煤層氣管道輸送遇到的問題與措施分析

牛靖 楊超(中石油煤層氣有限責任公司，北京 100028)

煤層氣管道輸送遇到的問題與措施分析

牛靖 楊超(中石油煤層氣有限責任公司，北京 100028)

煤層氣多吸附在煤層孔隙表面，為非常規型自生自儲天然氣，水文條件、煤層壓力、煤層厚度及煤層埋深等因素均可對煤層氣的富集成藏過程產生影響，煤層氣的可燃組分主要為甲烷，低熱值為16.0MJ/Nm～19.7MJ/Nm。煤層氣屬于新型清潔氣體能源，純度及熱值均較高，且燃燒時無油煙，具有污染小或無污染的特點。我國正在積極推進煤層氣的開發利用進程，以降低礦井中的煤層氣含量及防止氣體爆炸，同時減少溫室效應。本文分析了煤層氣管道運送遇到的問題與措施，旨在有效挖掘煤層氣的開發利用潛力。

管道；煤層氣；問題；輸送

天然氣是支撐我國經濟、社會發展的重要能源，由于天然氣的需求量較大，目前已經形成供需缺口，開發及使用煤層氣是緩解供需缺口的有效途徑。我國可采的煤層氣總量約為35萬億m3，主要分布于東部地區或中部地區，開發煤層氣不但可以有效緩解天然氣供需矛盾，還能為煤礦企業的安全生產、潔凈能源的持續供應、能源結構的優化調整及能源行業的健康發展提供有利條件[1]。為了確保煤層氣能源可以得到充分利用，不但要采用先進完備的技術裝備勘探及開發儲層中的煤層氣，同時要采取有效的措施及時解決管道輸送中遇到的問題。

1 問題

在長期的儲運實踐中發現，采用管道輸送煤層氣時可遇到泄漏問題、爆炸問題及堵塞問題。（1）泄漏問題。在沖刷山坡、河道及潮濕土壤中敷設輸送管道，可造成管道出現機械損傷或嚴重腐蝕問題，進而引起管道穿孔及煤層氣泄漏。管道中的水分可腐蝕管壁，引起管道穿孔及泄漏；在防腐層嚴重老化時，也會出現泄漏問題[2]。此外，管道接頭的密封性不達標也是引起泄漏問題的重要原因。（2）爆炸問題。管輸煤層氣前需要進行加壓處理，經過壓縮處理后氣體的溫度通常會上升至100℃左右，再加上管道中存在大量氧氣，如壓力、溫度超過輸送爆炸極限，就可能引起管道爆炸問題，對管輸安全構成嚴重威脅。（3）堵塞問題。煤層氣中的粉塵顆?？稍诠艿懒魉黉J減時慢慢沉積，粉塵顆粒還會成為凝結核，導致管道內壁形成液滴，液滴可吸附粉塵，造成粉塵黏結及管道阻塞。

2 措施

2.1 泄漏解決措施

為有效解決泄漏問題，可采用以下措施。首先，可以采用水土防護技術保護管道，避免外力對管道造成嚴重機械損傷。如在坡度＞7°的山坡中敷設管道，可在山坡中設置用于涵養雨水的消能臺階，避免向下流動的雨水直接沖刷管溝及管壁。如山坡較為陡峭，可采用夯實素土及堆砌裝土草袋等方法防護管道。對于容易受到泥石流或山洪沖刷的管道，應采用螺紋鋼筋與混凝土澆筑箱涵，或利用擋土墻及漿砌護坡保護管道，同時鋪設漫水公路保護敷設在河道中的管道。其次，可采用陰極保護法減緩土壤對管道的腐蝕速率[3]。陰極保護指的是利用補充電子的方法保護管道中的金屬構件，將金屬構件中的腐蝕電流降為零。陰極保護包括外加電流保護與犧牲陽極保護兩種形式，對于大口徑的長輸管道，宜采用外加電流保護形式。對于防腐層失效或老化的管道，應及時更換；同時利用三甘醇、甲醇及乙二醇等吸收管道中的水分，或采用干空氣吹掃管道。此外，可在PVC管道中應用可伸縮螺紋緊固接頭，以減少密封泄漏問題?？缮炜s螺紋緊固接頭具有安裝便捷、密封嚴密的特點，每個接頭的安裝時間約為10min，在工作壓力達0.039MPa時可保證接頭無泄漏。

2.2 爆炸解決措施

壓力及溫度可對爆炸極限產生影響，降低壓力及溫度可以減小管輸過程中的爆炸風險，但降低壓力或溫度時可造成輸送工藝無法達標，還會影響輸送量，因此在解決爆炸問題時不宜選用降壓或降溫法。為降低管輸過程中的爆炸風險，可采用PSA工藝分離煤層氣中的甲烷組分、氧氣組分及氮氣組分，以提高煤層氣中的甲烷含量，保證甲烷含量處于穩定狀態，同時減少氧氣組分。在甲烷含量為90%～95%時，可以明顯提升煤層氣爆炸上限，同時能保留安全裕度，有效防止煤層氣爆炸。在降低爆炸風險及保障輸送安全的同時，煤層氣的長輸價值、熱值也會隨之提高[4]。

2.3 堵塞解決措施

從井下抽采出的煤層氣中含有大量灰分、雜質，直接輸送可引起粉塵顆粒沉積與管道阻塞，因此輸送前要對煤層氣進行凈化處理，或將過濾裝置安裝在管道中，以減少粉塵顆粒及灰堵次數。對于容易沉積粉塵的管道部位，應定期清掃，清掃周期應視壓差變化與管輸效率而定?？砂惭b排水附件，注意利用排水附件放水，確保液滴形成后能夠及時排出管外，防止粉塵顆粒不斷沉積及避免污水流向下游管道。為防止水合物堵塞管道，可根據煤層氣的輸送溫度、輸送壓力等工況條件選擇抑制劑，如乙二醇等。但管徑較小時容易出現水合物或水堵問題，因此在設計管徑時應綜合考慮管道的攜液能力、輸送壓力及輸送流量，合理設計管徑。

3 結語

綜上，采用管道輸送煤層氣是確保清潔能源實現商業化與產業化開發的重要條件，為了有效輸送煤層氣，應積極建設集輸管網，同時明確煤層氣的管道輸送特點與遇到的問題，采用可行的、合理的、科學的方案解決問題，不斷探索新的管道輸送工藝，統一管道輸送思路、方法及標準，制定能夠提升管道輸送品質的管理措施。此外，可以綜合利用公開信息、學術會議、專家咨詢與技術服務等手段高效解決遇到到管道輸送問題，確保煤層氣這一新興產業能夠為社會發展帶來環境效益、安全效益與能源效益。

[1]任玉鴻,吳夢雨.頁巖氣地面集輸系統評價軟件開發與應用[J].石油工業技術監督,2015(12)∶50-54.

[2]蔣金辰,趙博,王國榮,等.一種新型煤層氣旋轉控制頭旋轉總成的溫升影響因素分析[J].中國安全生產科學技術,2016,12 (3)∶42-48.

[3]郭晨.黔西比德—三塘盆地獨立疊置含煤層氣系統垂向分布與煤儲層吸附—滲流特征[J].天然氣地球科學,2015,26(1)∶168-179.

[4]孟艷軍,湯達禎,李治平,等.高煤階煤層氣井不同排采階段滲透率動態變化特征與控制機理[J].油氣地質與采收率,2015, 22(2)∶66-71.