天然氣管道冰堵成因分析和預(yù)防措施

天然氣管道冰堵成因分析和預(yù)防措施2016-06-0709:58博思特

推薦214次天然氣,管道近年來，西氣東輸管道二線、大-沈管道（大連-沈陽）、冀-寧管道（安平-青山）、秦-沈管道（秦皇島-沈陽）、忠-武管道（忠縣-武漢）等天然氣管道均發(fā)生過冰堵問題，給管道的正常生產(chǎn)造成較大的影響。

一、冰堵成因及分類

1冰堵成因

天然氣管道冰堵一般發(fā)生在冬季，冰堵產(chǎn)生的根本原因是管道內(nèi)部存在液態(tài)的或氣態(tài)的水。液態(tài)水一般因管道投產(chǎn)前干燥不徹底而存留，溫度較低時結(jié)冰，造成管道冰堵；氣態(tài)水一般在一定含量、一定溫度和壓力下析出液態(tài)水，并在一定條件下生成天然氣水合物，進而結(jié)成冰堵。前者一般發(fā)生在管道投產(chǎn)初期，并且，地形起伏較大、彎頭及彎管較多的管段較易發(fā)生；后者一般在管道運行過程中，由于天然氣中水含量過高而引起。

天然氣水合物是一種由水和甲烷、乙烷等小分子氣體在一定條件下形成的固態(tài)結(jié)晶，外觀像碎冰，點火即燃，又稱“可燃冰”。其形成條件包括組分條件、熱力條件和促生條件，其中，組分條件是存在硫化氫、二氧化碳及小分子烴類組成的氣體分子和天然氣在一定條件下析出的液態(tài)水；熱力條件是具有足夠高的壓力和足夠低的溫度；促生條件是天然氣在紊流狀態(tài)下或有晶體微粒存在。

2冰堵類型

天然氣管道主要包括干線管道和站場，兩者均有可能發(fā)生冰堵。冰堵情景主要有4種。

投產(chǎn)干燥不徹底引起的冰堵

天然氣管道在焊接完成后，為檢驗焊接質(zhì)量、密封性和承壓能力，需要對管道進行試壓。目前，管道試壓多采用水壓試驗。盡管試壓完成后均要進行清掃及干燥處理，但是，在低洼處、彎頭、彎管等特殊地段，管道內(nèi)難免存有少量殘留水，投產(chǎn)初期溫度較低時易造成冰堵，影響站內(nèi)閥門、調(diào)壓裝置等設(shè)備的正常運行，影響向下游用戶分輸供氣。

大-沈管道在2011年底投產(chǎn)后，管道沿線營口、沈陽等分輸站場及與其相連的秦-沈管道沿線盤錦、錦州等分輸站場均多次發(fā)生冰堵現(xiàn)象，給管道正常運行造成較大影響。

干線管道清管作業(yè)引起的冰堵

管道運行初期，為進一步清除管道內(nèi)殘留的雜質(zhì)和水分，需進行清管作業(yè)。在清管器運動過程中，由于前后壓差的存在，清管球射流孔會產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，溫度隨之降低，天然氣水露點較高時析出水分，并在一定條件下形成天然氣水合物，進而造成冰堵，增加了清管作業(yè)的難度和風(fēng)險。

2010年5月27日，西氣東輸管道二線清管作業(yè)時，張掖-永昌段及古浪壓氣站附近56#～59#閥室之間地勢起伏大、地溫變化快，多次發(fā)生冰堵。

站場節(jié)流引起的冰堵

當(dāng)天然氣流經(jīng)過濾分離器、調(diào)壓橇、孔板流量計等裝置時，會引起天然氣節(jié)流，由于焦耳-湯姆森效應(yīng)的存在，天然氣溫度隨之降低，當(dāng)天然氣水露點較高時會析出水分，形成水合物，進而產(chǎn)生冰堵。

若冰堵發(fā)生在過濾分離器，會造成濾芯堵塞，進而引發(fā)濾芯的變形和損壞；若發(fā)生在調(diào)壓橇，會造成管內(nèi)流通面積減小，甚至全部堵塞，進而影響向下游用戶平穩(wěn)供氣；若發(fā)生在流量計處，會影響流量計的精準(zhǔn)度；若發(fā)生在閥門引壓管處，會引起控制單元無法準(zhǔn)確檢測信號，造成閥門誤操作。

2010年11月27日，澀-寧-蘭天然氣管道（澀北-西寧-蘭州）蘭州末站各分輸支路均發(fā)生冰堵；2011年1月1日，西氣東輸管道二線黃陂站調(diào)壓管路發(fā)生冰堵；2011年4月27日，西氣東輸管道二線紅柳壓氣站臥式分離器發(fā)生冰堵。

輸送露點較高氣源引起的冰堵

我國忠-武管道、陜-京管道系統(tǒng)（陜西-北京）、冀-寧管道、永-唐-秦管道（永清-唐山-秦皇島）等天然氣管道在西氣東輸管道二線投產(chǎn)之前，由于氣源水露點較低，運行較為平穩(wěn)，很少出現(xiàn)冰堵現(xiàn)象。

西氣東輸管道二線投產(chǎn)后，由于這些管道的氣源混有水露點較高的中亞天然氣，沿線多數(shù)站場冰堵問題較為嚴(yán)重，給管道正常運行造成較大影響。

二、冰堵預(yù)防措施

1嚴(yán)格控制氣源質(zhì)量

預(yù)防天然氣冰堵最根本、有效的方法是降低天然氣水露點，控制氣源質(zhì)量。天然氣進入干線管道之前，先經(jīng)處理廠干燥處理，常用的干燥方法有液體吸附法和固體吸附法2種。

液體吸附法是利用甘醇等具有良好親水性的吸附劑進行脫水，以降低天然氣水露點；固體吸附法是利用硅膠、活性炭、分子篩及氧化鋁等具有較強吸附能力的吸附劑進行脫水，使天然氣水露點達到相關(guān)要求。

我國典型管道對應(yīng)氣源的水露點：根據(jù)相關(guān)協(xié)議，中亞天然氣管道（中亞-中國）氣源水露點要求冬季在7.0MPa壓力下不高于-7℃，根據(jù)GB/T22634-2008《天然氣水含量與水露點之間的換算》附錄E換算方法，折算其對應(yīng)的水含量為67.3mg/m^3；

中緬天然氣管道（緬甸-中國）氣源水露點要求在10.0MPa壓力下不高于-5℃，折算水含量為63.5mg/m^3；中俄東線天然氣管道（黑河-上海）氣源水露點要求冬季在4.0MPa壓力下不高于-20℃，折算水含量為36.8mg/m^3；

西氣東輸管道一線氣源水露點在6.0MPa壓力下不高于-14℃，折算水含量為40.5mg/m^3；陜-京系統(tǒng)管道氣源水露點在5.4MPa壓力下不高于-13℃，折算水含量為51mg/m^3；川氣東送管道（普光氣田-上海）氣源水露點在6.7MPa壓力下不高于-15℃，折算水含量為40.1mg/m^3。生活用氣造成了較大影響。其原因主要由于管道投產(chǎn)前干燥不徹底，管道內(nèi)含有殘留水。

2013年8月初投產(chǎn)期間，該管道保山站排出約30m^3的水，其余站場、閥室放空作業(yè)時，放空管也存在混有水柱的氣體，說明該管道投產(chǎn)前的干燥不徹底。

2014年2月，瑞麗首站8.2MPa壓力下水露點值介于-17～-13℃，能夠滿足相關(guān)協(xié)議氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而下游祿豐分輸站水露點明顯升高，7.1MPa壓力下水露點值介于-4.6～3.2℃，說明管道投產(chǎn)之后一段時間內(nèi)，管道內(nèi)仍存有液態(tài)水，導(dǎo)致下游管道內(nèi)天然氣水露點升高。

另外，自用氣橇前后壓力從約8.0MPa一次性降至0.4MPa，壓降較大，按5℃/MPa計算，溫度降低約38℃，也是產(chǎn)生冰堵的主要原因之一。

針對自用氣橇冰堵的問題，投產(chǎn)初期，各站采用夜間停止用氣、熱水噴淋及增設(shè)電加熱器等多種措施，后來通過協(xié)調(diào)自用氣橇供貨商對各站設(shè)備采取更換電阻絲、增大加熱負(fù)荷的方式，徹底解決了冰堵問題。

3中亞管道氣源露點較高對我國其他管道的影響

陜-京管道系統(tǒng)、冀-寧管道、永-唐-秦管道、忠-武管道等天然氣管道在引進中亞氣之前，天然氣水露點一直較低，運行較為平穩(wěn)。中亞天然氣自2009年底引進我國并進入上述管道之后，2010年冬季氣溫較低時，沿線多數(shù)站場發(fā)生了較為嚴(yán)重的冰堵現(xiàn)象，給管道運行造成較大影響。

其主要原因為中亞天然氣氣質(zhì)水露點較高。根據(jù)霍爾果斯首站水露點測量值，2010年冬季，霍爾果斯首站天然氣水露點值為4～11℃，交氣壓力約為7.8MPa，水露點取平均值7.5℃時，折算水含量為164.5mg/m^3，遠遠高于相關(guān)協(xié)議規(guī)定值67.3mg/m^3。但是，冬季寒冷季節(jié)我國天然氣正處于用氣緊張狀態(tài)，因此，無法大幅度壓減進口氣量。

中亞天然氣管道天然氣水露點合同規(guī)定值與實際測量值對比情況見下表。各站場冰堵事故初期，由于多數(shù)站場沒有預(yù)防措施和處理經(jīng)驗，給正常生產(chǎn)造成較大影響。后來采取注醇法等臨時措施，并在相關(guān)站場增設(shè)加熱爐、電伴熱帶等加熱設(shè)備，才較好地解決了冰堵問題。

五、建議

一是，嚴(yán)格控制進口天然氣氣質(zhì)指標(biāo)，加大對露點較高氣的處罰力度。

隨著我國對清潔能源需求的快速增長，進口天然氣途經(jīng)將進一步拓寬，對于今后的進口天然氣管道，應(yīng)充分吸取中亞天然氣管道氣源露點較高的教訓(xùn)，在前期技術(shù)談判時，應(yīng)對天然氣水露點等氣質(zhì)指標(biāo)進行嚴(yán)格控制，并在對應(yīng)的商務(wù)條款中加大對露點較高氣源的處罰力度，以確保我國天然氣管網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行。

二是，嚴(yán)格控制管道水壓試驗后的干燥處理，最大限度地降低管內(nèi)殘留水。

我國近幾年管道出現(xiàn)的冰堵事件，多數(shù)發(fā)生在管道投產(chǎn)初期，主要原因是管道水壓試驗后干燥不徹底。大-沈管道、中緬天然氣管道境內(nèi)段、西氣東輸管道二線西段投產(chǎn)初期均有發(fā)生。為防治和治理冰堵問題，多數(shù)站場增設(shè)加熱爐、注醇裝置等相應(yīng)設(shè)施，不僅需要大量投資、增加運行成本，還需對設(shè)備進行運行、維護和保養(yǎng)，增加了運行人員的勞動強度和工作量。今后，新建的干線天然氣管道進行干燥處理時，應(yīng)加大監(jiān)管力度，提高施工質(zhì)量，最大程度減少管內(nèi)殘留水。

三是，充分考慮新建管道對管網(wǎng)系統(tǒng)的影響，并提出應(yīng)對措施。

隨著我國天然氣管道行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)基