天然氣管網(wǎng)冬季運行防凍措施與應(yīng)用

黨西平

摘要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量在不斷提高，對于生活配套設(shè)施要求逐步提高，為了保證人們天然氣的使用，本文根據(jù)冬季天然氣管網(wǎng)從預(yù)防、保溫、消除3個方面分析計算了各項保障措施的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：注醇；電伴熱；排水；推廣應(yīng)用

中圖分類號：TQ421.9文獻標識碼：A文章編號：2095-3178（2018）19-0308-01

引言

在天然氣管道輸送過程中，天然氣水合物是威脅輸氣管道安全

運行的一個重要因素，能否生成水合物與天然氣組份（包含水含量）、壓力、溫度等條件有關(guān)。當(dāng)氣體在管道中流動時，由于局部阻力，如遇到縮口和調(diào)節(jié)閥門時，其壓力若顯著下降，這種現(xiàn)象叫做節(jié)流。實際氣體節(jié)流前后的溫度一般將發(fā)生變化。氣體在節(jié)流過程中的溫度變化叫做焦耳-湯姆遜效應(yīng)（簡稱焦-湯效應(yīng)）。大多數(shù)實際氣體室溫下的節(jié)流過程中都有冷卻效應(yīng)，即通過節(jié)流元件后溫度降低，這種溫度變化叫做正焦耳-湯姆遜效應(yīng)。本論文主要針對此問題發(fā)生后，通過防凍劑注入、電伴熱保溫恢復(fù)、排水措施3個方面的防范工作，消除了管網(wǎng)運行的安全隱患，保障整個冬季白堿灘區(qū)的平穩(wěn)運行。

1凍堵形成的可能原因

多種原因形成凍堵，大致有兩種情況，一種是是管道中存在大

量的氣態(tài)或者液態(tài)水，在溫度低的情況下容易凍結(jié)成冰；其二，天然氣水合物（可燃冰）的形成。第一種主要是因為由于種種原因在管道施工過程當(dāng)中有氣態(tài)或者液態(tài)水進入管道，例如在管道接口部位由于下雨沒來及做好有效防范或者尚未焊接好的管段的管口處封堵不徹底，致使管溝內(nèi)的雨水混雜著污水流入管道內(nèi)，在后來的吹掃中，又沒有吹掃干凈，從而使部分水留在了施工未驗收通氣的管道中；再者，目前一般天然氣帶壓管線在投產(chǎn)前所進行的管道試壓中。有一部分強壓試驗采用的是清水試壓（強壓試驗和氣密性試驗），

這是最有效的試驗手段，但這為管理單位今后的管線運行管理留下了一定的隱患。在用空氣或者氮氣吹掃管道過程中，不能全部將管道內(nèi)的氣態(tài)或者液態(tài)水清除，管線里的存留水，在長距離的管道內(nèi)大量積累，不容忽視，但是就一小段管線來講，管道中存在的雨水或者污水很快會被干的天然氣稀釋帶走，可以忽略不計。所以冬季低溫寒冷的時候管道內(nèi)的存留水會形成冰堵。

2凍堵產(chǎn)生后的危害

在天然氣管道中，氣體水合物是在輸送過程中威脅安全運行的

一個重要因素，輸送過程中天然氣組分、溫度、壓力等條件決定能不能形成氣體水合物。天然氣通過局部阻力大的管道附屬設(shè)備（例如：調(diào)節(jié)閥、調(diào)壓器、信號管、變徑三通等）時，天然氣壓力突然下降，導(dǎo)致氣體溫度降幅很大。溫度的大幅度降低也會使管路、閥門、過濾器及儀表表面結(jié)霜或結(jié)冰，影響管道中燃氣不能有效通過，嚴重時甚至?xí)舛鹿艿溃詫?dǎo)致燃氣管道上游壓力抬高，如果發(fā)現(xiàn)不及時會發(fā)生責(zé)任事故，甚至?xí)性O(shè)備及人員的傷害，因而影響下游用戶正常用氣。當(dāng)氣體水合物牢固地結(jié)合到金屬管道表面時，會降低管道的流動面積，進一步加速水合物的形成，并導(dǎo)致堵塞管道，閥門或其他供氣設(shè)備的，嚴重影響管道的安全運行。因此，研究和討論天然氣水合物的預(yù)防和消除方法，對保護天然氣管道的安全運行具有非常重要的現(xiàn)實意義。

3防范措施理論分析

3.1凍堵形成機理

天然氣水合物是一種籠形晶格包絡(luò)物，即水分子籍氫鍵結(jié)合成

籠形晶格，而氣體分子則在范德華力作用下，被包圍在晶格的籠形孔室里。在水合物中，與一個氣體分子結(jié)合的水分子數(shù)不是恒定的，這與氣體分子的大小和性質(zhì)以及晶格中孔室被氣體分子充滿的程度等因素有關(guān)。天然氣水合物形成的必要條件是：

①氣體處于水汽的飽和或過飽和狀態(tài)并存在游離水；

②有足夠高的壓力和足夠低的溫度。在具備上述條件時，水合

物有時尚不能形成，還必須具有一些輔助條件，如壓力的脈動，氣體的高速流動，節(jié)流效應(yīng)，因流向突變產(chǎn)生的攪動，水合物晶種的存在及晶種停留的特定物理位置如彎頭、孔板、閥門、粗糙的管壁等。

由于水合物是一晶狀固體物質(zhì)，天然氣中一旦形成水合物，極易在調(diào)壓裝置、管線彎頭及三通等處形成堵塞，嚴重時影響天然氣的輸送，因此必須采取措施防止其生成。

3.2防凍方法

（1）注抑制劑法：可以用于防止天然氣水合物生成的抑制劑分

為有機抑制劑和無機抑制劑兩類。有機抑制劑有甲醇和甘醇類化合物，無機抑制劑有氯化鈉、氯化鈣及氯化鎂等。而城鎮(zhèn)燃氣的防凍抑制劑主要是有機抑制劑，并以甲醇最為常用。抑制劑的主要作用是使氣流中水分子溶于加入的防凍劑，改變水分子之間的相互作用，

從而降低天然氣的露點，進而抑制管道中天然氣水合物的生成。甲醇的沸點低（67.4℃），揮發(fā)性強，故防凍效果較好；甲醇的冰點也較低（-97.8℃），所以甲醇在較低溫度時不易凍結(jié)，適用于要求低溫的場合，由于甲醇沸點低蒸汽壓力高，故更適用于較低的操作溫度，若在較高溫度下使用則蒸發(fā)損失較大。但甲醇具有中等程度的毒性，因此使用甲醇作抑制劑時應(yīng)注意采取相應(yīng)的安全措施。

（2）加熱法：提高天然氣節(jié)流前的溫度，或敷設(shè)平行于采氣管線的熱水伴熱管線，使氣體流動溫度保持在天然氣的水露點以上，是防止水合物生成的有效方法。常用的是應(yīng)用電伴熱系統(tǒng)。

（3）排水和干燥氣體法

結(jié)語

城市天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)在入冬前應(yīng)提前做好防凍方案計劃，嚴格

落實冬季保溫防凍措施，甲醇做為最經(jīng)濟、最有效的抑制劑，在進入冬季運行前即可在各個區(qū)域注入一定比例的量，通過注醇泵配氣站的注入、壓差注入器在管線閥井的注入、人工在調(diào)壓裝置的注入這3種方式，有效增強甲醇與水溶液的融合，降低水的冰點；入冬前，完善市區(qū)內(nèi)調(diào)壓箱體的伴熱恢復(fù)，采用10mm的巖棉帶進行聚熱包裹，并選擇合適的電伴熱功率；同時，增加科技調(diào)研，將太陽能電池板做為伴熱系統(tǒng)的供電來源，進一步解決接電困難、經(jīng)濟糾紛等問題；制定排水計劃，單次排水時間不宜超過3min，制作專用軟管排水工具，重點區(qū)域每天排水并加入0.5L甲醇，次要區(qū)域每周至少進行一次排水監(jiān)測。

參考文獻

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