输气管道天然气水合物生成条件及防治措施

仲从响（中国石油西气东输管道公司苏浙沪管理处，江苏 南京 210002）

天然气水合物（Natural Gas Hydrate）是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下，由水和天然气形成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶混合物。而输气管线高压、密闭、存在节流等特性，致使输气过程中很容易生成水合物。一旦形成水合物，将严重影响输气管道的正常运行。

1 天然气水合物的形成条件

天然气水合物的形成需要一定的条件，而具体影响因素有很多，概括起来可分为：

1.1 液态水的存在是生成水合物的必要条件。天然气管道中液态水的来源，有采气时随天然气进入管线的地层水（游离水）以及气体中的饱和水蒸汽随温度下降而凝析出的凝析水；

1.2 高压是生成水合物的重要条件。对组分相同的气体，压力越高越容易生成水合物，而天然气集输都是在高压条件下进行的；

1.3 低温是水合物形成的另一重要条件。与压力相反，对相同组分的气体，温度越低，越容易生成水合物。输气过程中，高压天然气通过节流阀门时，由于节流效应会造成温度的突然下降，温度一旦低于天然气的水露点，天然气中的水蒸气就会凝析成液态水，这就为水合物的形成创造有利条件；

1.4 高流速、压力波动、气流方向改变时结晶核（如微小的固态杂质）引起的搅动是生成水合物的辅助条件；天然气集输时经常采用调压阀，气体高速通过调压阀会产生压力波动，方向改变，这更为水合物的生成创造条件。

从以上这些条件不难看出，天然气集输过程中很容易形成水合物，而通过试验和生产实际观察，集输站场的过滤分离器、调压橇等设备部位尤为容易。

2 天然气水合物在输气管道中的危害

天然气水合物较为稳定，它的产生和分解都有可能产生灾害，特别是在集输过程中：

2.1 天然气水合物一旦形成，它与金属管道结合牢固，会减少管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进一步形成，进而造成管道、阀门和一些设备的堵塞，严重影响管道的安全运行输气管道中。

2.2 已形成的水合物，如果内部或外部条件发生改变，可能会在短时间内大量分解，造成局部压力突然升高，损坏设备，严重时甚至可能发生爆炸等严重事故。

因此，如何很好地预防和治理天然气集输过程所形成的水合物，对保障天然气管道和其它附属设备的安全、平稳运行具有十分重要的实际意义。

3 输气管道生成水合物的判断

管输天然气生成水合物时都有一些特定的现象：

3.1 去往下游的天然气流量减少，压力降低；

3.2 管道通过能力减小，气流声音越来越小；

3.3 生成水合物部位前后存在异常压差，如过滤分离器滤芯，流量计整流器等部位；

3.4 若生成部位为工作调压阀，则会出现工作调压阀无法动作，或阀门开度迅增大而下游压力却减小，节流流声音变小。

4 输气管道水合物的预防方法

根据前文水合物的生成条件，可针对性的采取预防措施，现阶段国内外主要采取的有下面几种方法：

4.1 天然气进入输气管道之前应进行充分脱水，使气体中的水含量处于不饱和状态，亦即气体温度高于其水露点，通常情况下天然气水露点低于其管线周围介质最低温度5-7℃，这是预防形成水合物的根本方法。常见处理方法有：稀吸湿溶剂法和固体吸附剂脱水法。吸湿溶剂一般选取乙二醇、二甘醇、三甘醇和四甘醇，由其与天然气接触，通过氢键吸收水分。固体吸附剂脱水法一般选取分子筛、活性氧化铝或硅胶等可选择性吸附水分子的固体吸收天然气内水分；

4.2 向天然气内添加水合物抑制剂，使水合物的形成更加困难。目前广泛采用的有热力学抑制剂、动力学抑制剂和水合物防聚剂。热力学抑制剂一般选取甲醇、乙二醇和二甘醇，他们都是通过改变水合物相的化学位，使其形成条件向较低温度或较高压力范围移动。动力学抑制剂主要产品有聚N-乙烯基己内酰胺、聚N-乙烯基吡咯烷酮等。水合物防聚剂是通过加注一些浓度很低的表面或星期或聚合物使液态水在生成水合物前发生乳化作用来防止水合物的聚结，主要有羟基羧酸酰胺、烷氧基而羟基羧酸酰胺等。此类方法需注意的是，如果是针对输气站场，某些抑制剂可能会影响流量计的超声探头或涡轮叶片的正常工作，导致计量误差，需将加注点设置在计量系统后，调压装置前；

4.3 对天然气进行加热，使其输送温度高于水合物形成的平衡温度以上，实验已证明，水合物与金属接触面温度升至30-40℃，足以使已生成的水合物迅速分解。该方法需确定水合物生成的具体位置，从两端向中间加热以避免水合物分解造成压力的急剧增加。通常采取管外缠绕电伴热带、热水或蒸汽加热的方法。

4.4 调整输气工艺流程，减小输气压差或采取多节减压的方式。这是由于越大的压差节流效应越明显，节流造成的温度降低就越大。

5 结语

根据天然气水合物的形成条件，可采取相应的预防和控制措施，但仍无法彻底消除其影响。一些新的方法和技术，但还有待进一步研究，以提出更加经济有效的方法和技术，保障天然气管道的安全、平稳运行。

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