天然气集输管线冬季冻堵及措施研究

田明号 李 顺

（淇县天然气有限公司 河南省鹤壁市 456750）

1 天然气输气及工作特点

1.1 天然气输气工作概述

天然气是由烃类和非烃类组成的复杂混合物。天然气中的烃类基本上是烷烃，通常以甲烷为主，还有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷及其以上烃类（C6+）。在C6+中有时还含有极少量的环烷烃（如甲基环戊烷、环己烷）及芳香烃（如苯、甲苯）。天然气中的非烃类气体，一般为少量的 N2、O2、H2、CO2、H2S 及水蒸气，以及微量的惰性气体如 He、Ar、Xe 等。本文所指的天然气集输系统只包括气田内部天然气的汇集，即只含气田内部的井场、输气站、增压站、阀室、清管站、输气总站和集输管网等由井口至处理厂（含净化厂，下同）之间的系统。

1.2 天然气输气工作特点

①介质中含有腐蚀性和有毒物质。天然气组分中常含H2S、CO2、有机硫、液相水中的Cl-等有不利于生产安全的有害物质，对金属材料的腐蚀性及对人体的高度危害性。②天然气通常处于被水蒸气饱和的湿状态。天然气采出过程中，由于温度压力的空降，常有凝析水析出，为腐蚀作用的发生提供了条件。且与游离水形成冰雪状的水合物，阻塞气体流动通道，影响集输生产的连续进行。③天然气具有易燃易爆性。当外界的空气进入管道和设备内部或外泄的天然气在一定的空间内与空气混合达到相应比例时，还可能遇火发生爆炸事故。④天然气集输工作压力高。天然气气井井口压力一般可达20～70MPa，个别甚至高达100MPa。高的工作压力使设备和管道发生内压爆破事故的可能性和事故的危害性加大。

2 天气热集输管线冬季冻堵原因分析

2.1 水合物的产生

在一定的温度和压力环境下，天然气与甲烷、硫化氢等分子结合形成结晶态化合物。冬季由于天然气温度和自然环境的降低，天然气集输管线形成的天然气水合物堵塞，设备和仪表无法正常运行。

2.2 凝析水的集聚

在天然气输送过程中，随着输送距离和温差的变化，部分水将被冷凝，并在管道的最低位置缓慢堆积。当天然气通过这些位置时，水合物就形成了。水合物的形成会降低天然气的循环范围和节流作用，加速水合物的生成，最终造成堵塞和运输失败。

2.3 不科学的消泡

在实际应用中，由于不完善的消泡系统，部分天然气集输管道会导致气泡进入集输管道。冬季低温会导致水合物生成，长时间形成堵塞。

2.4 管道工艺设计不合理

天然气管道冻堵的原因分析，找到了一个很重要的原因是管道设计不合理，如污水，等在胸腔积液的设计没有充分考虑冬季集输管道所遇到的情况，导致冬季天然气时的位置节流作用，产生水合物堵塞。

2.5 气量损失

天然气集输管线运行过程中，当环境、液态出现温度变化的时候，天然气集输管线中会出现一些凝析水，凝析水慢慢地聚集起来，越积越多。天然气集输管线的敷设高度不同，气流经过分离器分离头、阀门等部位之后，在最低的地方，会出现水合物，从而导致流通范围变小，产生了节流效应，从而导致水合物在此处发生堵塞。为了确保天然气集输管线的安全运行，应采取有效措施，来解除堵塞，可以采取放空降压的方法，但此方法会导致气量出现一定的损失。

3 预防冬季冻堵的措施探讨

3.1 加强安全管理，采取有效的防冻堵措施

①加强安全管理，确保注醇设备保持完好，才能制定科学的注醇方案。实际生产过程中，必须确保注醇顺利，注醇相关工艺设备，要定期检查、调试以及维修，注醇泵安装完成，调试后才能正式使用。并要检测供电状况，检查注醇管线是否存在漏点，注醇泵、泵体内油位、泵压是否正常。②必须整改工艺设计中存在的不适应性，进一步优化改进防冻剂加注技术，合理确定加注时间、加注周期，在发现问题的时候，应第一时间内反馈，并要定期清管、排污，预防污水进入下游的集输管线。

3.2 合理确定防冻剂加注的相关参数

①天然气集输管线中天然气水合物的温度形成后，来确定防冻剂加注时间以及防冻剂加注量。②重点把握防冻剂的加注时间、周期以及加注量。在进行现场操作的过程中，工况条件不同的话，那么也要根据实际工况，来动态调整防冻剂加注的相关参数。

3.3 加强天然气气源的脱水处理

考虑到含天然气水合物形成和水分子有直接的关系，因此，可以通过天然气来源水和脱水处理，以减少管道天然气水含量的测定，使其不能达到水合物的形成条件，从而达到冬季冻堵管道的预防作用。

3.4 增设排水处理

在实际的天然气管道施工时，管道应保持一定的坡度和排水装置设置在最低的位置和阀门的位置，此位置混合水和油排气管。如果天然气管道内部设置压力较低，则水和油的内部浓度应排除在手动装置中以抽取水和油；因此，如果管道压力较高，则可以在自排放中利用气体管道压力打开排水装置。

3.5 加强对管线和设备的管理

为了防止冻堵，冬天，天然气集输企业应加强对管道和设备的检查和维修，缩短周期，加强设备管理，增加排水次数减少，降低在巡逻过程水合物形成概率。

3.6 防冻堵措施

①在制定加注方案的时候，根据实际生产情况，来进行动态调整，严格按照防冻剂方案及使用说明的相关要求进行操作，才能确保防冻剂的加注效果。通常情况下，天然气集输管线需要进行2～3次的调整，才能确保加注效果。同时，应适当地对清管周期进行合理调整。②对工艺适应性进行积极改造。根据天然气集输管线的实际运行工况，来确定防冻剂加注的相关参数，便可以实现对天然气水合物堵塞问题的有效控制，确保天然气集输管线能够在冬季寒冷季节正常运行。在进行防冻堵检查的时候，应专门指派负责人来对天然气集输管线内的冻堵情况进行检查，并在第一时间反馈信息。对已经发生的冻堵问题，应仔细分析冻堵原因，并在第一时间调整加注制度、计温以及管线清理的时间。

4 结论

冬季发生的冻堵现象要深入进行研究，制定预防和解决方案，同时结合冬季生产经验和理论，进行分析总结，制定切实有效的解决措施，有助于后续解决冬季管线冻堵问题。

[1]李宏.天然气集输管线冬季冻堵及措施分析[J].中国石油和化工标准与质量，2016，36（08）：62～63.