天然气设备结冰原因和改善对策

天然气设备结冰原因和改善对策

王涌涛

郑州朗润智能装备股份有限公司，河南 郑州 450000

身份证号码：410901196712152838

摘要：天然气设备在低温的情况下进行作业，部分设备部件会发生冰冻的现象，也就是结冰。这种现象的发生不仅会影响人民的日常生活，更严重的还会发生特别危险的事故，造成严重损失。我们在学习以往输配站结冰事故的基础上，认真分析研究，吸取经验教训，探究结冰现象产生的原因，思考预防发生的措施，提出了发生事故后的应急措施。

关键词：天然气设备；结冰原因；对策

引言

天然气场站在冬季运行时,部分关键设备如调压阀、流量调节阀等由于节流原因易产生结冰现象,严重影响着输气场站的安全平稳供气。通过输气管道在冬季运行时调压阀、流量调节阀等关键设备发生的结冰现象,总结设备结冰产生的原因以及处理措施。输气管道投产后,末站在采取加强分离器、汇管、阀门等设备排污密度的措施下,供气一直比较稳定,但是进入冬季运行后,由于管线运行压力波动、外界环境温度降低以及复线刚投产含有水、较多杂质等原因造成了调压阀、流量调节阀出现了严重的结冰现象。

1 天然气设备结冰原因

我们首先要研究这里的“冰”是什么物质，这种物质是怎么形成的,为什么输配场站会发生冰堵现象。经科学研究发现,所谓的“冰”实质上是天然气水合物。这种水合物是在一定压力和温度条件下,由天然气中某些气体组分和液态水生成的一种不稳定的、具有非化合性质的晶体,外观类似松散的冰或致密的雪。这些水合物在管道设备里大量形成并聚集,就会堵塞天然气管道设备。形成冰堵现象。

1.1天然气设备的水分可能来自于施工过程中导致管道进水，其中水大部分是管沟内水源渗入。为了缓解此过程，施工过程中都会使用从排风口抽气排水的方法，但是对于长途运输管道此方法并不有效。因为长途管道长，弯曲部分多，节流阀、调压箱等较多，极易产生水分。

1.2由于外界的原因。外界的水分在天然气进行工作的期间，受到热力的吸引容易进入到设备中。但有很多天然气并没有自己完成内部干燥的功能，而技术人员没有按时对设备进行维护，导致天然气设备中出现冰冻现象。冬季运行时,水化物在天然气输气场站节流处极易形成,造成工艺管线和设备的冰堵,即节流效应:气体遇到压力突变(例节流阀)引起温度急剧降低,甚至产生冰冻的现象。节流膨胀是气体通过多孔塞或阀门从高压到低压作不可逆绝热膨胀时温度发生变化的现象。对于理想气体,经绝热节流过程后,温度应不变。对于实际气体,经绝热节流过程后,温度可能降低、升高或不变,分别称为正的、负的或零焦耳-汤姆孙效应。焦耳-汤姆孙效应是实际气体偏离理想气体的结果。节流效应是由于压力突降引起温度降低产生冰冻的现象,属于正的焦耳-汤姆逊效应。

1.3天然气在低温高压下运输极易产生天然气水合物，导致水的产生。凝析水的产生是温度与天然气露点相当时产生的水分。水分在低温下会发生冰冻，当遇到调节箱、流量调节阀等节流处极易发生设备气体回流和气体旋转，此时水分就能粘附在关键设备上，温度下降就能发生冰堵现象。

2 天然气管道结冰的危害

天然气管道的输送过程中，引发冰堵现象的原因较多，其冰堵现象的发生伴随着水合物的形成，一旦在天然气管道内存在水合物，就会对管道内部的介质运输产生极为不利的影响，主要表现在以下方面：（1）当天然气管道中产生水合物以后，其往往会在干线运输与输气场的特定位置加以流通，比如，在阀门、节流装置等的流通，由于其在这些位置的流通面积有限，就会加大堵塞现象发生的概率。再加上在管道输送过程中其上部的压力相对较大，处于压力增加、流量减小的阶段，而下部压力相对较低，导致其输送的稳定性不足。（2）天然气水合物的产生多位于节流装置处，一旦水合物形成，就会影响介质流量计量，导致其计量与实际存在较大的偏差，流量计量的精度大大降低。（3）在气液联动截断阀引压管位置处，也极易产生水合物，而此处的水合物会使得有关的控制单元对于相关信号的检测受到影响，造成信号检测的延误等，最终导致对阀门的控制受到影响。（4）当阀门关闭以后，有些天然气管道也会在阀腔、死气段内形成水合物，此时，由于体积增大，就会导致管道出现冻裂等问题，此种现象一般发生在天然气管道投入使用的初期阶段、冬季气温较低的情况下。

3 解决天然气设备结冰问题的有效对策

天然气设备一旦发生结冰，不仅会影响燃气的正常运输，还可能带来巨大的安全隐患。对于设备结冰现象的预防，应当从源头做起，首先要提高技术人员的职业素质和技术水平，党发现管道进水，要今早采取应急方案加以处理，确定进水位置，切断气源，深处开挖，打压吹扫，通径放散，避免因注水施压而产生管内积水。水的凝结与设备冰冻息息相关，而管道、设备与水分、气体中的氢硫酸等又容易发生化学反应，因此可以从以下几个方面出发解决结冰问题。

2.1 控制施工进水

在安装管道时要严格按照施工标准和工艺，对安装完毕的管道进行气体过滤和干燥，摆出管线水及其他污染残留物，根据实际情况增加排污次数及排污时间，最大程度地减少水分进入到管道中，避免其与天然气中的物质发生反应。

2.2 控制吹扫进水

此工作应由天然气供应企业管理，定期吹扫管道以维持清洁度。在工作中要严格控制好吹扫时间和工艺，吹扫时不能忽视气候的影响，避免在雨季、大雾天气开展工作，减少不必要的进水。在管道口安装空气湿度计，并连接到信息管理系统中便于监控。降雨后或湿度较高的天气不得执行吹扫工作，否则易带入水蒸气，以免在低温时发生凝结造成设备的结冰。

2.3 控制水的凝结

如若遇到天气变冷，可适当增加设备运输温度，这样既能缓解设备压力，减少因冰冻造成的脆性破坏，还能有效防止结冰现象。也可以增加一定的化学试剂增加水的凝结点，抑制水的凝结。

2.4加入抑制剂

抑制剂的原理是降低水合物形成的条件温度，打破平衡，破坏水合物形成的相关条件，同时能够让已经形成的水合物自行分解。常见的水合物抑制剂有甲醇、乙二醇、二甘醇和三甘醇等，也有氯化钙。但需要注意的是，再加入防冻剂、抑制剂之后，管道内中残留的抑制剂需要及时进行清管处理，但抑制剂等有关物质部分都具有毒性，在进行清管操作时的工作人员需要注意工作时自身的安全。

2.5 除了上述结冰防范措施外，当发生设备结冰现象时可以采用以下几个方法加以处理：

2.5.1提升管道温度

冰堵顾名思义即是由于结冰堵住，当温度升高时，可以有效缓解冰堵问题。提升温度对于非管道天然气设备是目前来说情况较为乐观的方法，例如，引压管、调压阀等等，在其设备外部安装加热装置，在易发生冰堵的天气气候时打开加热装置，即可有效防止冰堵。对于管道外部添加加热装置，对于管道内部则可以在安装水套炉设备时直接安装内部加热，保证天然气温度的均衡，使其尽量保持在水露点之上，同时避免生成液态水。

2.5.2 调节阀门

部分设备的仪器体壁较厚，用热水浇灌法和电热溶解法的效果并不明显，因此可采用临时调节阀门的方法，控制上游位置，减少前后的压强差，降低调节阀的节流效果，以减少结冰现象，然后重新调节仪器。

2.5.3 设定适宜气压

通过上文水合物的形成机理可以得出，如果对支管的分流部分加以气压控制，能有效降低设备的温度和气压，降低水分的凝结点，达到消除结冰的目的。此外，还可以在一定距离的管道位置放置凝水缸，当有水合物形成时会跟随气体的运用而经过凝水缸，水分便会被凝结，技术人员再按照规范定期组织排水，有效缓解管道结冰现象。

2.5.4 管道干燥施工法

大致可以分为干燥剂干燥法、真空干燥法、干空气干燥法。第一种是用甲醇、乙二醇作为干燥剂，与水的任意比例混合，容易能有效降低水蒸气的含量，且剩余的干燥剂能起到抑制水合物形成的作用。真空干燥法是应用真空泵减小管内压力而去除自由水，使附著在管壁上的水分沸腾汽化。干空气干燥法是直接用空气吹扫管道，我国普遍使用此类方法，操作简单，成本较低，应用范围较广。

3结语

结冰是造成天然气设备故障的主要元凶之一，对人民生活和财产带来很大的威胁，并影响人民的正常生活。因此，一旦出现结冰状况，要及时采取措施解决结冰现象。我们可以通过在日常工作中适应天气各方面变化，及时做出对工作设备的调整，采取相应的手段，使得天然气设备能够安全运行。通过一系列解决手段来缓解结冰，不仅为居民生活和工作带来便利，同时对保护国家财产有着重要作用。

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