含量降到一个水合物不再是一个问题的点。

2.1.3 加热

通常使用的第二个方法是加热气体。如果气体被有效加热水合物将不再形成，或已形成的水合物将融化。对于输送管道来说，使用一个在线加热器在气体进入管道之前对其加热是很普通的事。气体应加热足够的时间以达到其在输出管道时高于水合物形成温度。如果管道太长可考虑分段加热。另一种方法是使用伴热线，可使用电伴热也可使用流体伴热线。

2.1.4 压力

此方法为选择性采用的，为防止水合物形成可采取减压措施。如果压力足够低，水合物将不会形成或已经形成的水合物也将融化。在天然气工业中这不是一个经常的选择，因为压力指示着重要的生产情况，大多数情况下生产需要的是稳定的压力。减压通常是是一个补救措施，用于融化成型的水合物。

2.1.5 添加抑制剂

还有一种方法是利用化学制剂抑制天然气水合物形成。天然气管道采用的最普遍的方法是注甲醇，有时也采用加注乙二醇的方法。

2.2 冰堵位置的判断

从管道外观上可以从以下几点确认：

（1）冰堵点管表温度低于上下游管表温度，一般在5℃以下。

（2）管道有明显的震动。

（3）有明显的紊流撞击管道造成的气流声。

（4）管道两侧的土含有一定的水分，并且有略微的冻结现象。

2.3 冰堵点的处置措施

在冰堵不严重时利用化学制剂，在管线内加注乙二醇或者甲醇用以抑制水合物的形成，也可选择地采取减压措施；在冰堵比较严重时，应首先关停压缩机，通过加热保温，让天然气的温度保持在天然气水合物形成的平衡温度以上。现场常用电伴热对冰堵点管道进行外部加热。

3 结束语

通过本次对天然气长输管道以及分输站场冰堵的研究，可以了解到冰堵对生产的危害十分巨大，会造成巨大的安全隐患。冰堵产生的核心原因是天然气水合物的形成，预防冰堵的根本是阻止天然气水合物的形成。

建议：

1）严格按照操作规程进、质量验收以保证清管作业必须干净彻底，确保管线内无大颗粒介质，无游离水存在，在焊缝处对口作业必须在规定范围内，确保净化厂脱水作业完全彻底，适当条件下调节压力，注入水合物抑制剂。

2）强化广大员工对冰堵成因及防治措施的学习理解与掌握。

3）积极开展技术创新争取通过技术创新解决冰堵问题。

[1] 李卫娟.天然气场站管冰堵原因和主要预防措施比较[J].中国科技博览，2014，（48）：291.

Causes and Prevention Measures of Ice Crack in Natural Gas Pipeline

Zuo Dong-lai

With the vigorous development of China’s long-distance natural gas pipeline industry，the transportation distance of natural gas pipeline is getting farther away，and the gas pressure is getting higher and higher.Based on the consideration of pipeline operation safety，the long-distance natural gas pipeline and its station Ice blocking the problem more and more attention，based on the principle of ice to take effective measures to effectively prevent ice block，and ice plug after the occurrence of what measures should be taken to deal with the gas units are needed to solve the production of practical problems The From the cause of ice block to start the analysis，explain in detail the mechanism of ice blocking and based on the prevention and treatment methods.

natural gas long-distance pipeline；gas station；natural gas hydrate；ice block；control measures

TE832

A

1003-6490（2017）01-0149-02

2017-01-06

左冬来（1991—），男，四川彭州人，助理工程师，主要从事长输天然气管道保护工作。