天然氣場(chǎng)站工藝管線冰堵的成因與處置措施

1、1、水合物的形成水合物又稱水化物， 是天然氣某些組分與水分在一定溫度、 壓力 條件下形成的白色晶體，外觀類似密致的冰雪，密度為 0.880.9g/cm2,研究表明，水合物是一種籠形晶體包絡(luò)物，水分子借 氫鍵結(jié)合形成籠形結(jié)晶， 氣體分子被包圍在晶格中。 水合物有兩種結(jié) 構(gòu)，低分子的氣體（如 CH4, C2H6, H2S）的水合物為體心立方晶 格，較大的氣體分子（C2H8，iC4H10）則是類似金剛的晶體結(jié)構(gòu)。 在水合物中， 一個(gè)氣體分子結(jié)合的水分子數(shù)是不恒定的， 與氣體分子 的大小，性質(zhì)極易晶格孔室中北氣體分子充滿的程度等因素有關(guān)。 當(dāng) 氣體分子全部充滿晶格的孔室時(shí)， 天然氣的各組份的水合物分子

2、式為 CH4.6H2O,C2H5.6H2O,C3H8.17H2O,iC4H10.17H2O,H2S.6H2O。戊烷 以上一般不形成水合物。形成水合物的條件有三個(gè)：（1）天然氣中有足夠的水分；（2）一定的溫度與壓力；（3）氣體處于脈動(dòng)，紊流等強(qiáng)烈擾動(dòng)之中，并有結(jié)晶中心存在。 對(duì)于任何組成的天然氣， 在給定壓力的條件下， 就存在有一定的形成水合物的溫度， 低于這個(gè)溫度就會(huì)形成水合物， 而高于這個(gè)溫度 就不形成水合物或形成的水合物發(fā)生分解。 當(dāng)壓力升高時(shí)， 形成水合 物的溫度也隨之升高。若天然氣中沒有自由水，則不會(huì)形成水合物。 另外，形成水合物還有一些次要的條件，如氣體流速高，任何形式的 攪拌及晶種

3、的存在等。 這些次要條件大多經(jīng)常存在于工藝管道的氣流 中。由此可知形成天然氣水合物有一個(gè)臨界溫度， 也就是水合物存在 的最高溫度， 當(dāng)環(huán)境溫度高于臨界溫度， 在高的壓力也不能使天然氣 形成水合物。2、防止水化物形成措施針對(duì)管道天然氣水合物的幾個(gè)重要因素， 有四條途徑可阻止水合 物形成（1）脫除天然氣中的水分，降低水露點(diǎn)，是水蒸氣不致冷凝為自 由水；（2）壓力降低至一定溫度下水合物的生成壓力以下；（3）提高天然氣的溫度；（4）向氣流中加入抑制劑，降低水化物的形成溫度。 天然氣長(zhǎng)距離輸送前必須有效地脫除其中水分。所謂有效地脫 除，就是在輸送的最高壓力和最低溫度下， 天然氣中的水分尚處于不 飽和狀態(tài)

4、。相對(duì)濕度為 6070%左右，或者是在輸送壓力下天然氣的 露點(diǎn)比最低輸送溫度低510C左右。在輸氣場(chǎng)站實(shí)際生產(chǎn)中， 防止冰堵的方法通常是脫除天然氣中的 液態(tài)水，降低運(yùn)行壓力，提高天然氣的溫度及采取添加抑制劑的方法。2.1 脫除液態(tài)水分分輸場(chǎng)站工藝中一般是通過(guò)各種排污系統(tǒng) （包括分離器， 匯管等 裝置的排污管線極易工藝閥門的排污嘴） 排出工藝管線、 閥門和裝置 中存在液態(tài)水， 儀表閥和引壓管通過(guò)儀表閥的排污口排出液態(tài)水。 在 天然氣含水量較高的場(chǎng)站，要加密排污頻次，及時(shí)進(jìn)行排污。特別是 在冬季低溫情況下，液態(tài)水很容易形成水合物（或結(jié)冰）堵塞工藝設(shè)備和管線。 及時(shí)排污可以有效地防止工藝管線、 設(shè)備

5、和儀表在低溫情 況下發(fā)生冰堵現(xiàn)象， 但是這種方式不能完全的防止低溫下水合物的形 成。2.2 降低運(yùn)行壓力在分輸場(chǎng)站中最容易發(fā)生冰堵是調(diào)壓系統(tǒng)。 因?yàn)檎{(diào)壓過(guò)程中， 壓 降回導(dǎo)致天然氣的溫度降低，一般情況下天然氣的壓力每下降 1MPa， 天然氣的溫度要降低35C。如果天然氣水露點(diǎn)較高，在冬季低溫下， 調(diào)壓系統(tǒng)易滿足形成水合物的三個(gè)條件，最容易產(chǎn)生冰堵現(xiàn)象。輸氣場(chǎng)站降低調(diào)壓系統(tǒng)上游的壓力（或升高調(diào)壓后的壓力） ，減 小調(diào)壓系統(tǒng)中天然氣的壓降， 可以減小天然氣溫度下降幅度， 是防止 調(diào)壓系統(tǒng)病毒的較為有效地方法。 但是在通常情況下， 降低上有壓力， 會(huì)影響干線管道的輸送能力，所以降低上游壓力也是有局限

6、性的。2.3 提高天然氣溫度提高天然氣的溫度能有效防止水化物的形成， 在輸氣站場(chǎng)中通常 采用加裝電伴熱或加裝水套爐裝置來(lái)提高天然氣或工藝設(shè)備的溫度。（1）加裝電伴熱。 在天然氣分輸場(chǎng)站對(duì)容易發(fā)生冰堵的設(shè)備或管 線加裝電伴熱是最常見的防止冰堵的方式， 比如對(duì)調(diào)壓閥及調(diào)壓閥的 引壓管加裝電伴熱， 可以防止調(diào)壓閥和引壓管發(fā)生冰堵。 這種方式在 天然氣含水量不太高的情況下很有效。（2）加裝水套爐系統(tǒng)。輸氣場(chǎng)站加裝水套爐系統(tǒng)，在調(diào)壓前對(duì)管 道內(nèi)的天然氣進(jìn)行加熱，使其截流后的天然氣溫度保持在水露點(diǎn)以 上，避免水蒸氣凝析成水， 是解決輸氣場(chǎng)站冰堵現(xiàn)象的最后效的方式。目前水套爐的技術(shù)比較成熟， 加熱爐結(jié)構(gòu)主要

7、有加熱爐本體， 加熱系 統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，利用天然氣做燃料， PLC進(jìn)行自動(dòng)控制，我國(guó)輸 氣管道中，部分輸氣場(chǎng)站安裝了，水套爐系統(tǒng)解決冰堵問(wèn)題，效果很 好。2.4 添加抑制劑通過(guò)加入一定量的化學(xué)抑制劑，改變水合物形成的熱力學(xué)條件、 結(jié)晶速度或聚集形態(tài)， 來(lái)達(dá)到保持流體流動(dòng)的目的。 通過(guò)抑制劑或離 子增加與水分子的競(jìng)爭(zhēng)力， 改變水和烴分子間的熱力學(xué)平衡條件， 避 免水合物的形成，或直接與水合物接觸，使水合物分解而得到清除。通常使用的化學(xué)抑制劑有：甲醇、乙醇、乙二醇（EG ）或二甘醇（DEG幾種。目前輸氣場(chǎng)站工藝管道一般采用甲醇泵的方式對(duì)高壓天然氣進(jìn)行注醇。甲醇泵系統(tǒng)，可以分為甲醇罐、注醇泵和相應(yīng)

8、的注醇管線。甲醇泵甲醇的注入量是可以調(diào)節(jié)，不同流量和壓力下注醇量是不同 的，需要我們不斷的研究和摸索，尋求合理的注醇解堵技術(shù)、合理優(yōu) 化注醇量，達(dá)到預(yù)防冰堵的效果。3、站場(chǎng)冰堵應(yīng)急處置措施本文第二部分介紹了防止水化物生產(chǎn)的方法， 當(dāng)輸氣站場(chǎng)管線或 設(shè)備發(fā)生冰堵后， 與上述措施相似，通常采用以下方法進(jìn)行應(yīng)急處置：（ 1）冰堵段放空降壓。采取對(duì)冰堵部位進(jìn)行放空或降壓，水合 物的形成溫度隨壓力下降而降低，當(dāng)其降至低于管線內(nèi)天然氣溫度 時(shí)，已形成的水合物將發(fā)生分解，達(dá)到解除冰堵的目的。這種方法損 失氣量很大， 而且水合物融化需要比較長(zhǎng)的時(shí)間， 將影響對(duì)下游用戶 的供氣，所以該措施有一定的局限性。（2）加熱解堵法。在已形成水合物的管段，利用熱源加熱天然 氣（如熱水、蒸汽、隔離管線燃煤加熱等） ，提高天然氣的溫度，破 壞水合物的形成條件，時(shí)