分輸站防凍防腐

分輸站管道防凍與防腐天然氣分輸站冰堵的成因及防治冰堵的成因冰堵的防治對策冰堵的處理方法冰堵的成因冰堵的形成較復(fù)雜，總的來說可以分為兩種情況，其一是管道中存在大量的水，在低溫環(huán)境下凍結(jié)成冰；其二，天然氣水合物的形成天然氣形成水合物必須具備以下條件：(1)具有能形成水合物的氣體分子，如小分子烴類物質(zhì)和硫化氫、二氧化碳等酸性組分；(2)有液態(tài)水存在，天然氣溫度必須低于露點(diǎn)；(3)具有足夠高的壓力和足夠低的溫度；(4)其他輔助條件：如氣體壓力波動、流速和流向突變產(chǎn)生的攪動和晶體的存在等。冰堵的防治對策（1）及時排污預(yù)防；根據(jù)氣質(zhì)情況制定分離器、過濾器、匯管等設(shè)備的排污頻次，尤其是在寒冷季節(jié)來臨前，及時地排出工藝管線、閥門和裝置中存在的液態(tài)水，儀表閥和引壓管通過儀表閥的排污口排出液態(tài)水。但是這種方法不能完全的防止低溫下水合物的形成（2）減小運(yùn)行過程中壓降；輸氣場站降低調(diào)壓系統(tǒng)上游的壓力，減小調(diào)壓系統(tǒng)中天然氣的壓降，可以減小天然氣溫度下降幅度，是防止調(diào)壓系統(tǒng)冰堵較為有效地方法。但是在通常情況下，降低上游壓力，會影響干線管道的輸送能力，所以降低上游壓力也是有局限性的。如果下游分輸管道具備一定的儲氣調(diào)峰能力，適當(dāng)提高下游分輸壓力且間歇輸送，既滿足了下游用戶的天然氣用量需求，又降低了調(diào)壓橇分輸時的前后壓差，從而避免調(diào)壓橇后的天然氣溫度過低而產(chǎn)生冰堵。

（3）提高天然氣的運(yùn)行溫度；提高天然氣的溫度能有效防止水化物的形成，在輸氣站場中通常采用加裝電伴熱來提高天然氣或工藝設(shè)備的溫度。在天然氣分輸場站對容易發(fā)生冰堵的設(shè)備或管線加裝電伴熱是最常見的防止冰堵的方式，比如對調(diào)壓閥及調(diào)壓閥的引壓管加裝電伴熱并用阻燃型保溫材料進(jìn)行包裹，可以防止調(diào)壓閥和引壓管發(fā)生冰堵。這種方式在天然氣含水量不太高的情況下很有效。（4）加入化學(xué)抑制劑，抑制天然氣水化物的形成。通過加入一定量的化學(xué)抑制劑，改變水合物形成的熱力學(xué)條件、結(jié)晶速度或聚集形態(tài)，達(dá)到保持流體流動的目的。冰堵的處理方法

天然氣管道如在運(yùn)行過程中已發(fā)生冰堵現(xiàn)象，要根據(jù)產(chǎn)生冰堵的不同部位采取不同的方法解決：（1）冰堵段放空降壓，對冰堵段部位進(jìn)行放空或降壓，水合物的形成溫度隨壓力下降而降低，當(dāng)其降至低于管線內(nèi)天然氣溫度時，已形成的水合物將發(fā)生分解，達(dá)到解除冰堵的目的。（2）加熱解堵法，在已形成水合物的管段，利用熱源加熱天然氣(如電伴熱、熱水)，提高天然氣的溫度，破壞水合物的形成條件，使形成的水合物分解，并被天然氣帶走，從而解除水合物在局部管段內(nèi)的堵塞。在調(diào)壓閥指揮器或引壓管出現(xiàn)冰堵時，由于其流道直徑較小，產(chǎn)生的水化物不是很多，可采取在指揮器或引壓管上直接澆注開水的方法進(jìn)行解決。（3）流量調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)冰堵時，如果無法降低管線輸氣壓力，可臨時采取調(diào)壓閥上游球閥節(jié)流的措施，減小調(diào)壓閥前后壓差，降低節(jié)流效應(yīng)，待冰堵消失后再恢復(fù)。當(dāng)然，如果調(diào)壓計量支路滿足運(yùn)行的話，可以采取切換分輸支路的措施解決冰堵問題。（4）分離器、匯管排污管線出現(xiàn)冰堵時，可采取在線排污的方式?jīng)_開冰堵部位，切記要緩慢打開閥套式排污閥。如果條件允許，可停用分離器，待冰堵消去后恢復(fù)。（5）注人防凍劑解堵法。通過注入甲醇，利用其良好的親水性，即能吸收大量水分，減少氣體中的水分含量，使天然氣露點(diǎn)降低、水合物分解，達(dá)到解除冰堵的效果。防凍劑的選擇有機(jī)天然氣水合物熱力學(xué)抑制劑(簡稱有機(jī)防凍劑)是目前廣泛采用的一種防止水合物形成的化學(xué)劑。在天然氣中加人防凍劑后，可以改變水溶液或水合物相的化學(xué)位，從而使水合物的現(xiàn)場條件移向較低的溫度或較高的壓力范圍。常見的防凍劑有甲醇、甘醇類有機(jī)化合物。甲醇類抑制劑的優(yōu)點(diǎn)：一是甲醇適用于氣量小，季節(jié)性間歇或臨時設(shè)施采用的場合，一般在低于-25℃時優(yōu)先采用甲醇；二是沸點(diǎn)低、易氣化、易揮發(fā)，與天然氣混合均勻，不需要霧化設(shè)備，注入系統(tǒng)簡單；三是價格較低。甲醇類抑制劑的缺點(diǎn)：一是具有中等毒性，空氣中甲醇含量達(dá)到39.65mg/m3時，人在30-60min內(nèi)會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象；二是操作溫度較高時，氣相損失較多，多用于低溫場合，一般不回收；三是按經(jīng)驗(yàn)，甲醇量超過115L/h時，應(yīng)采用甘醇類抑制劑。

甘醇類抑制劑的優(yōu)點(diǎn)：一是在溫度高于-25℃并且連續(xù)注入的情況下，采用甘醇比采用甲醇更為經(jīng)濟(jì)。由于乙二醇成本低，黏度小，在液烴中的溶解度非常低，是最常用的甘醇類抑制劑；二是沒有毒性；三是氣相損失小，可回收循環(huán)使用，適用于氣量較大的場合。甘醇類抑制劑的缺點(diǎn)：一是沸點(diǎn)較高，難霧化，需保證霧狀甘醇液滴與天然氣充分混合才能防止冰堵，積液難氣化；二是低溫下黏度高，在操作溫度低于0℃時，需保證甘醇類抑制劑水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在60％～70％才能取得較好的效果。埋地管道凍脹范圍預(yù)測輸氣管道運(yùn)行過程中，天然氣經(jīng)過分輸站的分輸調(diào)壓裝置后，會在節(jié)流處快速膨脹，產(chǎn)生急劇壓降，而氣體在極短時間內(nèi)來不及與外界進(jìn)行熱交換，氣體溫度急劇降低，導(dǎo)致管道凍脹。天然氣管道凍脹治理方法主要分為改變溫度梯度、改變土壤特性、移除水分和約束抑制等4類。對管道周圍土壤凍脹范圍進(jìn)行預(yù)測，有利于在管道設(shè)計、建設(shè)期間針對性地提出凍脹治理措施，減少管道運(yùn)行維護(hù)成本的同時，能夠更好地保證管道的安全運(yùn)行。2012年，熊寅銘等工程師根據(jù)1970年Browning提出的凍脹半徑預(yù)測模型對管道凍脹范圍進(jìn)行了計算與預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與西氣東輸鄭州分輸站實(shí)際凍脹數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)基本吻合。因此，熊寅銘等工程師得出管道凍脹范圍的結(jié)論：（1）將管道凍脹近似為軸對稱問題，考慮天然氣管道分輸站土壤凍結(jié)過程中的相變和傳熱，求得凍結(jié)時間與凍脹半徑的關(guān)系曲線，其與現(xiàn)場實(shí)際吻合較好。修正的Carslaw-Jaeger模型計算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際情況有一定偏差。凍脹半徑的增長值隨時間推移而快速下降，在凍結(jié)時間達(dá)到一個月后，凍脹半徑增加的速度相比于凍脹初期變得非常緩慢，約為初始速度的1/20。（2）基于現(xiàn)場實(shí)際條件的復(fù)雜性，凍結(jié)半徑通常難以按照理想狀況增長并達(dá)到最大值。算例計算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際存在偏差，因此，需要綜合考慮管道周圍環(huán)境后分析凍結(jié)半徑。分輸管道凍脹力學(xué)分析負(fù)溫天然氣分輸管道周圍土壤凍結(jié)可能引起凍脹效應(yīng)，使管道在凍脹荷載作用下發(fā)生變形。通過分析土壤凍脹對管道產(chǎn)生的力和位移分布規(guī)律，可以判斷管道抬起時最大彎矩、應(yīng)力的出現(xiàn)點(diǎn)以及管道的安全性。Nixon根據(jù)由于土壤凍脹作用而引起的管道上抬力的控制因素，利用管道凍脹上抬力計算模型和管一梁方程建立了管道受土壤凍脹作用的管道內(nèi)力、位移計算模型。在凍脹力學(xué)模型中，凍土舉升力的變化規(guī)律是一個重要課題。。為了確定凍土的舉升力，Nixon和Liu等進(jìn)行了一系列中等尺寸管道的實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果表明：舉升力是管道垂直位移的函數(shù)，達(dá)到一個峰值后，在大位移時減小到一個殘余值。2011年李鍇等工程師利用Nixon的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對計算模型進(jìn)行了驗(yàn)證，證明了該模型的合理性。而后又利用該模型對西氣東輸鄭州分輸壓氣站分輸用戶燃?xì)夤艿赖臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，結(jié)果表明：當(dāng)抬起量為30mm，即相鄰?fù)寥赖牟痪鶆騼雒浟窟_(dá)到60mm時，管道處于安全狀態(tài)分析結(jié)論利用管道凍脹上抬力計算模型和管一梁方程建立了管道受土壤凍脹作用下管道內(nèi)力和位移計算模型，利用Nixon數(shù)據(jù)對計算模型的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。該模型可用來計算管道因凍脹上抬時受到的彎矩、剪力等力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，對管道抬起時最大彎矩、應(yīng)力的出現(xiàn)點(diǎn)進(jìn)行初步判斷，并用以判斷管道的安全狀況利用該模型對西氣東輸鄭州分輸壓氣站分輸用戶燃?xì)夤艿肋M(jìn)行計算，結(jié)果表明：對于降壓分輸?shù)囊话愕囟蔚蜏芈竦毓艿?，即使土壤發(fā)生了一定程度的凍脹，管道仍是安全的。這是由于管道軸向應(yīng)力主要由兩部分組成：埋地低溫分輸管道受均勻溫度拉應(yīng)力作用，當(dāng)臨近土壤發(fā)生不均勻凍脹時，管道同時受彎曲應(yīng)力作用。鋼管具有較強(qiáng)受拉能力，故在大部分情況下分輸站埋地管道是安全的。但地面和埋地管道結(jié)合部位需要謹(jǐn)慎對待，閥門離開基座可能破壞法蘭連接部位。冷凝水管道的防腐

天然氣分輸站場的主要功能之一是將干線輸送的高壓天然氣經(jīng)過減壓后向下游用戶分輸。高壓氣體經(jīng)過調(diào)壓橇后，由于壓力變化導(dǎo)致氣體溫度急劇下降，在濕度較大的環(huán)境條件下，管道外壁經(jīng)常聚積大量的冷凝水(或結(jié)霜)，防腐層因長期遭受侵蝕而起泡甚至脫落，導(dǎo)致管道迅速銹蝕，往往l～2年就需要進(jìn)行防腐大修，給管道安全運(yùn)行帶來隱患。因此，研究在管道不停輸情況下，易析冷凝水管段的防腐技術(shù)和方法，對于解決管道運(yùn)行中遇到的實(shí)際問題十分必要。1.帶冷凝水管道的防腐問題當(dāng)管道表面存在冷凝水時，防腐涂層無法直接涂裝，需要將管道停輸，在干燥的條件下進(jìn)行涂裝。在涂裝防腐涂層之前，要求管體表面除銹質(zhì)量達(dá)到Sa2.5級，現(xiàn)場作業(yè)條件限制，除銹等級很難達(dá)到要求，防腐質(zhì)量難以保證。涂敷于管壁的涂層吸水后易膨脹，附著力降低，防腐層失效快。2.帶冷凝水管道防腐層的選用通過調(diào)研和現(xiàn)場試驗(yàn)，將粘彈體防腐材料用于輸氣站場帶冷凝水管道的防腐，防腐層由粘彈體防腐膠帶+PVC外保護(hù)帶組成。粘彈體防腐膠帶與管體表面直接接觸，纏繞在管體表面，起到防腐和阻止水汽侵入的作用。外保護(hù)帶纏繞在粘彈體防腐膠之外，在提高防腐層強(qiáng)度的同時，起到抗紫外線的作用。根據(jù)油氣田地面管道和設(shè)備的涂色標(biāo)準(zhǔn)，選擇外保護(hù)帶的顏色。粘彈體防腐材料的施工方法和步驟

（1）管體表面處理。在溫度和空氣濕度均達(dá)到施工要求的條件下，用機(jī)械除銹設(shè)備(電動角磨機(jī))清除管體表面浮銹，除銹等級達(dá)到ST2。除銹后，采用熱吹風(fēng)機(jī)對管體表面進(jìn)行干燥處理。（2）纏繞粘彈體防腐膠帶。在已完成表面處理的管段纏繞一層粘彈體防腐膠帶，其端部與原涂層搭接長度不小于50mm。從端部向。邊順序纏繞，防腐膠帶接頭部位的最小搭接長度為10mm。纏繞粘彈體防腐膠帶時，不必保持較人的張力，用手壓緊膠帶邊緣和搭接部位即可。對于閥門法蘭等連接處的防腐作業(yè)，可使用防腐膏將連接螺栓處填平整，再用粘彈體防腐膠帶進(jìn)行包覆處理。（3）纏繞外保護(hù)膠帶?；咀鳂I(yè)方法與粘彈體防腐膠帶施工相同，但纏繞外保護(hù)膠帶時要保持一定張力，接頭部位的搭接量為50％，防腐管段兩端分別露出l～2mm，不纏繞外保護(hù)膠帶。（4）質(zhì)量檢查。粘彈體防腐膠帶和外保護(hù)膠帶安裝的質(zhì)量要求：表面平整，搭接均勻，無氣泡、皺褶和破損。

3.應(yīng)用效果與成本2008年9月，西氣東輸管道公司分別在滁州、長鋁等分輸站場，應(yīng)用粘彈體防腐材料對調(diào)K橇的地面管道進(jìn)行防腐層大修，并于2010年3月對該防腐層進(jìn)行剝離驗(yàn)證。結(jié)果表明：粘彈體防腐材料與管體表面粘接牢固，防腐層內(nèi)無水分侵入，無銹蝕，防腐層防腐效果顯著。粘彈性材料用于分輸