当前位置: 数据库免费下载入口 > 维普免费账号入口 > 正文

【论文精选】调压站冻堵的影响因素及应对措施

2019-02-03 14:11 1

作者:高慧明,福鹏

第一作者单位:北京市煤气热力工程设计院有限公司

摘自《煤气与热力》2017年4月刊

1概述

随着能源结构调整、天然气消费领域的不断扩大,北京市天然气进入了高速发展时期。但是,随着天然气供应规模的不断扩大,冻堵问题发生的频率越来越高。近几年来,冬季采育、通州门站因为下游用气需求增大,导致压差增加,调压器温降加大,天然气出口温度不断降低,直接影响六环路沿线各调压站,出现冻堵、站内设备管道严重结霜甚至部分管道发生位移等影响,严重影响安全运行。

为了分析不同气质条件下水合物生成的可能性,指导实际运行调度中对气源的控制,从而更好地保障管网安全运行,笔者针对陕京二线气源和大唐煤制气气源分别进行水合物生成分析,本文研究的冻堵表现为缓霜、结冰、水合物堵塞。

2   冻堵的原因、危害及影响因素

①调压站冻堵的原因

天然气经过调压器节流

[1]

,产生压力降,同时产生温度降。实验表明,压力每降低1 MPa,温度约降低5 ℃。因调压降温或环境影响,在3~5 ℃时,天然气水合物具有牢固粘贴金属的特性,导致天然气水合物在调压器内逐步聚积,进一步加大压差,形成二次降温,最终形成严重冻堵。

②调压站冻堵的危害

在天然气管道中容易形成天然气水合物的部位有阀门、管道弯曲处、管道低洼处、调压器前后、三通、流量调节阀等,天然气水合物一旦形成,将会减少流通面积,产生节流效应,加速水合物的形成,造成管道或设备的堵塞及憋压现象,引起压力和流量计量错误,严重时会造成管道的胀裂。

③调压站形成冻堵的影响因素

调压站形成冻堵的影响因素,从其形成的原因分析

[2]

,主要取决于以下5个方面。

a.气质:具有能形成水合物的气体组分,如小分子烃类物质以及H

2

S,CO

2

等酸性组分;

b.游离水:有液态水的存在,天然气温度低于天然气的水露点;

c.温度:系统温度低于水合物生成的相平衡温度;

d.压力:系统压力高于水合物生成的相平衡压力;

e.其他:如气体流速大小和流向的突变产生的扰动、压力的波动等。

3   调压系统水合物形成可能性分析

分析水合物形成的可能性,对于预防调压站的冻堵具有重要的意义。本文将以北京某高压A调压站(以下简称高压A站)为例,分析水合物形成的可能性。

①高压A站简介

高压A站工作流程见图1。高压A站调压系统的设计按照两级考虑。一级调压系统出口设计压力为2.5 MPa,一部分直接出站,输送至高压B管网;另一部分通过二级调压系统给周边地区供气。二级调压系统出口设计压力为1.0 MPa和0.4 MPa。调压系统均设置工艺旁通,以确保安全运行。高压A站调压系统调压前后运行工况见表1。

图1   高压A站工作流程

表1   高压A站调压系统调压前后运行工况

②气质条件

高压A站位于北京东部,主要承接陕京二线-通州门站和大唐煤制气-北石槽门站-六环来气,陕京二线和大唐煤制气组成分别见表2、表3。

表2   陕京二线气源气质组成

表3   大唐煤制气组成

③水合物生成温度计算

根据陕京二线和大唐煤制气气质组成,基于Chen-Guo水合物生成条件预测模型

[3]

,计算水合物生成曲线,如果运行工况进入水合物生成曲线左侧区域,且管道中存在游离水,则存在水合物生成可能性。

根据现场提供的3种调压流程的运行工况,计算对应调压器前压力和调压器后压力下,两种气源的水合物生成温度见表4。

表4   两种气源的水合物生成温度   ℃

④水露点计算

根据陕京二线及大唐煤制气气源气质组成,并根据现场反馈数据,得出陕京二线天然气含水量为36.30 mg/m

3

,大唐煤制气天然气含水量为36.35 mg/m

3

,根据含水量可绘制两种天然气水露点曲线。水露点曲线左侧为析水区,若工况进入该区域,天然气有析水的可能。

结合3种调压流程的运行工况,分别计算对应调压器前压力和调压器后压力下,两种气源的水露点见表5。

表5   两种气源的水露点   ℃

⑤调压器后温度计算

结合3种调压流程的运行工况,依据调压器前后的压力及调压器前温度,分别计算两种气源对应的调压器后温度见表6。

表6   两种气源的对应的调压器后温度

⑥水合物可能性分析

a.4.0 MPa调至2.5 MPa

4.0 MPa调至2.5 MPa的运行工况与水合物生成曲线、水露点曲线对比见图2。运行工况位于两种气源水合物生成区内,但并未进入析水区,不存在水合物生成的可能性。

图24.0 MPa调至2.5 MPa的运行工况与水合物生成曲线、水露点曲线对比

b.2.5 MPa调至1.0 MPa

2.5 MPa调至1.0 MPa的运行工况与水合物生成曲线、水露点曲线对比见图3。运行工况的调压器前工况处在两气源水合物生成区内,但并未进入析水区,不存在水合物生成的可能性;经过调压器调压后,对于陕京二线气源,调压器后工况在水合物生成区,但对于大唐煤制气气源,则不在水合物生成区,但二者均未进入析水区,无水合物形成的可能性。

图32.5 MPa调至1.0 MPa的运行工况与水合物生成曲线、水露点曲线对比

c.2.5 MPa调至0.4 MPa

2.5 MPa调至0.4 MPa的运行工况与水合物生成曲线、水露点曲线对比见图4。运行工况的调压器前工况处在两气源水合物生成区内,但并未进入析水区,无水合物生成的可能性;经过调压器调压后,两种气源的调压器后工况皆不在水合物生成区,且未进入析水区,无水合物形成的可能性。

图4   2.5 MPa调至0.4 MPa的运行工况与水合物生成曲线、水露点曲线对比

因水合物形成需要一定的过冷度(一般为3.7 ℃),即只有运行温度比水合物生成临界温度低3.7 ℃时,水合物才开始形成。因此,采用调压器前加热使调压器前或调压器后温度达到水合物生成临界温度的策略,可以保证调压节流后无论是否存在析水可能性,均不会存在水合物形成的可能性。

4   调压站冻堵的应对措施

①预防措施

a.气源的气质控制

在入冬前,采集天然气样本进行测试,测定其含水量,保证气体中含水量低于形成水合物的程度。因此,要求上游气源进行脱水处理,降低气体内含水量,严格控制水露点,从根本上降低天然气在管道及设备流动过程中析水的可能性。

b.安装冻堵预报警装置

水合物是逐渐形成的,不会在瞬间形成并堵塞全部管道或者设备。发生冻堵的位置通常也是变化的,与周围环境密切相关。通过在调压器后安装冻堵预报警装置,给操作人员提供报警提示,使操作人员在冻堵发生前采取有效的预防措施,及时调整系统运行参数,防止冻堵的出现。

c.增设凝水缸

为排除燃气管道中的冷凝水,在低处和阀井处设凝水缸。安装在高、中压管道上的凝水缸,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,另设有循环管,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。在管道上布置凝水缸还可以对运行状况进行观测,作为消除管道堵塞的手段。

d.强化吹扫

在管网运行中,每天对调压器、过滤器的排污阀进行启闭,实时吹出过滤器中的杂质以及少量水等,可以很好地解决由于含水造成的冻堵现象。

②解决措施

冻堵一般表现为两种:缓霜(少量水蒸气在管道内壁凝结成霜)和结冰。解决措施

[4]

主要有以下5种。

a.利用疏通工具

对于缓霜现象的处理,使用传统加热方法容易造成管道中的霜融化成水,流入管底,遇冷后结冰,处理起来更加麻烦。因为缓霜多发生在单元阀附近,建议使用疏通工具进行疏通。

b.加热保温

提高天然气温度是防止生成水合物的方法之一。在维持原来的压力状态下,使天然气温度高于气体水露点,高于水合物生成温度,可以避免水合物的生成。

加热不适用于干线输气管道,通常用于调压厂站中。提高调压器入口处天然气温度的方法,主要有管道电伴热法、涡旋先导燃气加热器法、指挥器加热器法、热交换器法等。

c.添加抑制剂

对于结冰现象,主要采用抑制剂(融冰剂)

[5]

进行处理。目前应用最为广泛的融冰剂主要有甲醇、乙二醇和三甘醇等。在处理冻堵过程中,应用最多的是甲醇,它具有降低冰形成温度的性能,能快速分解已形成堵塞的冰水混合物。

d.无损解冻技术

无损解冻技术是将电能转化成磁场能,磁场能再转化成热能的技术。将电缆带缠绕在要解冻的管道上,于是电缆形成了类似磁感应线圈的装置,线圈产生的热量由管道中心沿管道径向变化,在一定时间内将管道内部的冰融化排出,在不破坏保温层的情况下,使冻堵管道解冻恢复正常。

e.降压控制

对于一定温度和一定组成的天然气,将运行压力降至水合物生成压力以下,可有效防止水合物的生成。降压控制法是通过降低体系压力来控制水合物的生成。

5   结论

①调压站冻堵发生的主要原因是天然气经过调压器后由于节流效应产生急剧的温降,导致水合物生成,造成设备的堵塞,调压站冻堵的影响因素主要有气质、游离水、温度、压力等。

②通过高压A调压站的运行工况与水合物生成曲线、水露点曲线对比的案例分析,如果运行工况处于析水区,则管道中存在游离水,会有水合物生成的可能性。采用调压器前加热使调压器前和调压器后温度达到水合物生成临界温度的策略,可以保证调压节流温降后无论是否存在析水的可能性,均不会存在水合物形成的可能性。

③调压站冻堵可以通过对气源的气质控制、安装冻堵预报警装置、增设凝水缸、强化吹扫等方式预防,若已发生冻堵,可利用疏通工具、加热保温、添加抑制剂、降压控制等手段解决。

参考文献:

[1]徐磊.  节流对天然气输配管网产生冻堵的影响分析[J]. 化工管理,2015(14):207.

[2]胡德芬,徐立,李祥斌,等.  天然气集输管线冬季冻堵及措施分析[J].  天然气与石油,2009,27(1):21-25.

[3]陈光进,马庆兰,郭天民.  气体水合物生成机理和热力学模型的建立[J].  化工学报,2000,21(5):626-631.

[4]姚树军,张维勤,王立辉.  高寒地区燃气管道冻堵的解决措施[J].  煤气与热力,2013,33(1):B38-B40.

[5]周厚安,蔡绍中,唐永帆,等.  天然气水合物新型抑制剂及水合物应用技术研究进展[J]. 天然气与石油,2006,24(6):1-5.

维普免费下载《煤气与热力》论文(现刊和过刊均可)

日前,《煤气与热力》杂志社有限公司在维普网站开通论文免费下载服务,论文刊出后两个月后,可在维普网站查询,并直接免费下载。在维普网站免费下载《煤气与热力》论文步骤如下:

1. 在维普网站注册会员。

3. 论文免费下载界面截图见上图。点击“免费下载”,可直接下载该论文。

欢迎 发表评论:

Copyright © 2018 数据库免费下载入口 豫ICP备16000724号