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    廣州天然氣管道結冰原因及解決方法



    天然氣水合物是水與小分子氣體如 CH4、C2H6、C3H8 等形成的一種固態結晶,其外觀像雪沫或碎冰, 會堵塞管道、設備、儀表等,形成冰堵。目前已經發現的水合物結構有三種:I型、II型和 H 型。水合物生成需滿足組分條件和熱力學條件[3]:組分條件是系 統中應有一定的水分和低分子量的氣體或揮發性液體; 熱力學條件是指一定的溫度、壓力條件。水合物生成還與外部條件有關,當氣體處于紊流脈動等劇烈擾動中, 或有結晶微粒存在時,更易生成和長大。



    2.1 氣質符合標準要求  

    從根本上而言,避免管道發生冰堵的最直接辦法是降低管道輸送天然氣的水露點,保證管道輸送的是清潔、 干燥天然氣,管道內無工程遺留積水。只要運行壓力下 管道內天然氣水露點達標,無游離水析出,便不具備生 成水合物發生冰堵的條件。但新建管道投產初期或因特 殊原因,管道內工程遺留積水較多,管道接收的天然氣 水露點不達標,在下游都不可避免冰堵問題的發生。由 此必須加強管道建設工程期間水試壓后的清管、干燥質 量監管,在管道置換投產過程中增加站內設備和閥室球 閥的排污、吹掃作業。

    2.2 添加抑制劑

      可將化學抑制劑(如甲醇、乙二醇、二甘醇等)噴 注到管輸氣流中以吸收氣體中的水分,從而降低水露點, 降低水合物的形成溫度。最常用的抑制劑為甲醇[4], 甲醇易氣化,能與天然氣均勻混合,不需要霧化設備, 注入系統簡單。注入的甲醇在壓力下降、溫度回升后將 重新氣化,不易在管道中形成積液。注醇量根據水溶液 中最低抑制劑的計算和甲醇氣相蒸發量的計算得到。注 醇裝置的安裝位置:若向主干線管道注醇,裝在出站閥 后壓力表接口處;若向分輸管道注醇,安裝在計量橇后 調壓橇前的壓力表接口處,可選擇臨時拆除儀表接口, 連接注醇裝置接口。

    2.3 提高輸送溫度

    (1) 使用加熱裝置  

    通過使用電加熱器、水套爐等裝置加熱所輸送的 天然氣,提高輸送天然氣的溫度,使調壓節流后天然 氣的溫度仍高于水合物生成溫度,從而防止水合物生 成。這種方法也通常作為天然氣管道凍漲的預防和治理措施。在管輸天然氣水露點不確定的情況下,加熱 裝置的投用功率以調壓后天然氣溫度仍能達到 5°C為宜。通常,天然氣壓力每升高 1 MPa,溫度升高 10°C 左右 ; 壓力每降低 1 MPa,溫度降低 4.5°C左右。電加 熱器和水套爐都屬于大能耗設備,從經濟上考慮,需 求加熱功率低于 300 kW 時選用電加熱器,高于 300 kW 時選用水套爐。

    (2) 纏繞電伴熱帶  

    在天然氣站場分離器、調壓橇及其后管段、引壓管、 排污集液包等位置纏繞電伴熱帶并做保溫,可在一定 程度上緩解冰堵或凍結問題的發生,但對天然氣流動量較大的分離器、調壓橇及其后管段的作用不大。在 發生冰堵后,及時關斷冰堵設備兩端閥門,通過電伴熱 帶的加熱可作為解堵措施。電伴熱帶的選用功率一般 為 30~60 W/m,對所需伴熱部位做螺旋包裹纏繞,必須采用安全保溫材料以做到有效保溫,長時間投用,需安 裝溫控裝置。

    (3) 利用高溫氣進行調壓分輸

      對于分輸壓氣站,如果流程上許可,利用壓縮機出 口近 50°C、10 MPa 的高溫高壓天然氣進行分輸,即使 調壓至 4 MPa,溫度仍能保持 20°C以上。在流程滿足的 情況下,該方法也可做為解堵吹掃措施使用。

    2.4 減少調壓閥前后壓差

      由于分輸站場調壓橇上的工作調壓閥多是軸流式 調節閥,籠筒是閥門的關鍵部件,壁面上有許多孔眼, 活塞通過活塞桿的導引在籠筒內前后運動,可精確調 節流量,但此結構也容易在籠壁上發生冰堵,且水合物一但生成,很快就會堵塞流量調節的孔眼,節流進 一步加大,閥前后壓差增大,閥后天然氣溫度持續下降, 游離水在閥門和閥后管段內凍結,進一步加劇冰堵, 直至完全堵塞。在允許的運行工作壓力下,提高分輸站場調壓閥 后運行壓力,減少調壓閥前后壓差。此方法有兩個使 用前提:一是不可超過調壓閥后許可的運行工作壓力; 二是有充足的氣量允許,需先加大閥后向下游的供氣 量,提高管存量,使閥后的下游管道在較高的壓力下運行。   降低分輸站場調壓閥前的運行工作壓力,減少調壓 閥前后壓差。在管道水露點升高,開始出現冰堵跡象時, 及時通過關閉分輸站進站閥或上游閥室截斷閥,利用旁通線旋塞閥進行調節,降低工作調壓閥前壓力,可起到降低工作調壓閥發生冰堵的風險。此方法也可作為冰堵 發生時解堵的措施之一。  

    此兩種方法都是盡量減少向分輸站場下游用戶分輸的工作調壓閥前后壓差,最佳效果是保持工作調壓閥前 后無壓差。

    2.5 清管

      清管的目的是清除管道內積物、積液,只有在 不能生成水合物的壓力和溫度下,管道清管作業才是安 全的。若在管道運行壓力溫度高于水合物生成條件下清 管,清出積物、積水較少。但這并不能表明管道內無積 液,可以說明管道的水量不是非常大,不足以在管道內 形成比較大的水段塞。由于長輸管道長、管徑大,在管道的彎頭和起伏段會產生側漏及管道焊接處積水。同時, 管壁會有附著的水膜,所以,在高于水合物溫度壓力下 清管就很難清除管道內的全部積水。

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