??? 其次，管道中液態(tài)水是形成天然氣水合物的必要條件之一。管道中的液態(tài)水在低溫時(shí)會(huì)造成管道低洼處的冰堵，冰堵的產(chǎn)生會(huì)影響管道的安全運(yùn)行。管內(nèi)積水如果形成冰堵，則影響輸氣量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成停輸?shù)闹卮笫鹿省?/div>
??? 綜上所述，天然氣長(zhǎng)輸管道中的液態(tài)水危害性極大，在管道投入運(yùn)行之前，必須進(jìn)行除水和干燥處理，使管道內(nèi)空氣水露點(diǎn)達(dá)到規(guī)定的要求，從以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，新建輸氣管道普遍存在氣質(zhì)差的問(wèn)題，主要原因是管道內(nèi)積水進(jìn)入天然氣中造成的，這給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和影響。因此輸氣管道在投產(chǎn)前必須進(jìn)行干燥。
??? 天然氣管道的干燥一般有兩個(gè)過(guò)程，即：除水，排除管道中的積水；干燥，降低管道中氣體的含水量，使之在任何情況下都不出現(xiàn)水蒸氣飽和狀態(tài)。
??? 1. 輸氣管道干燥的主要方法
??? ① 干燥劑法?此種方法是用高濃度干燥劑置換管道中的試壓水。用多個(gè)清管器形成清管器組(俗稱(chēng)清管列車(chē))，在清管器之間充入高濃度的干燥劑(甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇等)，這些干燥劑也是良好的水合物抑制劑。依靠后繼介質(zhì)的壓力推動(dòng)清管列車(chē)前進(jìn)，排除管道中的水，并且用干燥劑置換清管器竄漏的水，以達(dá)到干燥的目的，將除水和干燥兩個(gè)環(huán)節(jié)一次完成。這種干燥并不是真正意義上的干燥，而是用干燥劑置換了殘留在管道中的水，置換完成后在管道的沿線殘留少量的干燥劑水溶液，能有效地抑制水合物的生成。有時(shí)還將干燥劑制成凝膠置于清管列車(chē)的前段和后段，增加清管列車(chē)的密封性提高除水效果。歐洲的ZEE管道和我國(guó)的平湖至上海的天然氣管道就采用了這種干燥方法。
??? ② 真空干燥法?此方法有除水和干燥兩個(gè)階段。在除水階段用空氣吹掃或發(fā)送清管器置換管道中的存水，在于燥階段采用真空泵從管道的一端抽氣，在管道內(nèi)形成負(fù)壓使水分蒸發(fā)并隨著氣體排出管道。此方法在崖城13-1氣田至香港的輸氣管道投產(chǎn)中應(yīng)用。
??? ③ 超干空氣法?此方法的除水階段與真空干燥法相同，在管道的干燥階段將深度脫水的超干空氣(水露點(diǎn)在-50～70℃)注入管道，吸收管道中的殘水使管道干燥。加拿大到美國(guó)的聯(lián)盟管道采用了此方法。在西氣東輸工程之前，我國(guó)在澀寧蘭管道的局部段上用此方法進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)。
? ??2. 輸氣管道干燥方法的選擇
? ??干燥劑法的優(yōu)點(diǎn)是工期短，在管道中預(yù)蠱干燥劑有利于防止水合物。缺點(diǎn)是干燥劑和凝膠的使用必須達(dá)到一定的量，而且收發(fā)清管器組和接收凝膠等作業(yè)比較復(fù)雜，因此對(duì)幾百公里或更長(zhǎng)的作業(yè)段施工比較合適。此方法最經(jīng)濟(jì)的方案是利用天然氣壓力，將除水、干燥與投產(chǎn)幾個(gè)環(huán)節(jié)連續(xù)進(jìn)行。長(zhǎng)距離的海底管道不能分段作業(yè)，此方法的優(yōu)勢(shì)明顯。西氣東輸工程沿線高差變化大、標(biāo)段多，在干燥后還有干輸氣設(shè)備安裝作業(yè)，不能直接投產(chǎn)，使干燥劑法的使用受到限制。
??? 真空干燥法和超干空氣法的應(yīng)用有置換和干燥兩個(gè)階段。真空干燥法從管道中抽氣使水分蒸發(fā)，到一定程度后讓管道吸入干空氣，再抽氣蒸發(fā)、再吸氣，多次重復(fù)地進(jìn)行，根據(jù)抽出空氣的水露點(diǎn)判定管道干燥的效果。此方法作業(yè)簡(jiǎn)單，但不能連續(xù)工作，干燥的速度慢，效率低。超干空氣法是在管道的一端注入超干空氣，在管道的另一端排氣，根據(jù)排出氣體的水露點(diǎn)判定管道的干燥效果。此方法能連續(xù)作業(yè)，干燥的速度比真空法快。由于陸上管道可以多作業(yè)段同時(shí)施工。對(duì)于陸上管道或干燥段的長(zhǎng)度在150km以?xún)?nèi)，宜首選超干空氣法。西氣東輸管道就是采用了超干空氣法，分若干作業(yè)段進(jìn)行干燥。
??? 3. 干燥劑法工藝與技術(shù)參數(shù)
??? ① 清管列車(chē)由水基凝膠、干燥劑、干燥劑凝膠組成。選用7個(gè)(或更多)直板式清管器組成清管列車(chē)，在前兩節(jié)車(chē)廂內(nèi)充入水基凝膠，最后兩車(chē)廂內(nèi)充入乙二醇基凝膠，中間的車(chē)廂內(nèi)充干燥劑(水合物抑制劑，如甲醇、乙二醇、三甘醇等)。在凝膠段加清管器有助于形成良好的密封。此方案的用意為用干燥劑置換管道死角(支管、閥坑等處)的水，將水合物抑制劑預(yù)置在管道中。
??? ② 凝膠和干燥劑的使用量?根據(jù)國(guó)內(nèi)外天然氣管道干燥施工調(diào)研，干燥劑的用量為管道容積的0.3%～0.5%，對(duì)于有內(nèi)涂層的管道用量少，無(wú)內(nèi)涂層的管道用量大。
??? 甲醇對(duì)防止水合物的效果最好，價(jià)格便宜，但毒性較大，在使用的時(shí)候需考慮環(huán)保和作業(yè)工人的安全。選用乙二醇和三甘醇主要考慮是價(jià)格的因素。
??? ③ 清管列車(chē)的運(yùn)行控制?推動(dòng)清管列車(chē)的動(dòng)力可以是經(jīng)過(guò)干燥的壓縮空氣也可以直接用天然氣推動(dòng)清管列車(chē)運(yùn)行(位于歐洲北海的ZEE管道就是如此)。清管列車(chē)的運(yùn)行速度為0.4～1.0m/s為宜。在清管列車(chē)運(yùn)行初期管道內(nèi)基本是水，摩阻較大，需要的壓差大。隨著清管列車(chē)的運(yùn)行，管道中的水越來(lái)越少，大量的壓縮氣體積蓄了較大的能量，需要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)停止向管道內(nèi)供氣，靠氣體的膨脹繼續(xù)推動(dòng)清管列車(chē)前進(jìn)。停止供氣的時(shí)機(jī)需要通過(guò)能量平衡計(jì)算，否則管道蓄能過(guò)多將在清管末期給管道的出口造成較大的沖擊。
??? 4. 超干空氣法工藝與技術(shù)參數(shù)
??? ① 除水?用壓縮空氣推動(dòng)清管器排除管道中的水。作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備是清管器，目前常用的清管器有直板形、皮碗形和球形三種類(lèi)型。直板形清管器的優(yōu)點(diǎn)是清污、排水效果最好，可以雙向運(yùn)動(dòng)；缺點(diǎn)是通過(guò)能力較差，如果管道施工質(zhì)量不佳容易卡住清管器。清管球的通過(guò)能力最強(qiáng)，基本不受管道轉(zhuǎn)彎半徑的限制；但竄漏量大，清污、排水效果較差。皮碗清管器的優(yōu)缺點(diǎn)介于兩者之間。在可能的情況下應(yīng)盡量選擇直板形清管器，為了提高排水效果可以采用多個(gè)清管器(清管列車(chē))連續(xù)清管。
??? ② 擦水?除水以后，管道的低洼處仍難免有少量的水聚集，在管壁上還會(huì)有0.1～0.2mm厚的水膜。通常發(fā)送能吸水的泡沫清管器，在清掃管道的同時(shí)擦掉管壁上的水。在擦水的過(guò)程中可以連續(xù)發(fā)送泡沫清管器，在管道的出口觀察泡沫清管器的吸水程度，或通過(guò)發(fā)球前和收球后對(duì)清管器稱(chēng)重，檢驗(yàn)擦水的效果。
? ??③ 注氣干燥?經(jīng)過(guò)擦水之后，管道內(nèi)基本不存在積水，管壁上的水膜也大大減薄。這種程序的含水量在管道輸氣時(shí)，仍有可能形成水合物，因此還需要進(jìn)一步干燥。在管道的一端注入經(jīng)過(guò)干燥的空氣，吸收管道中的水分，在管道的另一端檢測(cè)流出空氣的水露點(diǎn)，判斷管道中水分的含量。為了加快施工進(jìn)度，在擦水的過(guò)程中也可以同時(shí)進(jìn)行干燥作業(yè)。
??? ④ 封閉、惰化管道?管道干燥完成后在正式輸氣前應(yīng)保持管道中有0.1～0.2MPa(表壓)的正壓，并封閉管道防止空氣中的水分再進(jìn)入管道。如果有條件也可以向管道內(nèi)充入氮?dú)猓瑢?duì)管道進(jìn)行惰化。
??? ⑤ 清管器速度?用壓縮空氣推動(dòng)清管器排水時(shí)，清管器的運(yùn)行速度控制在0.4～1.Om/s為宜，可以采用控制管道出口水流量的方法控制流速。在擦水階段，清管器的運(yùn)行速度應(yīng)控制在5m/s左右為宜，速度過(guò)快擦水效果不佳。影響清管器速度的因素有管道施工質(zhì)量、地形條件、管道存水情況、清管器的類(lèi)型、清管器的過(guò)盈量等，可以通過(guò)調(diào)整管道進(jìn)出口壓差控制清管器的運(yùn)行速度。
??? 5. 真空干燥法工藝與技術(shù)參數(shù)
??? 真空干燥法在管道干燥的過(guò)程與超干空氣法不同。真空干燥過(guò)程可以有幾個(gè)階段：排氣降低階段、水分蒸發(fā)階段、真空干燥階段。
??? 抽氣至管內(nèi)壓力為使用裝置所能承擔(dān)的最低壓強(qiáng)時(shí)停止抽氣。密閉穩(wěn)定24h，空氣的水露點(diǎn)達(dá)到-20℃時(shí)，管道的干燥合格。
??? 四、天然氣管道水合物堵塞的處理
在輸氣管道運(yùn)行中還需經(jīng)常監(jiān)控天然氣的氣質(zhì)，通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及對(duì)管道運(yùn)行參數(shù)的分析，判斷管道內(nèi)是否出現(xiàn)水合物及可能堵塞的部位，及時(shí)采取防治措施。
(一) 輸氣管道運(yùn)行中氣質(zhì)監(jiān)控
??? 輸氣管道的進(jìn)氣口應(yīng)配備氣質(zhì)監(jiān)控儀表，包括微水分析、硫化氫和二氧化碳分析儀等。對(duì)天然氣的水露點(diǎn)、烴露點(diǎn)、硫化氫和二氧化碳含量等進(jìn)行檢測(cè)。
??? 天然氣中上述有害成分超過(guò)高報(bào)警限的設(shè)定值時(shí)，氣質(zhì)監(jiān)控儀表應(yīng)給出報(bào)警信號(hào)，提醒操作員監(jiān)督來(lái)氣質(zhì)量或要求天然氣供氣方加強(qiáng)凈化處理，若超過(guò)最高允許值時(shí)，可以切斷進(jìn)氣。例如，當(dāng)H2S含量超過(guò)最高允許值時(shí)，分析儀可以發(fā)出一個(gè)關(guān)斷來(lái)氣管線流程截?cái)嚅y的指令信號(hào)，自動(dòng)關(guān)斷來(lái)氣流程上的閥門(mén)，停止H2S含量超標(biāo)的天然氣進(jìn)入輸氣干線或進(jìn)氣支線。
??? 另外，運(yùn)行中若發(fā)現(xiàn)天然氣的水露點(diǎn)超標(biāo)，或由水力、熱力參數(shù)分析得出管內(nèi)可能有積水時(shí)，一方面要求供氣方提高天然氣脫水質(zhì)量；另一方面應(yīng)加大輸氣管道清管力度?？梢圆捎眠B續(xù)多次清管，盡可能排除管內(nèi)積水。在壓力、環(huán)境溫度等條件可能時(shí)，增大輸氣量，以帶走管內(nèi)較多水分。
??? 冬季，特別是北方的冬季，由于取暖供熱的需要，天然氣用量要增加很多，管道在高壓輸氣工況下運(yùn)行，容易生成水合物。在冬季到來(lái)之前，應(yīng)加強(qiáng)上述工作，保證在低溫、高壓的工況下，不致出現(xiàn)水合物堵塞的情況。
??? (二) 天然氣管道水合物堵塞的處理
??? (1) 干線冰堵處理措施
??? ① 準(zhǔn)確判斷冰堵的位置。根據(jù)情況通知上游減量供氣或是停止供氣；下游減量用氣或是停止用氣。
??? ② 關(guān)斷冰堵上下游閥室的截?cái)嚅y，并進(jìn)行放空。通常情況下，放空后將解堵。
??? ③ 在冰堵點(diǎn)的高處注緩解劑，如甲醇、丙三醇等。
??? ④ 利用熱源加熱天然氣，提高天然氣的溫度，破壞水合物形成的條件，對(duì)局部管段冰堵進(jìn)行解堵。
??? (2) 場(chǎng)站冰堵處理措施
① 準(zhǔn)確判斷冰堵的位置，根據(jù)情況通知相應(yīng)用戶(hù)減量用氣或是停止用氣，減少冰堵兩端的壓差。
??? ② 利用熱源對(duì)冰堵位置進(jìn)行加熱，破壞水合物形成的條件進(jìn)行解堵，如澆注熱水，增加電伴熱等。
??? ③ 在冰堵點(diǎn)上游處注緩解劑，如甲醇、丙三醇等。
??? ④ 關(guān)斷冰堵位置上下游閥門(mén)，并進(jìn)行放空解堵。
