燃气管道冻堵的处理方法研究
doi:10 3969/j issn 1006-6896 2009 06 016
燃气管道冻堵的处理方法研究
刘文阳1;2(1.北京交通大学经济管理学院; 2.大庆燃气公司)
摘要:管线冻堵多发生在小区单元引入
管、调压箱和计量箱的引入管处,因为引入
管部分处于地上,部分处于地下。解决冻堵
有两个途径,一是在形成冻堵之前进行预
防;二是在冻堵形成后采用物理和化学的手
段解决。采取的措施包括增设排水器、加强
设备的管理和应用涡流无损伤解冻技术等。
关键词:天然气管线;冻堵;排水器;
涡流无损解冻;反应剂
1 目前解决冻堵的技术特点
目前国内的各大燃气公司都曾经多次遇到因管线冻堵造成的局部停气问题,并不断探索处理方法,但都没有十分完善有效的解决方案。解决这一问题有几种方法:提高天然气露点(国家要求温度低于冻土层-5 )、降压、加热和加防冻剂(如甲醇和乙二醇等)。
2 冻堵原因分析
天然气中水和水蒸气能与气态的C2、C3和C4生成结晶水化物。水化物能缩小管道的流通断面,甚至堵塞管道、阀门以及仪表和设备,如安全阀、调压器等。当温度降低使天然气低于其露点而生成水化物时,很容易冻成普通的冰,使管线冻堵。
管线冻堵多发生在小区单元引入管、调压箱和计量箱的引入管处,因为引入管部分处于地上,部分处于地下。在冬季,地下的温度高于地上,地上的温度低于0 ,以致在地表处形成冻堵。另外阀井的材质多为钢体,相当于地上的温度,在阀井与地下接触的管线也可能发生冻堵。在工程中,由于施工在雨季、地下上水或者管线吹扫不彻底,也容易在将来冬季管网系统运行时发生冻堵。
水蒸气还能加剧O2、H2S和SO2与管道、阀门及燃气用具的金属之间的化学反应,造成金属腐蚀。特别是水蒸气冷凝,并在管道和管件内表面形成水膜时腐蚀更为严重。
3 预防冻堵的措施
解决冻堵有两个途径,一是在形成冻堵之前进行预防;二是在冻堵形成后采用物理和化学的手段解决。
3 1 气源的气质控制
在入冻前,采集天然气样本进行测试,测定其含水量。加强天然气的脱水处理,使气体中水分含量降低到不致形成水化物的程度。为此要使露点降低到大约低于输气管道工作温度5 ~7 ,这样就使得在输气管道的最低温度下,气体的相对湿度接近于60%。
另外,采用降低压力和升高温度措施,都可以缓解冻堵的形成。
3 2 增设排水器
为排除燃气管道中的冷凝水和石油伴生气管道中的轻质油,在工程施工时,对管道敷设应有一定
3 现场应用情况
杏二中试验区油井的采出流体首先在油气分离器中进行气液分离,分离出的伴生气直接外输,分离出的油水经离心脱水泵升压后进入游离水脱除器。游离水脱除器分离出的低含水原油经脱水加热炉升温至45 ~55 后,进入电脱水器脱水,脱水后的原油经缓冲罐用泵升压外输。游离水脱除器和电脱水器放水汇合后进入污水沉降罐。污水沉降罐出水经离心供水泵升压后进入采出水处理设施处理后回注。试验期间供水泵部分出水经小型气浮组合装置除油后,再经两级过滤进入回收池。
2005年8月中旬开始,浮选剂FA1001投入现场并进行小型工业试验。试验结果表明,在不投加浮选剂的情况下,含油量不大于500mg/L的杏二中试验站采出水经气浮处理后含油量大于200 m g/L,滤后水含油量大于50mg/L;而在浮选剂FA1001加药量为15mg/L的条件下,含油量不大于500mg/L的杏二中试验站采出水经气浮处理后其含油量可降到90m g/L以下,滤后水含油量低于20mg/L,达到了高渗透层注水含油量指标;加入浮选剂FA1001后悬浮固体的指标略有降低。
(栏目主持 杨 军)
31 油气田地面工程第28卷第6期(2009 6)
坡度,管线坡度不小于0 003,以便在低处和阀井处设排水器,将汇集的水或油排出。排水器的间距,视水量和油量多少而定。
由于管道中燃气的压力不同,排水器有不能自喷和自喷两种。如管道内压力较低,水或油就要依靠手动抽水设备来排水。安装在高、中压管道上的排水器,由于管道内压力较高,积水(油)在排水管旋塞打开以后自行喷出。为防止剩余在排水管内的水冬季冻结,另设有循环管,使排水管内水柱上、下压力平衡、水柱依靠重力回到下部的集水器中。为避免燃气中焦油及萘等杂质堵塞,排水管与循环管的直径应适加大。在管道上布置的排水器还可对其运行状况进行观测,并可作为消除管道堵塞的手段。
3 3 加强设备的管理
在冬季管线、设备巡护时,加强设备管理的力度,增加对过滤器、排水器的放水次数。加强对阀井和单元阀的观察和管理。
4 解决冻堵的措施
以往常规处理管线冻堵多用喷灯、热水浇灌加热的方式,把冰烤化后,再用气体将水分吹扫出。无论哪一中常规手段,对管线防腐层都是一种损害,而且比较费力。正是基于上述原因的考虑。根据物理和化学原理,制定了涡流无损伤解冻技术和加入反应剂两种解堵方案。
4 1 涡流无损伤解冻技术
涡流解冻技术是将电能转化为磁场,磁场转化热能的技术。将电缆缠绕在要解冻的管线上,于是电缆就形成了类似磁力线圈的装置,磁场在中心位置强度最大,所以产生的热量由管线中心沿管线径向进行温度梯度变化,在一定时间内将管线内部的冰融化排出。该技术不破坏保温层,可使注汽冻堵管线解冻恢复正常。
4 2 加入反应剂
最常用来作为分解水化物结晶的反应剂是甲醇(木精),其分子式为CH3OH。此外,还将甘醇(乙二醇)CH3CH2OH、二甘醇、三甘醇、四甘醇作为反应剂。
醇类之所以能用来分解或预防水化物的产生,是因为它的蒸汽与水蒸气可形成溶液,水蒸气变为凝析水,降低形成水化物的临界点。醇类水溶液的冰点比水的冰点低得多,吸收了气体中的水蒸气,因而使气体的露点降低很多。在使用醇类的地方,装有排水装置,将输气管中液体排出。
特别是在冬季,需加反应剂,醇类注入量为所输天然气体积的0 1%~0 15%。
已运行的小区具体做法为在单元阀或者调压箱引入管阀门后栽DN15或者DN20的放散管,放散管长度约100mm,末端用生料带缠绕,再用螺纹管堵封口。
4 2 1 技术优势
对于新建或改建的工程,在单元立管引入管处由两个三通构成,在三通的预留部分各留出8cm 的管线,用管堵封好,这样做有以下优点:
(1)当发生冻堵时,大多数在引入管地平面处结冰,可将单元阀上方的管堵打开,注入反应剂。在解冻后吹扫时可免去对立管的影响,而且使用硬制设备如钢钎等也不会对立管造成影响。
(2)有利于强度试验、气密性试验和吹扫,两个三通这样的结构就相当于将引入管和立管分开,在做上述试验时,可不必拆卸单元阀。
(3)如立管中含有水分或者灰尘杂物,可打开管堵将其轻易排出。
(4)在置换投产时,引入管管堵部分可做为庭院管网的置换点。
(5)关闭单元阀,可以做中压级别的吹扫工作,不会影响到室内的计量表。
不足之处是比原方案多加了两道管堵,增加了维护费用。
4 2 2 注意事项
在注入反应剂时,由于在低压管内的压力小于3kPa,中压管内的压力在0 3M Pa左右,所以需要使用醇泵连接胶管将反应剂注入管线。醇类对仪表有一定的影响,醇类积累过多,会在计量仪表的表膜处形成黑色的微粒,影响计量。所以始端在注入反应剂后,应在末段排放至清空,以防止醇类的微粒、水分子等进入仪表。
(1)流量是选泵的重要性能数据之一,它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。如工艺设计中能算出泵正常、最小和最大流量,选择泵时,以最大流量为依据,兼顾正常流量;在没有最大流量时,通常可取正常流量的1 1倍作为最大流量。
(2)装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据,一般要用放大5%~10%余量后的扬程来选型。
(3)液体性质。包括液体介质名称、物理性质、化学性质和其它性质。物理性质有温度、密度、粘度、介质中固体颗粒直径和气体的含量等,这涉及到系统的扬程,有效气蚀余量计算和合适泵的类型。化学性质主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性,是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。
(栏目主持 杨 军)
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