寒冷冬季天然氣管道冰堵發(fā)生原因及解堵

措施

由于輸送自然氣水露點(diǎn)較高，達(dá)到了生成自然氣水合物的條件,

致使自然氣管道站場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行過程中發(fā)生了冰堵現(xiàn)象，嚴(yán)峻影響

管道的平安運(yùn)行。通過分析自然氣水合物的形成，給出了自然

氣管道運(yùn)行過程中冰堵的預(yù)防措施及其實(shí)際應(yīng)用技術(shù)條件。依據(jù)自

然氣水合物的生成機(jī)理，得出分輸站場(chǎng)冰堵的解堵過程。通過典

型案例分析，進(jìn)一步說明自然氣管道冰堵的發(fā)生過程和解堵措施

的應(yīng)用，為自然氣管道運(yùn)行中冰堵現(xiàn)象的預(yù)防和解除供應(yīng)理論指

導(dǎo)和技術(shù)支持。

由于進(jìn)入管道自然氣水露點(diǎn)較高或者新建管道內(nèi)工程遺留積

水較多，致使自然氣管道在清管作業(yè)及站場(chǎng)調(diào)壓分輸?shù)冗\(yùn)行過程

中發(fā)生了冰堵現(xiàn)象，嚴(yán)峻影響管道的平安運(yùn)行。結(jié)合西氣東輸二線

管道工程投產(chǎn)初期站場(chǎng)調(diào)壓分輸冰堵和清管作業(yè)冰堵的現(xiàn)場(chǎng)處置過

程，通過分析冰堵發(fā)生的緣由和自然氣水合物的生成機(jī)理，給出

了冰堵的預(yù)防措施及其實(shí)際應(yīng)用技術(shù)條件，得出分輸站場(chǎng)冰堵的解

堵過程。通過西氣東輸二線管道運(yùn)行過程中的典型案例分析，進(jìn)一

步說明冰堵的發(fā)生過程和解堵措施的應(yīng)用，為自然氣管道運(yùn)行中

冰堵現(xiàn)象的預(yù)防和解除供應(yīng)理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1冰堵發(fā)生緣由

1.1自然氣水露點(diǎn)

自然氣的水露點(diǎn)指標(biāo)是其飽和水汽含量的反映。天然氣水露

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點(diǎn)高，其水汽含量必定高。因此，降低自然氣水露點(diǎn)，無(wú)論對(duì)于

其管道輸送或是符合商品氣質(zhì)要求，都具有重要意義。GB50251-

2023《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：進(jìn)入輸氣管道的氣體水露

點(diǎn)應(yīng)比輸送條件下最低環(huán)境溫度低5Co此處的輸送條件是指觀洌

點(diǎn)管道自然氣的運(yùn)行工況條件，在所輸送的自然氣中含水量不

變的狀況下，隨著壓力的上升，水露點(diǎn)值也會(huì)升高，隨著壓力的降

低，水露點(diǎn)值降低,自然氣水露點(diǎn)的測(cè)量、計(jì)算和分析主要是確

定是否有游離水的存在，以進(jìn)一步推斷管道內(nèi)部是否存在形成水合

物的條件。

1.2自然氣水合物的形成

自然氣水合物是水與小分子氣體如CH4、C2H6、C3H8等形

成的一種固態(tài)結(jié)晶，其外觀像雪沫或碎冰，會(huì)堵塞管道、設(shè)備、儀

表等，形成冰堵。目前已經(jīng)發(fā)覺的水合物結(jié)構(gòu)有三種型、H型

和H型。水合物生成需滿意組分條件和熱力學(xué)條件［3］：組分條件

是系統(tǒng)中應(yīng)有肯定的水分和低分子量的氣體或揮發(fā)性液體；熱力學(xué)

條件是指肯定的溫度、壓力條件。水合物生成還與外部條件有關(guān)，

當(dāng)氣體處于紊流脈動(dòng)等猛烈擾動(dòng)中，或有結(jié)晶微粒存在時(shí)，更易生

成和長(zhǎng)大。

2冰堵預(yù)防措施

2.1氣質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求

從根本上而言，避開管道發(fā)生冰堵的最直接方法是降低管道輸

送自然氣的水露點(diǎn)，保證管道輸送的是清潔、干燥自然氣，管

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道內(nèi)無(wú)工程遺留積水。只要運(yùn)行壓力下管道內(nèi)自然氣水露點(diǎn)達(dá)標(biāo),

無(wú)游離水析出，便不具備生成水合物發(fā)生冰堵的條件。但新建管道

投產(chǎn)初期或因特殊緣由，管道內(nèi)工程遺留積水較多，管道接收的自

然氣水露點(diǎn)不達(dá)標(biāo)，在下游都不行避開冰堵問題的發(fā)生。由此

必需加強(qiáng)管道建設(shè)工程期間水試壓后的清管、干燥質(zhì)量監(jiān)管，在管

道置換投產(chǎn)過程中增加站內(nèi)設(shè)備和閥室球閥的排污、吹掃作業(yè)。

2.2加抑制劑

可將化學(xué)抑制劑（如甲醇、乙二醇、二甘醇等）噴注到管輸氣流

中以汲取氣體中的水分，從而降低水露點(diǎn)，降低水合物的形成溫度。

最常用的抑制劑為甲醇[4],甲醇易氣化，能與自然氣勻稱混合,

不需要霧化設(shè)備，注入系統(tǒng)簡(jiǎn)潔。注入的甲醇在壓力下降、溫度回

升后將重新氣化，不易在管道中形成積液。注醇量依據(jù)水溶液中

最低抑制劑的計(jì)算和甲醇?xì)庀嗾舭l(fā)量的計(jì)算得到。注醇裝置的安裝

位置:若向主干線管道注醇，裝在出站閥后壓力表接口處;若向分輸

管道注醇，安裝在計(jì)量橇后調(diào)壓橇前的壓力表接口處，可選擇臨時(shí)

拆除儀表接口，連接注醇裝置接口O

2.3提高輸送溫度

2.3.1使用加熱裝置

通過使用電加熱器、水套爐等裝置加熱所輸送的自然氣，提

高輸送自然氣的溫度，使調(diào)壓節(jié)流后自然氣的溫度仍高于水合

物生成溫度，從而防止水合物生成。這種方法也通常作為自然氣

管道凍漲的預(yù)防和治理措施。在管輸自然氣水露點(diǎn)不確定的狀況

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冰堵，且水合物一但生成，很快就會(huì)堵塞流量調(diào)整的孔眼，節(jié)流進(jìn)

一步加大，閥前后壓差增大，閥后自然氣溫度持續(xù)下降，游離水

在閥門和閥后管段內(nèi)凍結(jié)，進(jìn)一步加劇冰堵，直至完全堵塞。在

允許的運(yùn)行工作壓力下，提高分輸站場(chǎng)調(diào)壓閥后運(yùn)行壓力，削減調(diào)

壓閥前后壓差。此方法有兩個(gè)使用前提：一是不行超過調(diào)壓閥后許

可的運(yùn)行工作壓力；二是有充分的氣量允許，需先加大閥后向下游

的供氣量，提高管存量，使閥后的下游管道在較高的壓力下運(yùn)行。

降低分輸站場(chǎng)調(diào)壓閥前的運(yùn)行工作壓力，削減調(diào)壓閥前后壓差。在

管道水露點(diǎn)上升，開頭消失冰堵跡象時(shí)，準(zhǔn)時(shí)通過關(guān)閉分輸站進(jìn)站

閥或上游閥室截?cái)嚅y，利用旁通線旋塞閥進(jìn)行調(diào)整，降低工作調(diào)壓

閥前壓力，可起到降低工作調(diào)壓閥發(fā)生冰堵的風(fēng)險(xiǎn)。此方法也可作

為冰堵發(fā)生時(shí)解堵的措施之一。

此兩種方法都是盡量削減向分輸站場(chǎng)下游用戶分輸?shù)墓ぷ髡{(diào)壓

閥前后壓差，最佳效果是保持工作調(diào)壓閥前后無(wú)壓差。

2.5清管

清管的目的是清除管道內(nèi)積物、積液，只有在不能生成水合物

的壓力和溫度下，管道清管作業(yè)才是安全的。若在管道運(yùn)行壓力溫

度高于水合物生成條件下清管，清出積物、積水較少。但這并不能

表明管道內(nèi)無(wú)積液，可以說明管道的水量不是特別大，不足以在管

道內(nèi)形成比較大的水段塞。由于長(zhǎng)輸管道長(zhǎng)、管徑大，在管道的

彎頭和起伏段會(huì)產(chǎn)生側(cè)漏及管道焊接處積水，同時(shí)，管壁會(huì)有附著

的水膜，所以，在高于水合物溫度壓力下清管就很難清除管道內(nèi)的

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全部積水。

3分輸站場(chǎng)冰堵解堵過程

3.1推斷站場(chǎng)發(fā)生冰堵位置

現(xiàn)場(chǎng)通過局部分段截?cái)喾趴眨^看放空狀況來(lái)推斷冰堵的詳細(xì)

位置。分輸站場(chǎng)可從計(jì)量橇開頭放空，截?cái)嘤?jì)量橇出口閥門進(jìn)行計(jì)

量橇放空點(diǎn)火，若火炬始終比較穩(wěn)定說明未有冰堵，若火炬很快變

小，說明計(jì)量橇存在冰堵；依次關(guān)斷調(diào)壓橇出口閥進(jìn)行調(diào)壓橇的放空,

關(guān)閉出站閥放空調(diào)壓橇至出站間管段，觀看放空火炬狀況推斷是否

存在冰堵。

3.2截?cái)喟l(fā)生冰堵管段并放空

截?cái)喟l(fā)生冰堵管段，放空降低壓力，破壞水合物的平衡狀態(tài)，

使水合物開頭分解C

3.3加熱冰堵管段

3.3.1纏繞電伴熱帶

在發(fā)生冰堵管段纏繞大功率電伴熱帶，并進(jìn)行整體保溫，發(fā)生

冰堵后準(zhǔn)時(shí)關(guān)閉上下游閥門，切換至備用路，開啟電伴熱加熱，以

加速水合物分解。

3.3.2蒸汽車加熱

利用蒸汽車對(duì)冰堵管段進(jìn)行充分加熱，以加速水合物分解。蒸

汽車的加熱可采納高溫蒸汽噴射管道外壁，同時(shí)對(duì)加熱管段做封閉

空間進(jìn)行保溫的方式。

3.4高溫氣反吹冰堵管段

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對(duì)于聯(lián)絡(luò)站或分輸壓氣站可通過調(diào)整工藝，利用高溫氣反吹冰

堵管段，加速水合物分解。

3.5反向充填易發(fā)生冰堵管段對(duì)于易發(fā)生冰堵管段，如分輸

站場(chǎng)調(diào)壓橇和調(diào)壓橇后出站管段，在冰堵解除后充壓時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉

進(jìn)站閥門，將站內(nèi)壓力降至與調(diào)壓后分輸壓力相平衡，全開調(diào)壓閥,

再打開進(jìn)站閥門的旁通閥進(jìn)行調(diào)壓，避開了再次通過調(diào)壓閥調(diào)壓節(jié)

流發(fā)生冰堵。假如進(jìn)站閥門旁通不能滿意分輸量，可將站場(chǎng)上游閥

室截?cái)啵胶馍嫌伍y室至站場(chǎng)管段內(nèi)壓力，待站場(chǎng)分輸壓力與干線

管道內(nèi)壓力相平衡后打開上游閥室旁通進(jìn)行調(diào)壓并向下游分輸。

4案例分析

4.1西二線黃段站冰堵的發(fā)生

4.1.1冰堵發(fā)生過程

西氣東輸二線黃陂聯(lián)絡(luò)壓氣站（以下簡(jiǎn)稱"黃陂站'）負(fù)責(zé)接收西

二線西段中衛(wèi)站方一直氣計(jì)量調(diào)壓后向淮武線供氣。2023年1月

1日黃陂站向淮武線供氣第一路調(diào)壓管路發(fā)生冰堵，隨即開頭切換

到其次路調(diào)壓進(jìn)行供氣，但其次路調(diào)壓橇又發(fā)生冰堵，停止向淮武

線供氣，通過進(jìn)行流程關(guān)斷和緊急放空等措施解堵，恢復(fù)對(duì)淮武線

輸氣，但冰堵問題未能解決，再次停輸。

4.1.2冰堵后實(shí)行的緊急措施先對(duì)調(diào)壓橇及其后管道澆淋熱

水進(jìn)行解堵，分別進(jìn)行放空吹掃（包括用淮武線自然氣進(jìn)行反吹）,

均無(wú)法有效解堵。

4.1.3解堵過程

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推斷發(fā)生冰堵的詳細(xì)位置。通過站內(nèi)分段放空、正向和反向吹

掃，判定冰堵發(fā)生在黃陂站調(diào)壓橇工作調(diào)壓閥至出站閥門之間的管

段內(nèi)。截?cái)喟l(fā)生冰堵管段并放空。關(guān)閉調(diào)壓橇進(jìn)口閥門和出站閥門

進(jìn)行放空，降低冰堵管段壓力，水合物開頭分解。

加熱發(fā)生冰堵的閥門和管段。利用兩臺(tái)蒸汽車對(duì)第二路調(diào)壓橇和

調(diào)壓橇至出站閥間管段進(jìn)行充分加熱，加速水合物分解。在用蒸汽

車產(chǎn)生的高溫蒸汽對(duì)調(diào)壓閥、閥后發(fā)生冰堵的管段和彎頭處進(jìn)行加

熱的過程中，對(duì)所需加熱部位進(jìn)行了保溫，提高加熱效率和保證加

熱效果是使用高溫蒸汽進(jìn)行解堵的關(guān)鍵。

在第一路調(diào)壓橇及其后段10m長(zhǎng)管段上纏繞安裝特制電作熱

帶，此電伴熱帶為特別工藝制作，具有單位功率大、加熱快的特點(diǎn),

加快第一路水合物的分解。反向充填發(fā)生冰堵管段，恢復(fù)時(shí)避開

再次通過調(diào)壓閥節(jié)流。關(guān)閉黃陂站進(jìn)站閥，將黃陂站內(nèi)降壓至與向

淮武線供氣壓力相平衡，利用黃陂站進(jìn)站閥門旁通線（管徑114

mm）進(jìn)行壓力調(diào)整供氣，調(diào)壓橇上工作調(diào)壓閥保持全開，前后無(wú)壓

差，同時(shí)保證注醇裝置正常投用，恢復(fù)向淮武線供氣。

關(guān)斷黃陂站上游閥室干線截?cái)嚅y，降低閥室至黃陂站管段壓力。

當(dāng)黃陂站站內(nèi)外壓力平衡，隨即打開進(jìn)站閥門，關(guān)閉黃陂站進(jìn)站旁

通管線，轉(zhuǎn)為走站內(nèi)正輸流程，利用閥室旁通線（管徑406mm）進(jìn)

行壓力調(diào)整，向淮武線保持穩(wěn)定供氣。通過黃陂站進(jìn)站閥門的旁通

調(diào)壓供氣和上游閥室旁通線的調(diào)壓，避開了再次在易發(fā)生冰堵的

調(diào)壓橇進(jìn)行壓力調(diào)整。

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4.1.4避開再次發(fā)生冰堵的措施

鑒于目前西氣東輸二線水露點(diǎn)較高，黃陂站保持注醇裝置投運(yùn)。

在黃陂站兩路調(diào)壓橇及橇后管段纏繞大功率特制電伴熱帶，并

對(duì)調(diào)壓橇及其后段5m左右管道增加了保溫措施。

降低黃陂站調(diào)壓橇前后壓差（不大于1MPa）,在干線管道上進(jìn)行

壓力調(diào)整。先期利用上游閥室旁通線、然后利用上游站場(chǎng)南陽(yáng)站越

站旁通線閥門進(jìn)行調(diào)整，最后利用中衛(wèi)聯(lián)絡(luò)站調(diào)壓橇調(diào)整，降低西

二線東段運(yùn)行壓力至7MPa。為避開黃陂站輸量大而引起過大的

壓降，可協(xié)調(diào)黃陂站向淮武線的分輸量下調(diào)。

4.2西二線清管過程中冰堵的發(fā)生

西氣東輸二線張掖至永昌段2023年5月27日至6月1日

進(jìn)行了清管作業(yè)。張掖出站壓力6.07MPa、溫度12.8C；永昌站進(jìn)

站壓力5.66MPa、溫度4.9Co清管器運(yùn)行至里程樁KP1939km

處，消失長(zhǎng)時(shí)間停球、憋壓現(xiàn)象，清管器前后最大壓差1.25MPa。

準(zhǔn)時(shí)精確地確定