燃气管道发生冻堵的预防.doc

燃气管道发生冻堵的预防以及处理办法的研究讨论引言燃气管道作为一种为城镇工业、居民输送燃料的特种设备，它与电力、自来水一样，是不可缺少的基本能源供应。在改善人民的生活质量、城市环境、方便生活、繁荣经济及社会主义现代化建设等诸多方面起到非常重要的作用。因此确保燃气管道的通畅运行就显得尤为重要。北方地区冬季天气寒冷，燃气管道容易发生冻堵现象，情况恶劣的严重的影响了工业以及居民的正常用气。冻堵现象多发生在埋深较浅的管段（东北地区的冰冻层一般在1.4m以上）以及住宅进户管，集水器连接管，调压站和流量计的引入管处（因为引入管部分处于地上，部分处于地下）。为减少冻堵现象的发生，本文就燃气管道冻堵的预防及处理办法进行了研究和讨论。摘要：北方地区冬季天气寒冷，燃气管道容易发生冻堵现象，情况恶劣的严重的影响了工业以及居民的正常用气。为保证冬季工业以及居民的正常用气，本文对发生管道冻堵现象的原因、冻堵形成前的预防、冻堵形成后的解决措施进行了研究讨论。并提出了涡流无损伤解冻技术、加入反应剂等解决措施。关键词：煤气管线；冻堵；集水器；涡流无损解冻；反应剂1. 目前管道冻堵的预防措施和解决冻堵的基本技术特点1.1管道冻堵的基本预防措施（一）冬季燃气管道防冻主要依靠保温，低压燃气管道一般都敷设在冰冻线以下（北方地区冰冻线一般为1.4m）。（二）地上燃气进户可采取发泡保温防冻。（三）调压站、阀门室等燃气设施可用暖气保暖防冻。在没有暖气的室内，可采取在易冻的设备、设施上缠绕电热带进行保温。（四）在湿式气源的生产和输送中严格控制冷凝水，尽可能少的带入燃气管道中以防止冻堵。（五）尽可能减少燃气中水蒸汽，对燃气进行脱水处理，减少冻堵现象的发生。1.2管道冻堵的基本抢修措施（一）低压管线发生冻堵后，要分段挖开地面，对管道进行卸开清理后恢复。（二）地上燃气进户发生冻堵的原因一般是管内霜堵，可在停气后采用热水进行溶化，严重时可卸开进户丝堵，将热水直接注入管内，冻堵融化后应在集水器处及时抽水，最后恢复保温。（三）为了防止燃气管道发生冻堵，要加强对管线的巡查，增加抽水次数。（四）结合本地区的燃气性质、燃气管道和燃气设施的安装工艺，采取针对性的防冻措施。1.3解决冻堵的基本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一5)、降压、加热和加防冻剂(如甲醇和乙二醇等)。2 发生冻堵现象的原因煤气中水和水蒸气能与气态的C2、C3和C4生成结晶水化物。水化物能缩小管道内煤气的流通断面，甚至堵塞管道、阀门以及仪表和设备，如流量计、安全阀、调压器等。当温度降低使煤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。冻堵现象多发生在埋深较浅的管段（东北地区的冰冻层一般在1.4m以上）以及住宅进户管，集水器连接管，调压站和流量计的引入管处（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。另外阀门井和集水器的材质多为钢体和铁，相当于地上的温度，在阀门井和集水器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S O2 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.管道冻堵的预防方案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形成冻堵之前的预防3.1.1对煤气进行脱水处理煤气中的水和水蒸气能与气态的C2、C3和C4生成结晶水化物。水化物能缩小管道内煤气的流通断面，当温度降低使煤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。为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57 ，这样就使得在输气管道的最低温度下，煤气中的水分含量最少。要使露点降低，要进行必要的脱水处理。所以脱去煤气中的水和水蒸气是预防煤气管道冻堵的有效方法之一。目前用于工业上的气体水分脱除方法主要有加压冷却、冷冻降温分离、膜分离、吸收、物理吸附等方法。 加压冷却和冷冻降温分离的原理相同，都是通过使气体中水蒸气的分压力超过其当时温度下的饱和压力，导致水蒸气凝结成液态水，再通过机械分离的方法将液态水排除，以降低气体中的水分含量。两者的不同之处在于加压冷却是采用压缩机将气体压力提升到适当的值，然后将压缩后的气体再冷却到接近常温；当水蒸气的分压力超过其温度下的饱和压力时，一部分水蒸气便凝结成液体；随着气体水分子的凝结，水蒸气分压力也随之下降，直到与该温度下的饱和压力相等，气态的水蒸气分子不再凝结；然后，用机械的方法排除凝结水，再将气体减压膨胀到所需的压力，气体由此得到干燥。而冷冻降温分离则利用冷冻机冷却气体，随着温度的降低，水蒸气的饱和压力也逐渐下降，直到低于水蒸气的分压力，水蒸气便凝结成液体，被排出系统。气体温度越低，从水蒸气凝结的液态水也越多，气体干燥的程度也越高。冷冻降温法仅适用于干燥度要求不高的工业气体，如压缩空气等。 膜分离利用气体组分在有机高聚合物膜内的渗透能力、扩散速度不同，以压力或化学位能为推动力，达到分离水分或某种组分的目的。膜式干燥器目前可将气体的水露点降低2030。由于气体通过中空的纤维膜时，水分子或某种特定组分是依靠分子的渗透率及扩散速度差实现分离，因此过程中不需要耗电。膜分离目前主要应用于压缩空气的干燥及化工领域的气体分离。 吸收分离法主要是利用甘醇类物质的吸水性，通过洗淋等方法将气体中的水分吸收，达到干燥气体的目的，可使气体水露点降低2842，适用于大流量、水分含量较高的气体的干燥。 吸附分离是一种非相变状态下的组分在吸附剂微孔表面的富集，其机理是在两相界面上，因异相分子间作用力与主体分子间作用力不同，导致相界面上流体分子密度不同于主体密度而产生吸附作用。 由于我公司煤气是煤矿伴随产生，因此比石油伴随产生的含水量少，另外我公司的煤气多用于民用，因此干燥度要求不高，因此采用加压冷却和冷冻降温分离法脱水为宜。3.1.2降低煤气压力煤气压力的降低使单位空间内的煤气密度减少，同时也使单位空间内的水蒸气和气态的C2、C3、C4含量减少，当温度较低时，可以减少水化物的形成，从而使冰的形成降低，因此减少了管道冻堵现象的发生。3.1.3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、集水器的放水次数。加强对阀门井的观察和管理。3.1.4增设集水器为排除燃气管道中的水和污物，在工程施工时，对管道敷设应有一定坡度，管线坡度不小于0003，以便在低处和阀门井处设集水器，将汇集的水和污物排出。集水器的间距，视水量和污物的多少而定。由于管道中煤气的压力不同，集水器有不能自喷和自喷两种。如管道内压力较低，集水器中的谁就要依靠抽水泵手动抽水。安装在高、中压管道上的集水器，由于管道内压力较高，积水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，应设有循环管，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。为避免煤气中杂质堵塞，排水管与循环管的直径应适加大。在管道上布置的集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。由于我铁法地区多为低压管道，所以集水器为不能自喷，需手动抽水，因此多设集水器以减少管道内的水和污物以减少冬季管道冻堵的现象是十分必要的。另外在冬季应该增加对集水器的抽水次数。3.2冻堵形成后的解决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。3.2.1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（图3.1）。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。可应用于冬季被冻的集水器或住宅进户线等处。图3.13.2.2 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CH2OH。此外，还将甘醇(乙二醇)、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。冬季室外温度在-30左右，加入适量的反应剂，使水蒸气形成水化物的临界点低于室外大气温度，便可减少冻堵现象的形成。醇类水溶液的冰点比水的冰点低得多，因此醇类能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，应安装集水器，将输气管中的水排出。特别是在冬季，需加反应剂，醇类注入量为所输煤气体积的01 015 。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100 mm，末端用生料带缠绕，再用螺纹管堵封口。便可向内加入反应剂。3.2.3 技术优势对于新建或改建的工程，在单元立厅管引入管处由两个三通构成，在三通的预留部分各留出8 cm的管线，用管堵封好（图3.2），这样做有以下优点：图3.2(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厅管的影响，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)如立厅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。3.2.4注意事项在注入反应剂时， 由于在低压管内的压力小于3 kPa，中压管内的压力在03 MPa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11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。参考文献：（1）煤气脱水技术 中国化工工业出版社，2006年1月（2）煤气净化操作技术 冶金工业出版社，2009年3月（3）燃气工程 水利水电出版社，2008年1月（4）管道防冻堵技术 中国石化出版社，2005年5月（5）油气田地面工程第28卷，第26期，北京交通大学经济管理学院、大庆燃气公司，2009年3月11