节流对天然气输配管网产生冻堵的影响分析

2022-09-11

1 节流效应的概述

当气体流过管道时, 由于遇到诸如阀门、缩口等局部阻力, 压力呈现出明显的下降趋势, 这种现象就是节流。在工程上, 当气体经过流阻元件时, 时间短流速大, 没有时间与外界实现热交换, 视为绝热处理, 这种现象就是绝热节流。在实际气体节流前后, 通常会伴有一定的温度变化, 这种温度变化的现象称之为焦耳-汤姆逊效应。

2 天然气输配网产生冻堵的原因与危害

2.1 天然气输配网产生冻堵的原因

2.1.1 管道中的气态/液态水冻结成冰

在天然气管道的施工过程中, 往往会由于受到主客观因素的影响导致气态水或液态水进入到管道中, 温度降低之后, 这些水分自然冻结成冰, 造成管道冻堵。同时, 在天然气管道未投入使用之前, 需要进行管道试压, 清水试压作为目前最有效的试验手段, 虽然效果显著, 但是也为日后的管道运营留下了安全隐患。工作人员尽管对管道进行了空气或氮气吹扫, 但是并不能够全部将水分清除, 到了冬季气温降低之后, 管道内的水分冻结成冰, 形成冻堵。

2.1.2 管道中形成天然气水合物

气体水合物能够形成一种可燃气体, 即可燃冰。可燃冰是天然气在高压低温的环境下形成的, 温度要比冰点高。可燃冰的结构比较复杂, 是一个单元体的水合物, 包括甲乙丙丁烷、碳氧化物, 以及硫化氢等。在气体水合物中, 水分子通常被称之为主体分子, 而其他稳定的晶体则被称之为客体分子, 事实上, 主体分子与客体分子并没有粘接。

2.2 天然气输配网产生冻堵的危害

天然气输配网产生冻堵之后, 会造成严重的危害, 主要表现在三个方面。首先, 在存有水的天然气管道中, 天然气中的硫化氢、碳氧化物遇水生成酸性液体在管道中流动, 对管道内部造成一定的腐蚀。管道内部腐蚀不仅会威胁到管道系统的可靠性与使用寿命, 而且会引起管道事故。其次, 液态水在天然气管道中聚结, 或者在低洼转弯处聚结, 在较冷的气温下冻成冰块之后, 会对部分管道, 乃至整个管道造成堵塞, 对天然气供应管网的平衡造成严重影响, 甚至出现管网瘫痪。第三, 当天然气水合物堵塞天然气管道之后, 栓塞就会在高压管线内形成, 燃气压力成下降趋势, 进而对供气设备与其他附属设施造成损坏。

3 利用节流效应处理天然气输配管网的冻堵问题

3.1 天然气深度脱水

3.1.1 吸收法

使用吸收法对天然气进行脱水, 主要使用的反应剂是甲醇、甘醇, 以及二三四甘醇等。醇类反应剂之所以能够有效预防并分解水化物, 是因为其蒸气和水蒸气反应后能够形成溶液, 水蒸气会降低到水化物的临界点。醇类水溶液的冰点要比水的冰点低很多, 能够有效吸收水蒸气, 因而降低气体露点。此外, 在使用醇类设备时, 要配备排水装置, 及时排除吸收法应用中产生的液体。

3.1.2 吸附法

吸附法用于天然气脱水主要使用的是固体干燥剂, 诸如活性氧化铝、凝胶, 以及活性铝矾土等。吸附法使用的固体干燥剂能够把露点为0摄氏度的天然气降低-100℃的最低露点。在实际的天然气脱水工程中, 要采用两套吸附脱水装置并联的方式进行, 一套用于使用、一套用于再生。因为固体干燥剂会随着含水量的增加而降低脱水能力, 因此当脱水能力不足时, 两套装置可以更换, 进而保证脱水效果。

3.2 管路系统减压加热

民用天然气压缩需要采取一种成本低、经济实惠的方法, 而吸附法与吸收法的成本相对较高, 不够经济, 所以尽量不要使用。当前, 民用天然气压缩常用的方法是设计减压机制, 实现外部加热。这种方法需要首先确定最合理的降压级数与降压比, 使用多级降压的策略。而由于受到工程造价的影响, 最常用的是三级减压流程, 各级的降压比是相等的, 既提高了天然气吸附外界热量的能力, 又解决了冷凝液的产生问题。

为了保证天然气管道不出现冻堵现象, 天然气的加热温度T3要根据节流后的压力确定。而天然气节流后一直处于等压状态, 而且与常压较接近, 因此加热需要的功率由以下公式计算所得。

式中:W

W:加热所需功率;q:天然气质量流量;η:加热系统总功率;CP:定压比热。

4 结语

当前, 天然气输配管网的冻堵问题受到了相关部门与工作人员的高度重视, 合理解决天然气输配管网的冻堵问题, 不仅能够保证城市居民的正常能源使用, 而且还能够为城市的现代化发展提供有力条件。节流效应作为一种新型的管网冻堵处理方式, 在天然气输配管网中的应用得到了高度认可, 为天然气输配管网造成的影响是巨大而深远的, 值得相关部门进一步深入研究。

摘要：天然气输配管网是当前城市发展的重要基础设施, 近年来冻堵情况的出现造成了严重的负面影响, 加强对冻堵问题的研究与分析是一项亟待解决的事情。本篇文章从节流效应出发, 具体分析了天然气输配管网产生冻堵的原因与危害, 并提出了解决措施, 希望能够为天然气输配管网的正常运行贡献绵薄之力。

关键词：节流效应,天然气输配管网,冻堵,解决策略