天然氣水合物的危害及預(yù)防措施

汪生平

摘要：天然氣作為一種安全、清潔、高效的新能源，已經(jīng)逐步替代了傳統(tǒng)的能源，而天然氣的開采不可避免的會(huì)產(chǎn)生其伴生物，天然氣水合物的形成對(duì)天然氣的開采、技術(shù)、加工、運(yùn)輸?shù)扔兄煌潭鹊挠绊?。本文初步分析了天然氣水合物產(chǎn)生的條件，概述了其對(duì)天然氣安全運(yùn)輸?shù)奈：Τ潭?，?jiǎn)單闡述了天然氣水合物的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：天然氣水合物;危害;預(yù)防措施

一、天然氣水合物形成的相關(guān)條件

天然氣水合物形成的首要因素為液態(tài)水，天然氣的水含量應(yīng)是飽和或者過度飽和的狀態(tài)，并且存在游離的液態(tài)水;其次是要有足夠高的壓力;最后是低于水合物形成的溫度。在氣流溫度低于水合物形成的溫度時(shí)，加上外界的高壓力，天然氣水合物可以在零度及以上的溫度產(chǎn)生。

處于天然氣中的液態(tài)水，會(huì)在管道運(yùn)輸過程中形成液滴，并且可能在閥門、彎頭、三通等區(qū)域，同管道內(nèi)壁相互撞擊形成粉末，這些液態(tài)水滴粉末與天然氣一起運(yùn)輸流動(dòng)，附著在管道內(nèi)壁表面成為液態(tài)黏膜，在高壓低溫條件下，在管道內(nèi)部形成天然氣水合物。隨著天然氣經(jīng)年累月的運(yùn)輸，水合物也隨之加厚，使得管道內(nèi)徑逐漸變小，嚴(yán)重的情況下會(huì)堵塞管道，嚴(yán)重影響生產(chǎn)安全。

天然氣運(yùn)輸過程中的流速和方向的變化也是天然氣水合物形成的原因之一，在彎頭、閥門、孔板及其他局部阻力突然增大的區(qū)域，由于壓力、流向、流速的加劇變化，特別是節(jié)流閥門、分離器出入口、閥門密合不緊密處、壓縮機(jī)出入口等地方，由于天然氣溫度驟然降低，會(huì)加快天然氣水合物的形成。

根據(jù)以往生產(chǎn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)管道運(yùn)行相關(guān)系數(shù)處于天然氣水合物形成條件之下時(shí)，各項(xiàng)條件不滿足天然氣水合物形成的條件，則難以產(chǎn)生天然氣水合物。經(jīng)相關(guān)研究表明，不同密度的天然氣，其產(chǎn)生天然氣水合物的壓力、溫度也不盡然相同，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，天然氣水合物形成所需的壓力也隨之增加。由此可知，在生產(chǎn)過程中要首先測(cè)算驗(yàn)定天然氣的密度，這樣才可以初步估算在一定溫度下天然氣水合物產(chǎn)生的最小壓力，或者是一點(diǎn)壓力條件下天然氣水合物形成的最高溫度，從而進(jìn)行預(yù)測(cè)天然氣水合物的產(chǎn)生。

在一定溫度條件下，不同密度的烴類混合物，形成天然氣水合物所需的壓力也存在區(qū)別，5%乙烷和2%丙烷的天然氣混合物，形成天然氣水合物所需的壓力與甲烷相比較低，并且天然氣通常是含烴類分子的混合物，因此其產(chǎn)生天然氣水合物比甲烷相對(duì)容易。

二、天然氣水合物在生產(chǎn)過程中的危害

在天然氣生產(chǎn)運(yùn)輸過程中，天然氣水合物嚴(yán)重影響天然氣管道安全運(yùn)輸。由于天然氣是由大量的烴類物質(zhì)和小分子氣體成分等構(gòu)成的，在含有液態(tài)水的環(huán)境中，加之一定壓力條件容易形成水合物。

天然氣水合物的產(chǎn)生與天然氣自由水的含量、壓力、溫度等條件有關(guān)。在天然氣管道運(yùn)輸和相關(guān)加工過程中，尤其是產(chǎn)出氣中含有飽和水蒸汽時(shí)，天然氣通過阻力件（如節(jié)流閥、調(diào)壓器、排污閥等）后會(huì)遭受壓力升高，溫度下降等外界環(huán)境。氣體溫度的降低會(huì)使管路、閥門、過濾器及儀表出現(xiàn)結(jié)霜或結(jié)冰現(xiàn)象，從而使管道運(yùn)輸天然氣的比重下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)氯艿溃詫?dǎo)致管道上游壓力升高，造成不穩(wěn)定的生產(chǎn)因素，從而進(jìn)一步影響正常供氣，引起安全事故的發(fā)生，損害公有機(jī)械設(shè)備及相關(guān)工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。

天然氣水合物形成以后，它與金屬管道內(nèi)壁緊密結(jié)合，大幅度減少天然氣在管道內(nèi)流通的面積，由此而產(chǎn)生的天然氣節(jié)流，加速水合物的進(jìn)一步形成，進(jìn)而造成管道、閥門和一些設(shè)備的堵塞，嚴(yán)重影響管道的安全運(yùn)行。而天然氣水合物的清楚，需要大量的時(shí)間、能源、物資以及工程的調(diào)整，從而導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，防止水合物生成的費(fèi)用約占生產(chǎn)總成本的5%-8%。因此，研究和討論天然氣在管內(nèi)輸送過程中水合物的防治和處理，對(duì)保障天然氣管道的安全運(yùn)行具有十分重要的實(shí)際意義。

三、天然氣水合物的預(yù)防措施

控制管道內(nèi)天然氣水合物的生成，是天然氣水合物防治最根本、最安全的策略。根據(jù)天然氣水合物生成條件，對(duì)管道中的流體而言，由于流體成分相對(duì)穩(wěn)定，并以一定的速度運(yùn)行，因此抑制水合物的生成主要考慮溫度、壓力和含水三方面的影響：

（1）把輸送壓力降低到所處溫度下形成水合物的生成壓力以下;

（2）脫除天然氣中的水分;

（3）向氣流中加入抑制劑。

3.1加熱法

由于節(jié)流前后溫度下降劇烈，使節(jié)流前的天然氣溫度升高，從而使天然氣在節(jié)流后的溫度高于生成水合物的溫度，防止由于節(jié)流溫度降低而生成水合物。

3.2降壓法

在保持原有的溫度狀態(tài)下，使輸氣管道中的天然氣壓力降低，下降到相關(guān)溫度天然氣水合物難以形成的壓力條件之下。

3.3添加抑制法

對(duì)于集氣管線內(nèi)水合物的生成，可以采取添加化學(xué)抑制劑法。在一定操作條件下向管道內(nèi)注入一定量的化學(xué)添加劑，改變水合物形成的熱力學(xué)條件、結(jié)晶速率或聚集形態(tài)，來達(dá)到保持流體流動(dòng)的目的。目前可采取的抑制劑類型主要有熱力學(xué)抑制劑、動(dòng)力學(xué)抑制劑、防聚劑三類。

3.4干燥脫水法

天然氣脫水是防止運(yùn)輸過程中形成水合物最有效的措施。天然氣進(jìn)入輸氣管道之前應(yīng)進(jìn)行充分脫水，使天然氣水露點(diǎn)低于管線周圍介質(zhì)最低溫度5-7℃，這是預(yù)防形成水合物冰堵的根本方法。在天然氣生產(chǎn)過程中，脫水就是降低天然氣中的水汽含量，即降低天然氣的露點(diǎn)。

工業(yè)中廣泛使用的天然氣水合物抑制劑有甲醇和甘醇類化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇。這類抑制劑可以有效地脫除天然氣內(nèi)的水分，達(dá)到抑制水合物生成的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，目前常采用的脫水方法是二甘醇溶劑脫水和固體吸附劑脫水。

四、結(jié)束語

本文對(duì)天然氣的水合物的基本概念、形成因素、預(yù)防治理措施進(jìn)行了初步的研究探索，總結(jié)而言有以下的認(rèn)知和體會(huì)：天然氣水合物的形成與天然氣組成成分、壓力和溫度以及游離水的含量等因素有著密切關(guān)系;天然氣水合物嚴(yán)重影響天然氣的開采、運(yùn)輸和加工等正產(chǎn)生產(chǎn)工藝的進(jìn)行;水合物的抑制生成主要從溫度、壓力和含水三方面著手，其中脫除天然氣中的水分，是抑制水合物生成的最根本途徑。希望本文的初步研究，對(duì)廣大相關(guān)工作人員起到一定程度上的幫助。

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