天然氣管道冬季高峰運行管理與工藝優(yōu)化

李勇

中油國際管道公司 北京 102200

隨著工業(yè)現(xiàn)代化日益發(fā)展，天然氣等重大能源的需求量不斷增加，天然氣長輸管道在我國的應(yīng)用也越來越廣泛。隨著天然氣管道覆蓋面積不斷增加，天然氣長輸管道網(wǎng)絡(luò)也就成了現(xiàn)代市場與用戶之間聯(lián)系的一個重要中心，出了安全問題，就會對下游用戶及社會安全造成嚴重的影響[1]。因此，天然氣管道運輸過程中必須保證其在冬季期間不出現(xiàn)凍裂情況、泄漏現(xiàn)象以及火災(zāi)爆炸等危險問題。保證冬季高峰期間天然氣長輸管道的安全十分必要。

1 天然氣管道在冬季峰值運行存在問題的原因分析

天然氣管道冬季峰值運行時，容易發(fā)生管道冰堵，在多數(shù)情況下，天然氣管道被水合物阻塞，引起壓力波動。冰堵的特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先，管道范圍廣、冰堵點相對較寬不容易判定；二是氣候的影響相對較大，多發(fā)生于冬季；第三，由于天然氣本身性質(zhì)不同而產(chǎn)生結(jié)冰情況也不一樣。三是氣溫中等時，水合物的壓力范圍大，一般在3～10 MPa左右。由于天然氣管道具有一定特殊性，容易引起一些問題，如凍雨和冰凍等。清管和操作時，管道容易發(fā)生多方冰堵現(xiàn)象[2]。其中主要是因為天然氣管道內(nèi)的水冰結(jié)冰而造成的，所以要加強對天然氣管道進行防凍工作。通常天然氣管道所運輸?shù)牟牧隙加猩倭克郑酁闅怏w進入管道，造成管道在運行時出現(xiàn)冰堵。

氣溫比較高時，天然氣管道發(fā)生冰堵。如果天然氣管道發(fā)生了結(jié)冰問題，那么就會造成一定程度上的堵塞，嚴重影響著天然氣管道的正常運行。冰堵產(chǎn)生的原因有兩個：一是冰堵，天然氣管道壓力高，部分管段的輸氣溫度低于水合物組成溫度。第二，天然氣管道中含有水會對管道造成一定程度上的堵塞，進而使管內(nèi)氣體流速變慢，從而影響了天然氣輸送效率。在天然氣運輸過程中，溫度和壓力是水合物組成的首要決定因素。

2020年11月，A區(qū)最后一個車站進站壓力3.7 MPa、氣溫7.4℃，調(diào)壓閥在調(diào)節(jié)壓力5min后就會發(fā)生壓力波動和流量變小。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，末站輸水管道中存在著一些冰堵現(xiàn)象，且有部分堵塞部位已經(jīng)形成冰塊。其主要原因是管內(nèi)有少量的水夾在末站，并且堆積于管道的低洼處，A地區(qū)氣溫零下15℃左右，因此，站內(nèi)管道存在冰堵現(xiàn)象。

2 強化長輸天然氣管道冬季高峰安全管理是十分必要的

隨著中國生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，各產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好，在當今時代，國之能源經(jīng)濟市場已呈抬頭之勢，同時，管道建設(shè)亦有較大進步。在這樣的情況下，對天然氣管道施工技術(shù)進行研究有著十分重大的現(xiàn)實意義。天然氣長輸管道連接著大量用戶，是國家重要公用設(shè)施之一，更是一項至關(guān)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，它嚴重地影響了全社會經(jīng)濟穩(wěn)定與社會安定。

因此，在實際工作中必須要加強對天然氣長輸管道的維護管理。通常情況下，天然氣長輸管道在比較復(fù)雜的環(huán)境中運行，往往被各種腐蝕介質(zhì)腐蝕，天然氣長輸管道還將穿越高山峻嶺，由偏遠的礦區(qū)來到了繁榮的都市。由于長期運行在這些惡劣的自然環(huán)境之中，所以極易引發(fā)各種各樣的安全事故，其中最常見的就是泄漏事故。當出現(xiàn)中毒，火災(zāi)或爆炸等險情時，將嚴重影響環(huán)境，還將帶來無法估量的經(jīng)濟損失甚至嚴重危及人民群眾生命安全。

3 天然氣管道冰堵預(yù)防與處理

針對冬季高峰運行期間發(fā)生的管道冰堵現(xiàn)象進行了優(yōu)化研究，具體做法如下。

3.1 有效地控制了氣源的質(zhì)量

避免天然氣管道冰堵的最好辦法是降低天然氣水的露點，有效地控制了氣源的質(zhì)量。天然氣中水分含量較高，容易在管道內(nèi)聚集導(dǎo)致結(jié)冰堵塞情況，嚴重時會造成安全事故，威脅人身安全。天然氣流入管道前，需要進行良好的干燥處理，常見的處理方法有固體和液體吸附兩種。固體吸附法就是應(yīng)用表面活性劑或者是高分子化合物作為原料制備成一定濃度的水溶液，以此來提高氣體中水分含量，降低天然氣水露點。

3.2 實現(xiàn)了天然氣管道的高效烘干

為能對天然氣管道在注水試壓期間所形成積水進行有效的優(yōu)化，必須進行干燥處理，然后再進行施工，通常有3種做法，真空、空氣干燥和干燥劑。其中真空干燥是最常見且使用最為廣泛的一種方式，主要用于將天然氣管道內(nèi)部產(chǎn)生的水汽去除，達到消除安全隱患的作用。干燥劑干燥是指施加化學劑的干燥方法，向天然氣中加入一定的干燥劑，降低蒸汽壓達到干燥管道。這種干燥方法一般適用于低含氣率的氣體或液體

3.3 增加天然物真實溫度

運輸天然氣時，提高其輸送溫度，可有效地避免水合物的組成，最常用的辦法就是將電伴熱加到管道相關(guān)裝置上，可對管道及相關(guān)裝置發(fā)生冰堵問題進行有效的優(yōu)化。

3.4 加入適量抑制劑

以有效避免天然氣中水合物的發(fā)生，能向管道天然氣內(nèi)添加一定配比的化學抑制劑，繼而引起天然氣分子內(nèi)平衡性變化，保證它能長期處于流動性狀態(tài)，這種優(yōu)化天然氣冰堵手段，是目前最為常用的解堵方式之一。因此，需要對天然氣管道進行合理規(guī)劃與設(shè)計。此外需要根據(jù)天然氣管道的地理位置，管道上裝1支三通，1支閥，布設(shè)排污口1個。并基于低壓力管道的地理位置，所述管道內(nèi)設(shè)置有活動接頭，借此避免天然氣管道的阻塞。

4 強化天然氣管道在冬季峰值時的安全操作管理

4.1 強化管道在冬季高峰時安全作業(yè)完整性管理

首先，要認清長輸管道違建行為的危害，繼續(xù)加強對拆除違建的治理工作；加強宣傳教育，強化安全意識，增強職工自我保護意識。各類違建行為的預(yù)防和處理，結(jié)合實際情況，設(shè)立專門組，要把誰搭建、誰拆除作為落實責任的基本方針，向有關(guān)職能部門下達拆遷任務(wù)，從而提高了長輸管道的運行安全系數(shù)。其次，建立完善的管理體系，明確各部門職責分工，制定詳細的規(guī)章制度。同時學習國外的先進經(jīng)驗，進行管道完整性管理，管道完整性管理等內(nèi)容：含缺陷管道的本體管理等；管道地質(zhì)災(zāi)害及周邊環(huán)境的治理；防腐有效性的管理；泄漏風險評估及預(yù)警機制建設(shè)等。對輸氣管網(wǎng)的生產(chǎn)和經(jīng)營進行各個專業(yè)的管理。

4.2 加大風險管控力度，對冬季高峰管道進行安全風險分析和評估

管道風險控制，是確保管道安全運營的根本，是科學地管理管道的一個主要方面，能夠防止事故發(fā)生和損失度，節(jié)省維修維護成本等。目前國內(nèi)管道管理部門普遍采用定性分析法評估管道風險水平，但這種方法不能反映出實際狀況下可能出現(xiàn)的問題，且無法準確預(yù)測管道故障后果及發(fā)展趨勢。以查明管道的風險狀況，對管道進行風險分析和評估是十分必要的，管道的風險分析可以從如下幾方面進行研究：定性的風險分析和評估、半定量的風險分析與評估。其中定量風險分析是一種綜合評估方法，它根據(jù)不同的目的，采用不同的數(shù)學模型或數(shù)學方法，通過計算得到各種可能造成事故的結(jié)果[3]。由于它可以同時考慮到各方面的不確定性因素，因此在管道風險管理中有著廣泛而重要的應(yīng)用前景。在管道風險評價中，定量評價法處于高級階段，它是量化絕對事故發(fā)生頻率的嚴格的數(shù)學與統(tǒng)計學方法，它以失效概率為依據(jù)，以失效結(jié)果為依據(jù)進行直接評估，其評估結(jié)果最為嚴謹，精確。

4.3 強化天然氣冬季高峰管道檢查，強化HSE 監(jiān)管檢查

對天然氣管線調(diào)壓撬、過濾分離器和閥門及其他設(shè)備設(shè)施，推薦使用分段、實行分片包干，責任到人管理辦法，嚴格執(zhí)行天然氣設(shè)備的管理標準，定期維護閥門和其他基礎(chǔ)設(shè)備，如調(diào)壓器，采用先進的檢漏設(shè)備，嚴把管網(wǎng)關(guān)，在發(fā)現(xiàn)安全隱患問題后，應(yīng)及時剔除，確保天然氣管網(wǎng)及其相關(guān)設(shè)施運行的安全性和可靠性。此外，要加強員工培訓(xùn)教育，提高工作人員安全意識。同時也要積極開展HSE監(jiān)督檢查，HSE監(jiān)督檢查正是發(fā)現(xiàn)隱患，控制風險的一個有效途徑，為了保證已經(jīng)投入生產(chǎn)的站場、管線運行安全，搶維修作業(yè)安全無事故，安全管理部門要組織開展多種HSE監(jiān)督檢查，主要是試生產(chǎn)之前的HSE檢查、投產(chǎn)過程中安全監(jiān)護等、對生產(chǎn)運營進行現(xiàn)場HSE檢查、搶維修中心建設(shè)作業(yè)的HSE檢查等等。

4.4 嚴格把好作業(yè)方案的審核關(guān)

在目前我國天然氣冬季高峰管道的規(guī)劃和施工中，推薦鋼骨架PE及PE管材，使用新連接形式天然氣引入管。通過分析我國輸氣管網(wǎng)現(xiàn)狀，提出了相應(yīng)的發(fā)展對策。結(jié)合目前我國西氣東輸工程輸送天然氣的需求，對于已老化或長期服役的長輸管道，要及時更新或檢修。由于目前我國大多數(shù)城市都是使用傳統(tǒng)鋼管作為輸氣干線管道，因此，對于現(xiàn)有老舊天然氣管線應(yīng)盡快更換為鋼質(zhì)管道，以保證天然氣供應(yīng)充足與穩(wěn)定。該工藝可采用穿PE管的方式、管道內(nèi)襯及其他工藝，改造有安全隱患問題天然氣管道，既能有效杜絕天然氣泄漏的隱患問題，并能有效地延長天然氣管道使用年限。同時應(yīng)加強油氣管道防腐保溫技術(shù)研究，提高防腐質(zhì)量，確保油氣管道運行安全可靠。油氣管道保護工作的主管部門應(yīng)當加強監(jiān)督，依法嚴懲打孔盜油和違章施工作業(yè)，危及油氣管道安全；應(yīng)本著后建設(shè)服從于先建設(shè)，加強油氣管道的占壓和清理工作。

4.5 強化政府職能部門的管理，嚴格控制地下設(shè)施的建設(shè)審批

對城建和規(guī)劃職能部門來說，在建筑工程項目施工許可證的發(fā)放中，若與地下天然氣管線有關(guān)，那么就需要建設(shè)單位和天然氣安全管理單位進行良好的談判，特別是工程施工較大的項目、施工工期較久的工程，職能部門要組織和召集地下管線業(yè)主方參加、施工方舉行了施工協(xié)調(diào)大會，需要施工方積極有效地進行預(yù)防，才能真正做到，符合標準的，方可發(fā)放施工建設(shè)許可證。另外，為了確保城市燃氣管道能夠正常運行和使用，還需要對其進行日常維護保養(yǎng)，防止因為人為原因或者其他自然情況造成管道出現(xiàn)問題。通過強化建筑施工環(huán)節(jié)中的質(zhì)量管控，可有效地避免由于施工和其他外界因素造成的天然氣燃氣泄漏事故的發(fā)生[3]。

5 天然氣長輸管道冰堵緊急處置

針對大牛地氣田冬季高峰作業(yè)時發(fā)生的管道冰堵事故，開展了應(yīng)急處置工作，確保了天然氣管道的安全，平穩(wěn)運行，有關(guān)舉措如下。

5.1 天然氣管道解堵

如果在天然氣管道主線上出現(xiàn)了冰堵現(xiàn)象，目前使用最多的是關(guān)閉冰堵管道上的閥和放空降壓，水合物可以在壓力降低的情況下迅速溶解，還可施加高溫蒸汽，對冰堵管段進行加熱，促使水合物迅速溶解，繼而達到解堵之目的。在站場部分天然氣管線上安裝一些加熱器，可以加快氣體流速，使氣體與水反應(yīng)更充分，促進水合作用，提高了水合物分解速度和效果。如果在車站的某些管線上出現(xiàn)冰堵的問題，本實用新型能夠高效地使用相關(guān)加熱設(shè)備，對冰堵后管段加熱，從而提高天然氣的溫度，達到了水合物迅速分解之目的。如果是站場附近存在大量的天然氣管道，則需要采用人工方式對冰堵進行處理。如果車站分輸管段發(fā)生冰堵，備用管道可以采用開關(guān)方式，對其加熱，以促進水合物的迅速分解。

5.2 管道設(shè)備解堵

如果出現(xiàn)調(diào)壓閥冰堵的問題，能通過注一定配比防凍劑進行解堵，防凍劑對天然氣有吸水功能，能有效減少天然氣冰露點，然后達到快速分解水合物和解堵。若是輸氣管道出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，則需要對其進行除冰處理，以保證輸氣管路正常運行。此外，如果站內(nèi)排污管道或分離器之類的裝置出現(xiàn)冰堵的問題，本實用新型可有效地利用在線排污解決冰堵難題，還可以采用替換已冰堵分離器的方法，施加完好備用分離器。

5.3 集氣站場解堵

對集氣站冰堵進行解堵，也是一種非常普遍的處理手段，如聯(lián)絡(luò)站或分輸集氣站發(fā)生冰堵，此時，可以采用調(diào)整相關(guān)工藝流程，在壓縮機出口合理施加高溫天然氣反吹冰堵部位，從而加快水合物的分解，還可應(yīng)用壓縮機出口高溫氣體解堵出現(xiàn)冰堵得管道。此外還要解堵引壓管，如果在引壓管上出現(xiàn)了冰堵，且管徑較小，所對應(yīng)的水合物也會相對較少，為此，應(yīng)加強相關(guān)工作人員對冰堵點及危害分析，并制定出相應(yīng)的預(yù)防方案，進而為企業(yè)創(chuàng)造更大經(jīng)濟效益。所以搞好解堵工作很關(guān)鍵

6 結(jié)束語

在經(jīng)濟發(fā)展要求下，使國內(nèi)冬季天然氣高峰長輸管道的施工越來越多，盡管管道長度增加了，本實用新型有效解決天然氣長距離運輸難題，為人民群眾生產(chǎn)生活帶來便利，然而，天然氣管網(wǎng)運行過程中的安全管理工作，也會面臨著全新的考驗，它的安全工作與人民群眾生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)，因此，分析強化天然氣管道冬季高峰運行安全管理措施有著重要意義。