冬季管道运行的输气量、水露点与甲醇注入量的分析

张志刚王洁

摘要：在天然气输送的过程中，由于含水天然气调压时会出现天然气中的液相与气相分离的现象影响正常运行。我们经过三个月的现场甲醇加注，收集原始数据，加以分析得出流量、压力和水露点、甲醇的用量关系。在这里和大家分享。

关键词：冰堵；流量；温度；压力；下游用户；甲醇

1绪论

1.1研究背景

冬季在天然气输送的过程中，由于温度、压力和湿度的变化会出现天然气中的液相与气相分离的现象，非常影响正常运行。采育分输站和永清分输站在2010年冬季就先后出现过冰堵现象，通州东站也同样处理过冰堵问题。2017年陕京四线投入运行后西沙屯站同样出现了调压冰堵现象。我们采取甲醇注入法来缓解此情况，通过现场注醇的数据分析得出甲醇量和现场运行参数的关系。在这里和大家分享。

1.2研究目的和意义

1.2.1研究目的

通过研究站场冰堵的现象并结合站内的实际注醇泵运行情况进行定量的、定型的分析。指导站场的应急运行时的甲醇用料准备和预期采购储存，为安全平稳输气提供宝贵的经验。

1.2.2研究意义

中国石油要求公司安全、平稳、足量的向北京首都输送天然气，这也是确保我们的生产目标顺利实现的强有力保障。

1.3研究内容

本文主要对中石油的输气站场特别是调压分输站和贸易计量站等存在降压功能的站场，进行冰堵时的科研分析，对产生现象是的各项参数和加入甲醇量之间的关系并通过现场检验提出可行性的理论对比关系，为今后的实际处理情况进行理论指导。

2冬季管道运行参数与甲醇注入量的分析

2.1管线冰堵的现象

输气站场管线出现冰堵时会同时出现运行参数的变化，主要从四个方面判断管线冰堵的产生，这四种现象为：1）出站流量减小；2）调压阀后压力降低；3）进站压力升高；4）调压后温度降低，调压阀出现失速报警。

分析：这是由于调压管线冰堵后，调压阀无法正常动作，冰在调压阀处越积越多，能走气的空间就越来越小，产生节流现象也就出现了流量降低的现象。由于下游用户的用气量不变，因此调压后压力不能保持设定压力会持续降低，调压系统检测出调压后压力下降就会进行开阀调节，但是调压阀本体由于冰堵阀门不能顺利打开，现场的电动头屏幕就会出现“电机失速报警”（MOTORSTALLED）。同时上游的大量天然气无法输向下游用户，被阻挡在了上游的主管线中，就出现了进站压力升高的现象。调压后压力下降，进站压力升高，压降进一步增大，就出现了调压后温度下降的现象。

2.2甲醇注入的现场数据收集情况

在调压阀前进行甲醇液体注入是缓解调压管路冰堵的应急手段和有效方法。西沙屯站为陕京三线的末站，自2017年11月21日陕京四线的高西支线建成后进行陕京四线投产运行，此时的天然气的气质含水量较多水露点高值达到了15.6℃，投产的当天夜班就出现冰堵现象，现场采用的是甲醇泵调压前注醇应急措施。解冻效果明显。21日当天19：00高峰瞬间输气量为52万立方/小时，进站压力5Mpa左右，水露点15.6℃，出站压力为3.75Mpa，从21日至25日的注醇量是按照厂家提供的理论数据3升/万方天然气。甲醇泵出口压力为4.0—6.0Mpa比进站压力稍高，每天注醇量为3744升，由于每天甲醇消耗量过大所耗费用过高，我们在保证调压阀不出现冰堵的情况下，根据水露点和瞬时流量现场进行了注入量的调整，按照3升/万方天然气的量进行加注并时刻监控进出站压力变化和阀门卡阻情况。具体的运行情况和摸索的过程大体分为三个阶段：第一阶段为参考注醇期（11月21日至12月6日），第二阶段为调整测试期（12月7日至12月25日），第三阶段为微调测试期（12月26日至1月30日停止）。

2.3甲醇量和各参数的关系分析

第一运行阶段：在保证避免冰堵的情况下，逐渐降低甲醇泵厂家建议的注醇量，根据现场参数进行调整得出相应的关系。如2017年11月25日0时，现场进站压力为4.4Mpa左右，出站供气压力设定为3.75Mpa，调压前后温差为：13.1℃，调整泵的注入压力4.5Mpa，工况平均水露点为：3.68℃，进站温度16.6℃，出站温度：3.5℃，流量为：526035立方/小时，甲醇注入量由前一天的3升/万方天然气调整为：2.28升/万方天然气。进行观察时没有出现冰堵。此后几天进站的管道压力逐渐升高，发现开始出现间断的调压阀冰堵现象，现场与油调联系相应提高出站压力来缓解一部分的调压区冰堵。

以11月25日0时到11月26日0时的24小时数据为例

测试结论：出站温度、瞬时流量和水露点的变化决定注醇量的变化。

第二运行阶段：在第一阶段的基础上逐渐减少甲醇的注入，摸索出甲醇缓解冰堵临界值，密切关注现场情况，发现冰堵立即上调注醇量。进行动态跟踪调节。如：2017年12月14日4时，现场进站压力为6.2Mpa左右，出站供气压力设定为3.52Mpa，调压前后温差为：13.8℃，调整泵的注入压力6.22Mpa，工况平均水露点为：8.3℃，进站温度12.8℃，出站温度：-1.1℃，流量为：690870立方/小时，甲醇注入量为：1.5升/万方天然气。调压区出现阀门冰堵，现场rotork执行器出现：（MOTORSTALLED）报警，排除电压欠压和电路板故障的原因，可判断为：电动机运行中因电磁功率不足以克服负载力矩而停转的现象。此时调整升高甲醇泵的注入量，逐渐从1.5升/万方天然气升高至1.8升/万方天然气再升高至2.0升/万方天然气，冰堵情况逐渐得以解决。

以12月14日0时至12月15日0时的数据为例：

测试结论：从上图中可看出注醇量跟随瞬时流量和水露点的变化而变化，而其他的运行参数（如进、出站温度和压力）对甲醇量影响不大。

第三运行阶段：定量的分析各运行参数的关系，对于11月25日0时到12月29日8时一个月的数据进行对比和分析，经查值班记录中凌晨4：00时60万/小时的瞬时流量出现次数较多，首先选定瞬时流量为60万/小时左右，只进行水露点和注醇量比较得出下图：

数据表格：

在水露点超过-10℃时可以停止甲醇注入，若水露点到达-10℃但是很不稳定且变化幅度较大时，建议维持每小时1升/万立方天然气的注入量。

测试结论：参考上图进行冰堵产生时的甲醇量进行调压前注入，这样比甲醇泵厂家给出的每小时3升/万立方天然气注入量可以节省大量甲醇，达到双增双节的目的。

2.4甲醇泵的使用

注醇泵是往复泵的一种，属于体积泵，其注醇靠泵轴的偏心转动驱动，往复运动，其吸入和排出阀都是单向阀。当泵轴外拉时，工作室内压力降低，出口阀关闭，低于进口压力时，进口阀打开，甲醇液体进入；泵轴内推时，工作室压力升高，进口阀关闭，高于出口压力时，出口阀打开，向天然气管线稳定注入甲醇液体。

注醇泵运行及停运操作

a）注醇泵运行操作

1）打开储醇罐注醇出口阀门。

2）打开注醇泵入口阀门。

3）打开注醇泵出口阀门。

4）按下启泵按钮，观察注醇泵出口压力表压力显示是否正常稳定。

注意：

运行过程中．各部件温度不得超过65摄氏度；在站场工艺区使用时，应安装防尘、防紫外线保护罩；运行平稳，不得有异响，如有异常响声，应立即停泵检查；执行停泵步骤。

对含有甲醇的甲醇泵进行操作时必须佩带防毒面罩、耐酸碱手套及护目镜等劳动防护用品。

对含有甲醇的甲醇泵进行维修时，除佩带劳动防护用品外，作业前必须使用大量清水对维修位置甲醇进行清洗。

b）注醇泵停运操作

1）按下停泵的电按钮。

2）关闭管线注醇注入口阀门。

3）关闭注醇泵的入口和出口阀门。

4）关闭储醇罐出口阀门。

注醇泵在使用过程中出现的注醇压力不稳定、运转中有冲击声、注醇量不够等现象，请查阅注醇泵维护保养说明书。

3结论

如果在掌握了冰堵的现象和处理的基础上，根据以上试验、分析得出的注醇量和水露点关系曲线，作为指导在冬季运行期间处理冰堵现象的理论依据，可以更好的达到经济、平稳、安全的输气目标。

参考文献：

[1]《输气站场运行管理规定》作者：吴庆江、延春雨、赵天浩

作者简介：

张志刚，男，出生年月：1970年9月1日毕业院校：燕山大学计算机应用专业。工作单位：中石油北京天然气管道有限公司北京输气管理处通州东分输站。

王洁，男，出生年月：1979年1月5日毕业院校：西南石油大学油气储运专业。工作单位：中石油北京天然气管道有限公司北京输气管理处通州南分输站。