天然气水合物的危害与防止

天然气水合物的危害与防止

一、自然 气水合物

在肯定的温度和压力条件下，含水自然 气可生成白色致密的结晶固体，称为自然 气水合物(NGHnaturalgashydrate)，其密度约为0.88～0.99g/cm3。自然 气水合物是水与烃类气体的结晶体，外表类似冰和致密的雪，是一种笼形晶状包络物，即水分子借氢键结合成笼形晶格，而烃类气体则在分子间作用力下被包围在晶格笼形孔室中。NGH共有两种结构，低分子的气体(如CH4，C2H6，H2S)的水合物为体心立方晶格；较大的气体分子(如C3H8，iC4H10)则是类似于金钢石的晶体结构。当气体分子布满全部晶格的孔室时，自然 气各组分的水合物分子式可写为CH4·6H20，C2H6·6H20，C3H8·17H20，iC4H10·17H20，H2S·6H20，CO2·6H20。水合物是一种不稳定的化合物，一旦存在的条件遭到破坏，就会分解为烃和水。自然 气水合物是采输气中常常遇到的一个难题之一。

二、自然 气水合物的危害及成因

1.自然 气水合物的危害

在自然 气管道输送过程中，自然 气水合物是威逼输气管道平安运行的一个重要因素。能否生成水合物与自然 气组成(包括含水量)、压力、温度等条件有关。自然 气通过阻力件(如节流阀、调压器、排污阀等)时，自然 气压力上升，气体温度下降。温度的降低会使管路、阀门、过滤器及仪表结霜或结冰降低管道的输送效率，严峻时甚至会堵塞管道，以导致管道上游压力上升，引起担心全的事故发生，造成设备及人员的损害，从而影响正常供气。自然 气水合物一旦形成后，它与金属结合坚固，会削减管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进一步形成，进而造成管道、阀门和一些设备的堵塞，严峻影响管道的平安运行。我国某长距离输气管道，在投产后多次消失水合物堵塞。因此，讨论和争论自然 气输送过程中水合物的防治和处理，对保障自然 气管道的平安运行具有非常重要的实际意义。

2.形成自然 气水合物的条件

(1)形成自然 气水合物的必要条件

①气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水；

②有足够高的压力和足够低的温度。

管道中有水是形成自然 气水合物的必要条件之一。自然 气水合物是自然 气与水在肯定条件下形成的一种类似冰雪的白色结晶体。形成自然 气水合物的首要条件是管道内有液态水或者自然 气的水蒸气分压接近饱和状态。其次是管道内的自然 气要有足够高的压力和足够低的温度。

自然 气中水汽含量取决于压力、温度和气体的组成。在压力不变的条件下，自然 气的温度越高，气中水汽含量越大；在温度不变的条件下，自然 气中水汽的含量随压力的上升而削减；自然 气的相对分子质量越大，则单位体积内的水汽含量就越少；当自然 气中含有氮气时，水汽含量削减；而含有重烃、二氧化碳和硫化氢时，水汽含量将增大。自然 气的含水特性，可以用肯定湿度、相对湿度和水露点来表示。当湿自然 气中存在液态水分时，在管道中所形成的液滴，由于在阀门、弯头、三通等地方同管壁相碰撞成为粉末而这些液末同气体混在一起并一道流淌，黏附在管道的内表面上成为液膜，在高压低温条件下，就在管壁形成一层水合物，水合物便一层层地加厚，使管道内径变小，甚至将管道堵死。在实际生产中，脱水就是降低自然 气中的水汽含量，即降低自然 气的水露点。水合物形成的临界温度是水合物可能存在的最高温度，高于此温度，不论压力多高，也不会形成水合物，表4-4是气体生成水合物的临界温度。表4-4不同气体形成水合物的临界温度

气体CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10CO2H2S临界温度/℃21.514.55.52.51.01029

(2)形成自然 气水合物的帮助条件

自然 气流速和方向转变是形成自然 气水合物的帮助条件，如弯头、阀门、孔板和其他局部阻力大的地方，因压力的脉动、流向的突变，特殊是节流阀、分别器入口、阀门关闭不严处及压缩机出口等处气体节流的地方，由于焦耳一汤姆逊效应而使气体温度急剧降低，会加速水合物的形成。

三、预防自然 气水合物的方法

(一)自然 气水合物的预防

形成自然 气水合物需要有足够的高压、低温柔游离水。长距离输气管道防止水合物生成的措施主要有两方面：一方面除去自然 气中携带的水分，使其水蒸气分压降低到不能生成水合物的水平；另一方面是清除自然 气管道中的存水。目前，高压自然 气管道在敷设施工结束后都要采纳水压试验，投产前彻底清除管道残留的水并进行干燥是防止生成水合物和避开管道腐蚀的必要措施。

由于水合物是一晶状固体物质，且极易在自然 气管道的阀门、分别器入口、管线接头及三通等处形成，从而造成水合物堵塞，影响自然 气管道的平安运行和正常输送。因而，必需实行措施防止其形成，依据水合物的形成条件，自然 气中饱和着水汽是形成水合物的内因，温度和压力的变化是形成水合物的外因，防止水合物形成主要从形成水合物的内因、外因两方面考虑。

为预防自然 气管道中水合物的形成，主要实行以下方法：

①自然 气进入输气管道之前应进行充分脱水，使自然 气水露点低于管线四周介质最低温度5～7℃，这是预防形成水合物及冰堵的根本方法。

②自然 气进入输气管道时应进行必要的监督、检测，由供气方定期供应气质化验单(内容有自然 气露点、水分、自然 气成分等)，防止水及污物的进入。

③向输气管道中添加化学反应剂，汲取自然 气的水分，降低自然 气的水露点。

④在输气管道的自然 气入口处应安装除液器，并适当缩短除液器、分别器排水、排污周期。

⑤场站的调压阀、分别器、除液器等易产生冰堵部位加电伴热或水加热。

(二)自然 气净化脱水

常用的自然 气脱水方法有三类：低温分别、固体干燥剂吸附和液体汲取。

1.低温分别脱水

高压自然 气经过节流膨胀造成低温，使水分别出来。这种方法适于高压气田，高压自然 气节流降压后仍高于输气所需的压力，温度降低脱水后不至于生成水合物。

为了彻底防止水合物，对降低露点及除水要求高的状况，有的在低温分别后还要进一步加入甲醇、乙二醇等水合物抑制剂。

2.固体干燥吸附脱水

利用多孔性的固体干燥吸附自然 气中的水蒸气，常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、分子筛等。干燥剂吸附饱和后进行再生，然后重复使用。

3.液体汲取脱水

常用的吸附剂有二甘醇、三甘醇等。在汲取塔中吸附剂与自然 气接触，吸水后稀释，进入再生塔中蒸发出水分，再重复使用。自然 气被脱水干燥。

各种脱水方法都有其特点和