天然气长输管道冰堵的防治与应急处理

伴随着国家各种能源的逐步减少，天然气的应用已经成为了目前缓解能源危机的基本策略。随着天然气的全线投产，输气网络体系的扩展，输气管道的各种问题也变得越来越明显。在这些问题中，天然气网络的冰堵问题是最常见的，特别是在冬天温度较低的时候， 这一问题尤为严重，极大地影响到了天然气的输气和正常的生产。所以，如何在当前情况下，采取切实的措施来预防和解决可能发生的冰堵问题，就显得非常重要，这也是保证天然气的正常运营和进行正常输气的基础。

文｜李勇（中油国际管道公司）
天然气长输管道的冰堵是指在冬季低温环境中，天然气输气管道内温度低于0 ℃时，因结冰而造成的输气过程中的堵塞事故。管道内发生冰堵事故会造成管道安全压力降低、下游用户无法正常用气等严重后果。因此，加强对天然气长输管道冰堵事故防治和应急处理技术研究具有重要意义。

长距离输气管线结冰是当前较为普遍的问题，也是当前输气管线运营管理亟待解决的问题。而天然气长输管道之所以会出现冰堵，这主要是由于在 长距离输送管线开始运行之前， 在进行水力测试时， 没有把管线中的水抽干，在地势较低的地方，很可 能会导致水积集，从而在低温下形成冰堵。其次，就是在气温降低到天然气的水露点时，天然气成分中的水分子会生成水化物，从而导致冰堵，甚至会 对流量计、阀门和其他设备造成更大的堵塞。为此，在长距离输送管线上应用之前，必须先对其进行烘干，然后再对其进行加温或注乙醇，以确保其在降 温过程中不会受到影响。

1   天然气长输管道冰堵原因及危害分析
天然气长输管道在运输过程中经常会遇到冰堵 现象，目前在实际发展过程中，造成长距离天然气 输送管线结冰的原因主要有两个 ：温度因素和含水量因素。同时，本文对长距离输气管线由于结冰而产生的不良后果，如流量统计异常，发生安全事故等也进行了分析。

1.1   气温因素

天然气是由长距离输送的，其中的燃气组分中 含有一定数量的水， 在常温下，这类水表现为气态，并不会对天然气的平稳输送造成影响。然而，由于水的物理化学性质，当其输送所处的环境温度不断下降时，气体中的水汽将发生结晶化。在长距离输水管线中，这类气体结晶的积蓄和聚集，最后就会 导致结冰堵塞。通常，在较高的水分含量条件下，气体发生结冰的几率较大。

1.2   外部地形及管道设计原因

（1）地形因素 ：管道建设在山区或丘陵地区，当地冬季的气温低，气温在 -10 ℃以下时，极易形成冰冻。

（2）土壤因素 ：土壤水分含量较高时，易形成冰堵。

（3）气候因素 ：冬季受北方冷空气的影响，导致管道结冰或出现融冰现象。

（4）管道设计原因 ：①管径过小，输量小 ；② 管材强度低或材质不合格 ；③保温措施不到位 ；④ 分输站距离太远 ；⑤分输站、阀室附近及上游管道 有较大坡度，使管内液位升高而导致冰堵。

（5）管沟设计原因 ：①管沟的开挖和回填施工质量差 ；②管沟开挖深度过大；③回填时未按要求分层夯实等造成管道上覆冰无法清理。

1.3   流量统计异常

对长距离输气管线进行了分析，能够发现其在 运行过程中，由于结冰而引起的一种主要的危害性 现象就是 ：结冰后的流速统计异常。在节流板和 阀门引压管道上出现的冰块堵塞现象，都会引起流 量统计上的异常。具体来说， 即在出现冰堵现象后， 天然气在输送中的控制单元和流量阀，无法准确地 对其流量进行统计，造成了流量监控出现异常，进 而造成了实际输送的燃气量和用气量出现偏差。这不仅会影响到天然气公司的真实收入，也会导致大 量的资源浪费。

1.4   安全事故

天然气长输管线因冰冻堵塞而出现故障、停输。这种现象也是经常发生的，由于管线内存在着一定 的压力，当长时间处于超压状态下时，管线就会出 现一些泄漏现象。而在此情况下，如果天然气仍然 长时间处于超压状态下，则会出现停输现象，严重 影响着天然气长输管线的正常运行。天然气长输管 线的冻裂、断裂。由于管道内存在着压力， 一旦管 道因冰冻而被堵塞后，就会导致管道内出现缝隙或 孔隙等现象。如果管道在此情况下发生了破裂或断 裂现象，则会直接造成管道内的天然气泄漏。另外，由于管线断裂导致的燃气泄漏，也是目前天然气长 输管线冰冻堵塞所导致的一种重要的危害性现象， 严重的会导致燃气泄漏，如果是在居民区附近，更容易发生燃气爆炸事故，造成严重的后果。

2   天然气长输管道冰堵的防治

2.1   有效控制气源的质量

要想有效地防止天然气在输送过程中引起管道 的结冰，就必须要对气源的品质进行有效的控制，采取的方法就是将天然气本身的水露点降到最低， 这样在低温下， 就不会发生结冰。在一般的条件下，可以采用液体处理和固体吸收两种方式来降低水露 点。而在输送之前，将固态活性碳添加到气体中，可以有效地吸收气体中的水份，对气体进行烘干，并将气体的露点控制在一定范围内，从而有效地降 低了天然气的凝点。

在气源质量的控制方面，主要有两个方面，一方面是从源头上保证天然气的质量，另一方面是在 管道输送过程中控制天然气的露点。所以，对气源 的处理要做到 ：首先是选择高质量、低凝点、无杂质的天然气作为气源 ；其次是在长输管道输送前进行预冷 ；再次是采用固态活性碳降低露点。目前， 我国长输管道主要采用液态二氧化碳作为气源，而液态二氧化碳比水更容易凝结。

2.2   对长输管道进行干燥

由于在天然气输送前，要给长输管道注水试压，然后，要除去水分，除去不到位，就会造成冰堵， 所以，要对长输管道进行干燥，通常有三种干燥处 理方式 ：

（1）蒸汽干燥 ：就是通过对管道进行预热，将管道加热到一定温度，使其水分蒸发，然后将水分 除去，达到干燥的目的。这种方法的优点是，投资较少，操作简单，易于控制，对设备要求较低。缺点是由于温度过高， 不能有效蒸发水分，投资较高。

（2）干燥剂干燥 ：干燥剂干燥，就是利用干燥 剂对管道进行加热，使其达到一定的温度，然后将 水分从管道中分离出去的一种方法。干燥剂干燥法 适用于高含水天然气管道的干燥处理。该方法的优 点是投资较少，操作简单，容易控制 ；缺点是干燥效果不佳，在管道运行一段时间后，不能有效除去 管道中的水分。

（3）化学干燥是利用化学药剂或溶剂对管道进 行处理的一种方法。这种方法适用于天然气管道中 含水量较高的场合。该方法在管道运行前，应将管道预热到一定温度，然后向管道中加入化学药剂或 溶剂（如氨水）进行处理， 使其含水量达到要求后，再进行输送。

2.3   提高天然气的温度

除上述两种预防方法外，还可采用升温方法来 防止气体结冰。具体来说，升温主要有两个方面 ：一是在长距离输气管线上设置电伴加热装置，旨在升高管线中的气体温度，减少水合物生成几率，从而解决结冰问题。二是在长距离输气管线中加入抑制剂，通过抑制剂作用，使气体的热力学和流态发生变化，改善气体的流态，达到防止结冰的目的。

3   天然气长输管道冰堵问题的应急处理方法

3.1   应急处理的注意事项

在紧急情况下，需要对出现冰堵的管线布置进行全面的分析，其中包含了管线的直径、冰堵的区 域等方面的内容，并对其进行合理的布置。此外，在处置突发事件时，要注重处置前后的衔接，对处置后的地点要加以观察， 以确保处置方案的正确性。

在需要的情况下，可以将各种方法相结合如利用管 道内的蒸汽或热水对管内进行加热，在一定程度上 可以熔化冰堵，提高水的循环速度，使冰堵的区域 在短时间内得到缓解。当然，具体的操作要根据冰 堵发生的部位、冰堵的程度以及冰堵产生的原因等 进行综合考虑。

此外，要注意对天然气管道周围环境条件的分析，对其外部条件和管道运行情况进行全面了解和掌握。在排除安全隐患、保证抢险人员安全的情况下，可以考虑利用外界资源和技术进行应急处理， 例如使用大型机械设备或者采用人工、高压水枪等方式清除管道周围的冰雪等，但要注意一定不要超过安全范围，否则可能会造成管道发生破裂。

3.2   应急处理的方法

现在的紧急处置方法有三种：一是酒精注入法。该方法采用的是向管道中注入具有良好亲水性能的 有机抗冻剂，将其吸附在其中，使其在管道中的水 露点下降，随着水露点的下降，管道中的干燥度也 会增加，因此，不容易产生水蒸气，造成冰堵，该 方法不会影响到管道中的压力和水蒸气的含量，但是，它能使管线的耐温应力增加。当注醇无法达到 预期效果时，我们可以采用调整管路中的气压的方法，这是一种局部控制阀，在将冰堵区的两端阀门关闭后，适当的放空，管路中的压力就会降低，同时水的混合物也会逐渐溶解，它只对冰堵区进行控 制，而不会对其他区段的天然气运输造成干扰 ；三是外部热水浇注法。外部热水浇注法是采用热水来浇注管线，这样不仅可以帮助管线升温，还可以帮 助管线中的水溶解，在此过程中只需要保持管道中 有适量的热水，如果出现了冰堵现象，就可以通过 热水来进行缓解。

3.3   天然气冰堵问题的解堵处理
（1）对长输管道进行解堵。对于长距离输气管  线的解堵，有如下几种情形 ：一是主干路的解堵。当主干道出现冰堵现象时，应先关闭冰堵区的阀门，以释放空气和压力，使得冰堵区内的水化物迅速分 解、气化，从而实现解堵 ；其次，局部解堵。对部 分管线，主要采用在管线上加装加温设备，使管线 内部温度升高的方法来解除堵塞 ；当天然气分输管 线发生结冰时，需要更换备用管线，并对其进行加 热，以加快蒸汽的蒸发。

（2）对管道设施进行解堵。在天然气长输管道中，并不只存在于管道内，也有可能存在于与之有 关的设备上，比如 ：管道调压阀门、站内分离器、排污管道等。因此，有关工作人员要对这些管道设施进行解堵，要引起足够的注意。首先，在管道压 力调节阀发生结冰的情况下，向管道中喷入一定数 量的抗冻剂， 以吸附气体中的水汽， 使水露点下降，使压力调节阀得到有效的解除。此外，若站中的分离器与排放管路发生冰堵，则可通过在线排放来进 行解堵，并关闭有关设备，启动备用的分离器，来 解堵管路。

（3）对压气站场进行解堵。对压气站进行冰堵 解堵也是比较常见的一种方法，当联络或分输压气 站发生冰堵时，可以调整相关流程，有效地利用压 缩机出口处温度较高的天然气，对冰堵部位进行反 吹，加速水合物的有效分解，也可以利用压缩机出口处的高温气体对冰堵部位进行解堵，同时还可以 对引压管进行解堵，当引压管出现冰堵时，因为其 管径较小，因此形成的水合物也较少，可以用热水 喷淋法对引压管进行浇注，这是一种比较简单，而且效果明显的方法。

4   结语

综上所述，天然气运输的质量与效率直接影响 着人们的工作与生活，因此，要加强对天然气运输的管理。在温度较低的情况下，由于管线中含有大量的水汽，可能导致管线结冰。当出现管线结冰现 象时，就必须立即进行调查，并采用相应的应急措施，将管线结冰对天然气输送的影响降到最低。同时，要彻底解决管线结冰堵塞的问题，减少管线中的含水量，建立干气管线，提高天然气输送品质。