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    广州天然气管道结冰原因及解决方法



    天然气水合物是水与小分子气体如 CH4、C2H6、C3H8 等形成的一种固态结晶,其外观像雪沫或碎冰, 会堵塞管道、设备、仪表等,形成冰堵。目前已经发现的水合物结构有三种:I型、II型和 H 型。水合物生成需满足组分条件和热力学条件[3]:组分条件是系 统中应有一定的水分和低分子量的气体或挥发性液体; 热力学条件是指一定的温度、压力条件。水合物生成还与外部条件有关,当气体处于紊流脉动等剧烈扰动中, 或有结晶微粒存在时,更易生成和长大。



    2.1 气质符合标准要求  

    从根本上而言,避免管道发生冰堵的最直接办法是降低管道输送天然气的水露点,保证管道输送的是清洁、 干燥天然气,管道内无工程遗留积水。只要运行压力下 管道内天然气水露点达标,无游离水析出,便不具备生 成水合物发生冰堵的条件。但新建管道投产初期或因特 殊原因,管道内工程遗留积水较多,管道接收的天然气 水露点不达标,在下游都不可避免冰堵问题的发生。由 此必须加强管道建设工程期间水试压后的清管、干燥质 量监管,在管道置换投产过程中增加站内设备和阀室球 阀的排污、吹扫作业。

    2.2 添加抑制剂

      可将化学抑制剂(如甲醇、乙二醇、二甘醇等)喷 注到管输气流中以吸收气体中的水分,从而降低水露点, 降低水合物的形成温度。最常用的抑制剂为甲醇[4], 甲醇易气化,能与天然气均匀混合,不需要雾化设备, 注入系统简单。注入的甲醇在压力下降、温度回升后将 重新气化,不易在管道中形成积液。注醇量根据水溶液 中最低抑制剂的计算和甲醇气相蒸发量的计算得到。注 醇装置的安装位置:若向主干线管道注醇,装在出站阀 后压力表接口处;若向分输管道注醇,安装在计量橇后 调压橇前的压力表接口处,可选择临时拆除仪表接口, 连接注醇装置接口。

    2.3 提高输送温度

    (1) 使用加热装置  

    通过使用电加热器、水套炉等装置加热所输送的 天然气,提高输送天然气的温度,使调压节流后天然 气的温度仍高于水合物生成温度,从而防止水合物生 成。这种方法也通常作为天然气管道冻涨的预防和治理措施。在管输天然气水露点不确定的情况下,加热 装置的投用功率以调压后天然气温度仍能达到 5°C为宜。通常,天然气压力每升高 1 MPa,温度升高 10°C 左右 ; 压力每降低 1 MPa,温度降低 4.5°C左右。电加 热器和水套炉都属于大能耗设备,从经济上考虑,需 求加热功率低于 300 kW 时选用电加热器,高于 300 kW 时选用水套炉。

    (2) 缠绕电伴热带  

    在天然气站场分离器、调压橇及其后管段、引压管、 排污集液包等位置缠绕电伴热带并做保温,可在一定 程度上缓解冰堵或冻结问题的发生,但对天然气流动量较大的分离器、调压橇及其后管段的作用不大。在 发生冰堵后,及时关断冰堵设备两端阀门,通过电伴热 带的加热可作为解堵措施。电伴热带的选用功率一般 为 30~60 W/m,对所需伴热部位做螺旋包裹缠绕,必须采用安全保温材料以做到有效保温,长时间投用,需安 装温控装置。

    (3) 利用高温气进行调压分输

      对于分输压气站,如果流程上许可,利用压缩机出 口近 50°C、10 MPa 的高温高压天然气进行分输,即使 调压至 4 MPa,温度仍能保持 20°C以上。在流程满足的 情况下,该方法也可做为解堵吹扫措施使用。

    2.4 减少调压阀前后压差

      由于分输站场调压橇上的工作调压阀多是轴流式 调节阀,笼筒是阀门的关键部件,壁面上有许多孔眼, 活塞通过活塞杆的导引在笼筒内前后运动,可精确调 节流量,但此结构也容易在笼壁上发生冰堵,且水合物一但生成,很快就会堵塞流量调节的孔眼,节流进 一步加大,阀前后压差增大,阀后天然气温度持续下降, 游离水在阀门和阀后管段内冻结,进一步加剧冰堵, 直至完全堵塞。在允许的运行工作压力下,提高分输站场调压阀 后运行压力,减少调压阀前后压差。此方法有两个使 用前提:一是不可超过调压阀后许可的运行工作压力; 二是有充足的气量允许,需先加大阀后向下游的供气 量,提高管存量,使阀后的下游管道在较高的压力下运行。   降低分输站场调压阀前的运行工作压力,减少调压 阀前后压差。在管道水露点升高,开始出现冰堵迹象时, 及时通过关闭分输站进站阀或上游阀室截断阀,利用旁通线旋塞阀进行调节,降低工作调压阀前压力,可起到降低工作调压阀发生冰堵的风险。此方法也可作为冰堵 发生时解堵的措施之一。  

    此两种方法都是尽量减少向分输站场下游用户分输的工作调压阀前后压差,最佳效果是保持工作调压阀前 后无压差。

    2.5 清管

      清管的目的是清除管道内积物、积液,只有在 不能生成水合物的压力和温度下,管道清管作业才是安 全的。若在管道运行压力温度高于水合物生成条件下清 管,清出积物、积水较少。但这并不能表明管道内无积 液,可以说明管道的水量不是非常大,不足以在管道内 形成比较大的水段塞。由于长输管道长、管径大,在管道的弯头和起伏段会产生侧漏及管道焊接处积水。同时, 管壁会有附着的水膜,所以,在高于水合物温度压力下 清管就很难清除管道内的全部积水。

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