天然气管道冬季高峰运行管理与工艺优化

李勇

中油国际管道公司 北京 102200

随着工业现代化日益发展，天然气等重大能源的需求量不断增加，天然气长输管道在我国的应用也越来越广泛。随着天然气管道覆盖面积不断增加，天然气长输管道网络也就成了现代市场与用户之间联系的一个重要中心，出了安全问题，就会对下游用户及社会安全造成严重的影响[1]。因此，天然气管道运输过程中必须保证其在冬季期间不出现冻裂情况、泄漏现象以及火灾爆炸等危险问题。保证冬季高峰期间天然气长输管道的安全十分必要。

1 天然气管道在冬季峰值运行存在问题的原因分析

天然气管道冬季峰值运行时，容易发生管道冰堵，在多数情况下，天然气管道被水合物阻塞，引起压力波动。冰堵的特征主要表现在以下几个方面：首先，管道范围广、冰堵点相对较宽不容易判定；二是气候的影响相对较大，多发生于冬季；第三，由于天然气本身性质不同而产生结冰情况也不一样。三是气温中等时，水合物的压力范围大，一般在3～10 MPa左右。由于天然气管道具有一定特殊性，容易引起一些问题，如冻雨和冰冻等。清管和操作时，管道容易发生多方冰堵现象[2]。其中主要是因为天然气管道内的水冰结冰而造成的，所以要加强对天然气管道进行防冻工作。通常天然气管道所运输的材料都有少量水分，多为气体进入管道，造成管道在运行时出现冰堵。

气温比较高时，天然气管道发生冰堵。如果天然气管道发生了结冰问题，那么就会造成一定程度上的堵塞，严重影响着天然气管道的正常运行。冰堵产生的原因有两个：一是冰堵，天然气管道压力高，部分管段的输气温度低于水合物组成温度。第二，天然气管道中含有水会对管道造成一定程度上的堵塞，进而使管内气体流速变慢，从而影响了天然气输送效率。在天然气运输过程中，温度和压力是水合物组成的首要决定因素。

2020年11月，A区最后一个车站进站压力3.7 MPa、气温7.4℃，调压阀在调节压力5min后就会发生压力波动和流量变小。经过检查发现，末站输水管道中存在着一些冰堵现象，且有部分堵塞部位已经形成冰块。其主要原因是管内有少量的水夹在末站，并且堆积于管道的低洼处，A地区气温零下15℃左右，因此，站内管道存在冰堵现象。

2 强化长输天然气管道冬季高峰安全管理是十分必要的

随着中国生产力的不断发展，各产业发展较好，在当今时代，国之能源经济市场已呈抬头之势，同时，管道建设亦有较大进步。在这样的情况下，对天然气管道施工技术进行研究有着十分重大的现实意义。天然气长输管道连接着大量用户，是国家重要公用设施之一，更是一项至关重要的基础设施，它严重地影响了全社会经济稳定与社会安定。

因此，在实际工作中必须要加强对天然气长输管道的维护管理。通常情况下，天然气长输管道在比较复杂的环境中运行，往往被各种腐蚀介质腐蚀，天然气长输管道还将穿越高山峻岭，由偏远的矿区来到了繁荣的都市。由于长期运行在这些恶劣的自然环境之中，所以极易引发各种各样的安全事故，其中最常见的就是泄漏事故。当出现中毒，火灾或爆炸等险情时，将严重影响环境，还将带来无法估量的经济损失甚至严重危及人民群众生命安全。

3 天然气管道冰堵预防与处理

针对冬季高峰运行期间发生的管道冰堵现象进行了优化研究，具体做法如下。

3.1 有效地控制了气源的质量

避免天然气管道冰堵的最好办法是降低天然气水的露点，有效地控制了气源的质量。天然气中水分含量较高，容易在管道内聚集导致结冰堵塞情况，严重时会造成安全事故，威胁人身安全。天然气流入管道前，需要进行良好的干燥处理，常见的处理方法有固体和液体吸附两种。固体吸附法就是应用表面活性剂或者是高分子化合物作为原料制备成一定浓度的水溶液，以此来提高气体中水分含量，降低天然气水露点。

3.2 实现了天然气管道的高效烘干

为能对天然气管道在注水试压期间所形成积水进行有效的优化，必须进行干燥处理，然后再进行施工，通常有3种做法，真空、空气干燥和干燥剂。其中真空干燥是最常见且使用最为广泛的一种方式，主要用于将天然气管道内部产生的水汽去除，达到消除安全隐患的作用。干燥剂干燥是指施加化学剂的干燥方法，向天然气中加入一定的干燥剂，降低蒸汽压达到干燥管道。这种干燥方法一般适用于低含气率的气体或液体

3.3 增加天然物真实温度

运输天然气时，提高其输送温度，可有效地避免水合物的组成，最常用的办法就是将电伴热加到管道相关装置上，可对管道及相关装置发生冰堵问题进行有效的优化。

3.4 加入适量抑制剂

以有效避免天然气中水合物的发生，能向管道天然气内添加一定配比的化学抑制剂，继而引起天然气分子内平衡性变化，保证它能长期处于流动性状态，这种优化天然气冰堵手段，是目前最为常用的解堵方式之一。因此，需要对天然气管道进行合理规划与设计。此外需要根据天然气管道的地理位置，管道上装1支三通，1支阀，布设排污口1个。并基于低压力管道的地理位置，所述管道内设置有活动接头，借此避免天然气管道的阻塞。

4 强化天然气管道在冬季峰值时的安全操作管理

4.1 强化管道在冬季高峰时安全作业完整性管理

首先，要认清长输管道违建行为的危害，继续加强对拆除违建的治理工作；加强宣传教育，强化安全意识，增强职工自我保护意识。各类违建行为的预防和处理，结合实际情况，设立专门组，要把谁搭建、谁拆除作为落实责任的基本方针，向有关职能部门下达拆迁任务，从而提高了长输管道的运行安全系数。其次，建立完善的管理体系，明确各部门职责分工，制定详细的规章制度。同时学习国外的先进经验，进行管道完整性管理，管道完整性管理等内容：含缺陷管道的本体管理等；管道地质灾害及周边环境的治理；防腐有效性的管理；泄漏风险评估及预警机制建设等。对输气管网的生产和经营进行各个专业的管理。

4.2 加大风险管控力度，对冬季高峰管道进行安全风险分析和评估

管道风险控制，是确保管道安全运营的根本，是科学地管理管道的一个主要方面，能够防止事故发生和损失度，节省维修维护成本等。目前国内管道管理部门普遍采用定性分析法评估管道风险水平，但这种方法不能反映出实际状况下可能出现的问题，且无法准确预测管道故障后果及发展趋势。以查明管道的风险状况，对管道进行风险分析和评估是十分必要的，管道的风险分析可以从如下几方面进行研究：定性的风险分析和评估、半定量的风险分析与评估。其中定量风险分析是一种综合评估方法，它根据不同的目的，采用不同的数学模型或数学方法，通过计算得到各种可能造成事故的结果[3]。由于它可以同时考虑到各方面的不确定性因素，因此在管道风险管理中有着广泛而重要的应用前景。在管道风险评价中，定量评价法处于高级阶段，它是量化绝对事故发生频率的严格的数学与统计学方法，它以失效概率为依据，以失效结果为依据进行直接评估，其评估结果最为严谨，精确。

4.3 强化天然气冬季高峰管道检查，强化HSE 监管检查

对天然气管线调压撬、过滤分离器和阀门及其他设备设施，推荐使用分段、实行分片包干，责任到人管理办法，严格执行天然气设备的管理标准，定期维护阀门和其他基础设备，如调压器，采用先进的检漏设备，严把管网关，在发现安全隐患问题后，应及时剔除，确保天然气管网及其相关设施运行的安全性和可靠性。此外，要加强员工培训教育，提高工作人员安全意识。同时也要积极开展HSE监督检查，HSE监督检查正是发现隐患，控制风险的一个有效途径，为了保证已经投入生产的站场、管线运行安全，抢维修作业安全无事故，安全管理部门要组织开展多种HSE监督检查，主要是试生产之前的HSE检查、投产过程中安全监护等、对生产运营进行现场HSE检查、抢维修中心建设作业的HSE检查等等。

4.4 严格把好作业方案的审核关

在目前我国天然气冬季高峰管道的规划和施工中，推荐钢骨架PE及PE管材，使用新连接形式天然气引入管。通过分析我国输气管网现状，提出了相应的发展对策。结合目前我国西气东输工程输送天然气的需求，对于已老化或长期服役的长输管道，要及时更新或检修。由于目前我国大多数城市都是使用传统钢管作为输气干线管道，因此，对于现有老旧天然气管线应尽快更换为钢质管道，以保证天然气供应充足与稳定。该工艺可采用穿PE管的方式、管道内衬及其他工艺，改造有安全隐患问题天然气管道，既能有效杜绝天然气泄漏的隐患问题，并能有效地延长天然气管道使用年限。同时应加强油气管道防腐保温技术研究，提高防腐质量，确保油气管道运行安全可靠。油气管道保护工作的主管部门应当加强监督，依法严惩打孔盗油和违章施工作业，危及油气管道安全；应本着后建设服从于先建设，加强油气管道的占压和清理工作。

4.5 强化政府职能部门的管理，严格控制地下设施的建设审批

对城建和规划职能部门来说，在建筑工程项目施工许可证的发放中，若与地下天然气管线有关，那么就需要建设单位和天然气安全管理单位进行良好的谈判，特别是工程施工较大的项目、施工工期较久的工程，职能部门要组织和召集地下管线业主方参加、施工方举行了施工协调大会，需要施工方积极有效地进行预防，才能真正做到，符合标准的，方可发放施工建设许可证。另外，为了确保城市燃气管道能够正常运行和使用，还需要对其进行日常维护保养，防止因为人为原因或者其他自然情况造成管道出现问题。通过强化建筑施工环节中的质量管控，可有效地避免由于施工和其他外界因素造成的天然气燃气泄漏事故的发生[3]。

5 天然气长输管道冰堵紧急处置

针对大牛地气田冬季高峰作业时发生的管道冰堵事故，开展了应急处置工作，确保了天然气管道的安全，平稳运行，有关举措如下。

5.1 天然气管道解堵

如果在天然气管道主线上出现了冰堵现象，目前使用最多的是关闭冰堵管道上的阀和放空降压，水合物可以在压力降低的情况下迅速溶解，还可施加高温蒸汽，对冰堵管段进行加热，促使水合物迅速溶解，继而达到解堵之目的。在站场部分天然气管线上安装一些加热器，可以加快气体流速，使气体与水反应更充分，促进水合作用，提高了水合物分解速度和效果。如果在车站的某些管线上出现冰堵的问题，本实用新型能够高效地使用相关加热设备，对冰堵后管段加热，从而提高天然气的温度，达到了水合物迅速分解之目的。如果是站场附近存在大量的天然气管道，则需要采用人工方式对冰堵进行处理。如果车站分输管段发生冰堵，备用管道可以采用开关方式，对其加热，以促进水合物的迅速分解。

5.2 管道设备解堵

如果出现调压阀冰堵的问题，能通过注一定配比防冻剂进行解堵，防冻剂对天然气有吸水功能，能有效减少天然气冰露点，然后达到快速分解水合物和解堵。若是输气管道出现结冰现象，则需要对其进行除冰处理，以保证输气管路正常运行。此外，如果站内排污管道或分离器之类的装置出现冰堵的问题，本实用新型可有效地利用在线排污解决冰堵难题，还可以采用替换已冰堵分离器的方法，施加完好备用分离器。

5.3 集气站场解堵

对集气站冰堵进行解堵，也是一种非常普遍的处理手段，如联络站或分输集气站发生冰堵，此时，可以采用调整相关工艺流程，在压缩机出口合理施加高温天然气反吹冰堵部位，从而加快水合物的分解，还可应用压缩机出口高温气体解堵出现冰堵得管道。此外还要解堵引压管，如果在引压管上出现了冰堵，且管径较小，所对应的水合物也会相对较少，为此，应加强相关工作人员对冰堵点及危害分析，并制定出相应的预防方案，进而为企业创造更大经济效益。所以搞好解堵工作很关键

6 结束语

在经济发展要求下，使国内冬季天然气高峰长输管道的施工越来越多，尽管管道长度增加了，本实用新型有效解决天然气长距离运输难题，为人民群众生产生活带来便利，然而，天然气管网运行过程中的安全管理工作，也会面临着全新的考验，它的安全工作与人民群众生命财产安全息息相关，因此，分析强化天然气管道冬季高峰运行安全管理措施有着重要意义。