煤層氣管道輸送遇到的問題與措施分析

牛靖 楊超(中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028)

煤層氣管道輸送遇到的問題與措施分析

牛靖 楊超(中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028)

煤層氣多吸附在煤層孔隙表面，為非常規(guī)型自生自儲天然氣，水文條件、煤層壓力、煤層厚度及煤層埋深等因素均可對煤層氣的富集成藏過程產(chǎn)生影響，煤層氣的可燃組分主要為甲烷，低熱值為16.0MJ/Nm～19.7MJ/Nm。煤層氣屬于新型清潔氣體能源，純度及熱值均較高，且燃燒時(shí)無油煙，具有污染小或無污染的特點(diǎn)。我國正在積極推進(jìn)煤層氣的開發(fā)利用進(jìn)程，以降低礦井中的煤層氣含量及防止氣體爆炸，同時(shí)減少溫室效應(yīng)。本文分析了煤層氣管道運(yùn)送遇到的問題與措施，旨在有效挖掘煤層氣的開發(fā)利用潛力。

管道；煤層氣；問題；輸送

天然氣是支撐我國經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的重要能源，由于天然氣的需求量較大，目前已經(jīng)形成供需缺口，開發(fā)及使用煤層氣是緩解供需缺口的有效途徑。我國可采的煤層氣總量約為35萬億m3，主要分布于東部地區(qū)或中部地區(qū)，開發(fā)煤層氣不但可以有效緩解天然氣供需矛盾，還能為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)、潔凈能源的持續(xù)供應(yīng)、能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整及能源行業(yè)的健康發(fā)展提供有利條件[1]。為了確保煤層氣能源可以得到充分利用，不但要采用先進(jìn)完備的技術(shù)裝備勘探及開發(fā)儲層中的煤層氣，同時(shí)要采取有效的措施及時(shí)解決管道輸送中遇到的問題。

1 問題

在長期的儲運(yùn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用管道輸送煤層氣時(shí)可遇到泄漏問題、爆炸問題及堵塞問題。（1）泄漏問題。在沖刷山坡、河道及潮濕土壤中敷設(shè)輸送管道，可造成管道出現(xiàn)機(jī)械損傷或嚴(yán)重腐蝕問題，進(jìn)而引起管道穿孔及煤層氣泄漏。管道中的水分可腐蝕管壁，引起管道穿孔及泄漏；在防腐層嚴(yán)重老化時(shí)，也會出現(xiàn)泄漏問題[2]。此外，管道接頭的密封性不達(dá)標(biāo)也是引起泄漏問題的重要原因。（2）爆炸問題。管輸煤層氣前需要進(jìn)行加壓處理，經(jīng)過壓縮處理后氣體的溫度通常會上升至100℃左右，再加上管道中存在大量氧氣，如壓力、溫度超過輸送爆炸極限，就可能引起管道爆炸問題，對管輸安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。（3）堵塞問題。煤層氣中的粉塵顆粒可在管道流速銳減時(shí)慢慢沉積，粉塵顆粒還會成為凝結(jié)核，導(dǎo)致管道內(nèi)壁形成液滴，液滴可吸附粉塵，造成粉塵黏結(jié)及管道阻塞。

2 措施

2.1 泄漏解決措施

為有效解決泄漏問題，可采用以下措施。首先，可以采用水土防護(hù)技術(shù)保護(hù)管道，避免外力對管道造成嚴(yán)重機(jī)械損傷。如在坡度＞7°的山坡中敷設(shè)管道，可在山坡中設(shè)置用于涵養(yǎng)雨水的消能臺階，避免向下流動的雨水直接沖刷管溝及管壁。如山坡較為陡峭，可采用夯實(shí)素土及堆砌裝土草袋等方法防護(hù)管道。對于容易受到泥石流或山洪沖刷的管道，應(yīng)采用螺紋鋼筋與混凝土澆筑箱涵，或利用擋土墻及漿砌護(hù)坡保護(hù)管道，同時(shí)鋪設(shè)漫水公路保護(hù)敷設(shè)在河道中的管道。其次，可采用陰極保護(hù)法減緩?fù)寥缹艿赖母g速率[3]。陰極保護(hù)指的是利用補(bǔ)充電子的方法保護(hù)管道中的金屬構(gòu)件，將金屬構(gòu)件中的腐蝕電流降為零。陰極保護(hù)包括外加電流保護(hù)與犧牲陽極保護(hù)兩種形式，對于大口徑的長輸管道，宜采用外加電流保護(hù)形式。對于防腐層失效或老化的管道，應(yīng)及時(shí)更換；同時(shí)利用三甘醇、甲醇及乙二醇等吸收管道中的水分，或采用干空氣吹掃管道。此外，可在PVC管道中應(yīng)用可伸縮螺紋緊固接頭，以減少密封泄漏問題?？缮炜s螺紋緊固接頭具有安裝便捷、密封嚴(yán)密的特點(diǎn)，每個(gè)接頭的安裝時(shí)間約為10min，在工作壓力達(dá)0.039MPa時(shí)可保證接頭無泄漏。

2.2 爆炸解決措施

壓力及溫度可對爆炸極限產(chǎn)生影響，降低壓力及溫度可以減小管輸過程中的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，但降低壓力或溫度時(shí)可造成輸送工藝無法達(dá)標(biāo)，還會影響輸送量，因此在解決爆炸問題時(shí)不宜選用降壓或降溫法。為降低管輸過程中的爆炸風(fēng)險(xiǎn)，可采用PSA工藝分離煤層氣中的甲烷組分、氧氣組分及氮?dú)饨M分，以提高煤層氣中的甲烷含量，保證甲烷含量處于穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)減少氧氣組分。在甲烷含量為90%～95%時(shí)，可以明顯提升煤層氣爆炸上限，同時(shí)能保留安全裕度，有效防止煤層氣爆炸。在降低爆炸風(fēng)險(xiǎn)及保障輸送安全的同時(shí)，煤層氣的長輸價(jià)值、熱值也會隨之提高[4]。

2.3 堵塞解決措施

從井下抽采出的煤層氣中含有大量灰分、雜質(zhì)，直接輸送可引起粉塵顆粒沉積與管道阻塞，因此輸送前要對煤層氣進(jìn)行凈化處理，或?qū)⑦^濾裝置安裝在管道中，以減少粉塵顆粒及灰堵次數(shù)。對于容易沉積粉塵的管道部位，應(yīng)定期清掃，清掃周期應(yīng)視壓差變化與管輸效率而定?？砂惭b排水附件，注意利用排水附件放水，確保液滴形成后能夠及時(shí)排出管外，防止粉塵顆粒不斷沉積及避免污水流向下游管道。為防止水合物堵塞管道，可根據(jù)煤層氣的輸送溫度、輸送壓力等工況條件選擇抑制劑，如乙二醇等。但管徑較小時(shí)容易出現(xiàn)水合物或水堵問題，因此在設(shè)計(jì)管徑時(shí)應(yīng)綜合考慮管道的攜液能力、輸送壓力及輸送流量，合理設(shè)計(jì)管徑。

3 結(jié)語

綜上，采用管道輸送煤層氣是確保清潔能源實(shí)現(xiàn)商業(yè)化與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的重要條件，為了有效輸送煤層氣，應(yīng)積極建設(shè)集輸管網(wǎng)，同時(shí)明確煤層氣的管道輸送特點(diǎn)與遇到的問題，采用可行的、合理的、科學(xué)的方案解決問題，不斷探索新的管道輸送工藝，統(tǒng)一管道輸送思路、方法及標(biāo)準(zhǔn)，制定能夠提升管道輸送品質(zhì)的管理措施。此外，可以綜合利用公開信息、學(xué)術(shù)會議、專家咨詢與技術(shù)服務(wù)等手段高效解決遇到到管道輸送問題，確保煤層氣這一新興產(chǎn)業(yè)能夠?yàn)樯鐣l(fā)展帶來環(huán)境效益、安全效益與能源效益。

[1]任玉鴻,吳夢雨.頁巖氣地面集輸系統(tǒng)評價(jià)軟件開發(fā)與應(yīng)用[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2015(12)∶50-54.

[2]蔣金辰,趙博,王國榮,等.一種新型煤層氣旋轉(zhuǎn)控制頭旋轉(zhuǎn)總成的溫升影響因素分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2016,12 (3)∶42-48.

[3]郭晨.黔西比德—三塘盆地獨(dú)立疊置含煤層氣系統(tǒng)垂向分布與煤儲層吸附—滲流特征[J].天然氣地球科學(xué),2015,26(1)∶168-179.

[4]孟艷軍,湯達(dá)禎,李治平,等.高煤階煤層氣井不同排采階段滲透率動態(tài)變化特征與控制機(jī)理[J].油氣地質(zhì)與采收率,2015, 22(2)∶66-71.