天然气管网冬季运行防冻措施与应用

党西平

摘要：随着经济的快速发展，人们的生活质量在不断提高，对于生活配套设施要求逐步提高，为了保证人们天然气的使用，本文根据冬季天然气管网从预防、保温、消除3个方面分析计算了各项保障措施的可行性和有效性。

关键词：注醇；电伴热；排水；推广应用

中图分类号：TQ421.9文献标识码：A文章编号：2095-3178（2018）19-0308-01

引言

在天然气管道输送过程中，天然气水合物是威胁输气管道安全

运行的一个重要因素，能否生成水合物与天然气组份（包含水含量）、压力、温度等条件有关。当气体在管道中流动时，由于局部阻力，如遇到缩口和调节阀门时，其压力若显著下降，这种现象叫做节流。实际气体节流前后的温度一般将发生变化。气体在节流过程中的温度变化叫做焦耳-汤姆逊效应（简称焦-汤效应）。大多数实际气体室温下的节流过程中都有冷却效应，即通过节流元件后温度降低，这种温度变化叫做正焦耳-汤姆逊效应。本论文主要针对此问题发生后，通过防冻剂注入、电伴热保温恢复、排水措施3个方面的防范工作，消除了管网运行的安全隐患，保障整个冬季白碱滩区的平稳运行。

1冻堵形成的可能原因

多种原因形成冻堵，大致有两种情况，一种是是管道中存在大

量的气态或者液态水，在温度低的情况下容易冻结成冰；其二，天然气水合物（可燃冰）的形成。第一种主要是因为由于种种原因在管道施工过程当中有气态或者液态水进入管道，例如在管道接口部位由于下雨没来及做好有效防范或者尚未焊接好的管段的管口处封堵不彻底，致使管沟内的雨水混杂着污水流入管道内，在后来的吹扫中，又没有吹扫干净，从而使部分水留在了施工未验收通气的管道中；再者，目前一般天然气带压管线在投产前所进行的管道试压中。有一部分强压试验采用的是清水试压（强压试验和气密性试验），

这是最有效的试验手段，但这为管理单位今后的管线运行管理留下了一定的隐患。在用空气或者氮气吹扫管道过程中，不能全部将管道内的气态或者液态水清除，管线里的存留水，在长距离的管道内大量积累，不容忽视，但是就一小段管线来讲，管道中存在的雨水或者污水很快会被干的天然气稀释带走，可以忽略不计。所以冬季低温寒冷的时候管道内的存留水会形成冰堵。

2冻堵产生后的危害

在天然气管道中，气体水合物是在输送过程中威胁安全运行的

一個重要因素，输送过程中天然气组分、温度、压力等条件决定能不能形成气体水合物。天然气通过局部阻力大的管道附属设备（例如：调节阀、调压器、信号管、变径三通等）时，天然气压力突然下降，导致气体温度降幅很大。温度的大幅度降低也会使管路、阀门、过滤器及仪表表面结霜或结冰，影响管道中燃气不能有效通过，严重时甚至会封堵管道，以导致燃气管道上游压力抬高，如果发现不及时会发生责任事故，甚至会有设备及人员的伤害，因而影响下游用户正常用气。当气体水合物牢固地结合到金属管道表面时，会降低管道的流动面积，进一步加速水合物的形成，并导致堵塞管道，阀门或其他供气设备的，严重影响管道的安全运行。因此，研究和讨论天然气水合物的预防和消除方法，对保护天然气管道的安全运行具有非常重要的现实意义。

3防范措施理论分析

3.1冻堵形成机理

天然气水合物是一种笼形晶格包络物，即水分子籍氢键结合成

笼形晶格，而气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格的笼形孔室里。在水合物中，与一个气体分子结合的水分子数不是恒定的，这与气体分子的大小和性质以及晶格中孔室被气体分子充满的程度等因素有关。天然气水合物形成的必要条件是：

①气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水；

②有足够高的压力和足够低的温度。在具备上述条件时，水合

物有时尚不能形成，还必须具有一些辅助条件，如压力的脉动，气体的高速流动，节流效应，因流向突变产生的搅动，水合物晶种的存在及晶种停留的特定物理位置如弯头、孔板、阀门、粗糙的管壁等。

由于水合物是一晶状固体物质，天然气中一旦形成水合物，极易在调压装置、管线弯头及三通等处形成堵塞，严重时影响天然气的输送，因此必须采取措施防止其生成。

3.2防冻方法

（1）注抑制剂法：可以用于防止天然气水合物生成的抑制剂分

为有机抑制剂和无机抑制剂两类。有机抑制剂有甲醇和甘醇类化合物，无机抑制剂有氯化钠、氯化钙及氯化镁等。而城镇燃气的防冻抑制剂主要是有机抑制剂，并以甲醇最为常用。抑制剂的主要作用是使气流中水分子溶于加入的防冻剂，改变水分子之间的相互作用，

从而降低天然气的露点，进而抑制管道中天然气水合物的生成。甲醇的沸点低（67.4℃），挥发性强，故防冻效果较好；甲醇的冰点也较低（-97.8℃），所以甲醇在较低温度时不易冻结，适用于要求低温的场合，由于甲醇沸点低蒸汽压力高，故更适用于较低的操作温度，若在较高温度下使用则蒸发损失较大。但甲醇具有中等程度的毒性，因此使用甲醇作抑制剂时应注意采取相应的安全措施。

（2）加热法：提高天然气节流前的温度，或敷设平行于采气管线的热水伴热管线，使气体流动温度保持在天然气的水露点以上，是防止水合物生成的有效方法。常用的是应用电伴热系统。

（3）排水和干燥气体法

结语

城市天然气管网系统在入冬前应提前做好防冻方案计划，严格

落实冬季保温防冻措施，甲醇做为最经济、最有效的抑制剂，在进入冬季运行前即可在各个区域注入一定比例的量，通过注醇泵配气站的注入、压差注入器在管线阀井的注入、人工在调压装置的注入这3种方式，有效增强甲醇与水溶液的融合，降低水的冰点；入冬前，完善市区内调压箱体的伴热恢复，采用10mm的岩棉带进行聚热包裹，并选择合适的电伴热功率；同时，增加科技调研，将太阳能电池板做为伴热系统的供电来源，进一步解决接电困难、经济纠纷等问题；制定排水计划，单次排水时间不宜超过3min，制作专用软管排水工具，重点区域每天排水并加入0.5L甲醇，次要区域每周至少进行一次排水监测。

参考文献

[1]王晓东.电伴热带的选型_安装与维护

[2]刘德青.城镇天然气防冻工艺技术

[3]杨万辉.自限温电热带的设计与应用

[4]刘永茜.浅谈寒冷地区天然气集输站场防冻设计