２ ８ ３ ４ ３ ６ ３ ０ ２ ９ １ ８ １ ０ ４ ３
Ｈ Ｃ Ｎ→Ｈ＋ ＋ Ｃ Ｎ－ Ｈ Ｓ Ｃ Ｎ→Ｈ＋ ＋ Ｓ Ｃ Ｎ－
·Ａ３ ３ ·
第３ ０卷 第 １ ２期
２ ＋ Ｆ ｅ ＋ ２ Ｈ＋→Ｆ ｅ ＋ Ｈ ２
煤 气 与 热 力
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力管道输送至电厂及附近村镇使用， 产生了较好的 经济效益及社会效益。目前我国煤层气加压输送工 程实例中， 一般压力不是很高， 距离也较短。重庆松 藻矿区煤层气集输管道， 设计压力为 ２ ． ５Ｍ Ｐ ａ ， 运行 压力 为 ０ ． ８Ｍ Ｐ ａ ， 煤层气中 Ｃ Ｈ ４ 体积分数大于 ３ ０ ％。自投产运营以来， 每年都要花大量的人力物 力进行管道的疏通工作。２ ０ ０ ９年 ６月—２ ０ １ ０年 ５ 月， 松藻矿区有逾 １ ０条集输气支（ 干） 管发生多次 不同程度的水堵、 灰堵、 水合物堵塞现象。从统计结 果可知， 水合物的堵塞最为严重， 堵塞也最频繁， 特 别在冬季堵塞现象尤为突出。表 １为重庆松藻矿区 某集输气支管堵塞情况统计。
＋ － Ｓ Ｏ Ｈ Ｏ→Ｈ Ｓ Ｏ Ｈ Ｓ Ｏ ２＋ ２ ２ ３ → Ｈ ＋ ３ ＋ － Ｃ Ｏ Ｈ Ｏ→Ｈ Ｃ Ｏ Ｈ Ｃ Ｏ ３ ２＋ ２ ２ ３ →Ｈ ＋ ＋ － Ｈ Ｓ Ｈ Ｓ →Ｈ ＋ ２
． ３ ２× 达到扩建生产能力后， 煤层气抽采量将达到 ４
８ ３ １ ０ ｍ 以上。每年约有 ５ ０ ％ 左右的煤层气通过压
２ ０ ０ ９年 ６月 ２ ０ ０ ９年 ７月 ２ ０ ０ ９年 ８月 ２ ０ ０ ９年 ９月 ２ ０ ０ ９年 １ ０月 ２ ０ ０ ９年 １ １月 ２ ０ ０ ９年 １ ２月 ２ ０ １ ０年 １月 ２ ０ １ ０年 ２月
０ ． ７ ０ ． ９ ０ ． ６ ０ ． ７ ０ ． ７ ０ ． ８ ０ ． ８ ０ ． ６ ０ ． ７
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ａ ｇ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄｍ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ ｇ ａ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉ ｐ ｅ ，ｔ ｈ ｅｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ａ ｇ ｅｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｓ ａ ｒ ｅａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄｗ ｉ ｔ ｈａ ｎｅ ｘ ａ ｍ ｐ ｌ ｅ ．Ｉ ｔ ｉ ｓ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄｏ ｕ ｔ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅｍ ａ ｉ ｎｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｃ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅ ｐ ｉ ｐ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ａ ｇ ｅ ａ ｒ ｅ ｔ ｅ ｒ ｒ ａ ｉ ｎ ，ｄ ｕ ｓ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ，ｇ ａ ｓ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ，ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ，ｐ ｉ ｐ ｅ ｄ ｉ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄｆ ｌ ｏ ｗｒ ａ ｔ ｅ ．Ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｅ ｄｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｒ ｅｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄｔ ｏｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇａｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｂ ｌ ｅｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ａ ｇ ｅｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｃ ｈ ｅ ｍ ｅ ． Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄｍ ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ ； ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ； ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ａ ｇ ｅ ； ｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
２ ］ 用等提供重要的天然气替代能源 ［ 。然而， 在利用 过程中还存在一些问题， 针对这些问题进行分析研
究有利于煤层气的推广利用。 随着井下煤层气开采利用规模不断加大， 煤层 气采用压力管道输送至城市利用的工程越来越多。 例如， 抚顺矿务局至沈阳市的煤层气集输管道， 以及 调兵山市至铁岭市的煤层气长距离集输管道都已建 成， 并安全运行； 沁水煤田至晋城市区的煤层气集输 ３ ， ４ ］ 管道正在建设中 ［ ； 此外， 许多大型矿区煤层气的 中、 短距离压力管道输送也已相当普遍。在采用压 力管道输送煤层气时， 由于煤层气含杂质较多、 管道
经过地区地形复杂、 运行压力高、 冬季气温低等原 因， 使得管道频繁堵塞， 造成终端用户供气量不足、 供气中断， 严重影响了用户的正常用气。本文以重 庆松藻矿区为例， 对管道堵塞原因进行分析并提出 一些行之有效的防治措施， 以求对煤层气的广泛利 用有所帮助。 ２ 管道堵塞状况 重庆松藻矿区位于渝、 黔两省交界的綦江县赶 水、 打通、 石壕、 安稳境内， 矿区地质构造为二叠系乐 平煤系龙潭煤组， 共含煤 ９～ １ ２层， 属中灰 －高灰、 富硫 － 高硫、 低磷的无烟煤， 各矿井煤层气含量均很 高， 涌出量大， 给矿井生产带来了重大安全隐患。矿 区煤层气的抽采始于 １ ９ ６ ９年， ２ ０ ０ ８年抽采量达到
第３ ０卷 第 １ ２期 ２ ０ １ ０年 １ ２月
煤气与热力
Ｇ Ａ Ｓ＆Ｈ Ｅ Ａ Ｔ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ０Ｎ ｏ ． １ ２ Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ ０
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燃气输配与储运
１ 概述 煤层气是在煤炭开采过程中， 由于煤体减压， 从
１ ］ 煤体中释放出的可燃性气体， 是一种混合气体 ［ ，
４ 防治措施 目前煤层气大规模工业化利用程度还不高， 该 领域的探索研究还在进行， 国内运营的煤层气管道 也不多， 对于煤层气加压输送管道堵塞问题的防治 措施， 多数是借鉴天然气管道的处理方法， 在煤层气 集输管道领域还没有形成较成熟、 较完善的处理措 施， 深入研究煤层气管道堵塞原因， 制定合理的解决 措施， 对保证煤层气大规模开发、 高效连续供应有十 分重要的意义。 ① 提高煤层气的净化程度 煤层气是一种伴生资源， 其主要组分与天然气 相近， 但不等同于天然气， 它在抽采的过程中混入了 大量的杂质、 灰分及有害气体， 特别是小粉尘颗粒在 管道输送中很容易沉淀， 造成堵塞， 有必要在输送之 前对杂质进行处理。但就现有技术和条件看， 还不 可能彻底清除煤层气中的杂质和有害气体， 只能逐 步提高标准， 加大技术改造的投入， 这样做虽然增加 了一部分造价， 却能减少维修的成本， 符合长远利 益。事实证明在集输管道上适当增加过滤装置， 能 有效降低灰堵的次数。 ② 加注水合物抑制剂 煤层气集输管道堵塞最大的危害是水合物， 也 是最不容易处理的堵塞问题， 加注水合物抑制剂是 目前防治水合物形成的主要措施之一， 也是比较行 之有效的方法之一。水合物的防治效果与煤层气输 送温度、 抑制剂的种类、 药剂投加量、 加注时间和加
组分为 Ｃ Ｈ 、 Ｎ 、 Ｏ 、 Ｃ Ｏ 、 Ｓ Ｏ 、 Ｈ Ｓ 。煤 ４ ２ ２ 及少量的 Ｈ ２ ２ ２ ２ 层气作为煤的一种伴生资源， 属清洁能源， 而且热效 率高。与燃煤相比， 煤层气燃烧的灰分排放量为燃 煤的 １ ／ １ ４ ８倍， Ｓ Ｏ ／ ７ ０ ０倍， Ｃ Ｏ ２ 排放量为燃煤的 １ ２ 排放量为燃煤的 ３ ／ ５倍。由于其主要组分为 Ｃ Ｈ ， ４ 与天然气的主要组分极为相近， 所以它是常规天然 气最现实可靠的补充或替代能源， 可以为工业和民
８ ３ ８ ３ ２ ． ２ ３× １ ０ ｍ， ２ ０ ０ ９年达 ２ ． ４ ０× １ ０ ｍ； ２ ０ １ ４年矿区
堵塞 次数 ／ 次 １ ２ ０ 放空 放空 放空 解决措施
压力 ／ 温度 Ｍ Ｐ ａ ／ ℃ ０ ． ８ ０ ． ８ ０ ． ９ １ １ １ ９ ２ ４
３ 管道堵塞原因分析 ① 地形的影响 松藻矿区所在位置处于高山地区， 区内地势复 杂， 地形崎岖， 集输管道极不平直， 具有高差大、 转弯 多的特点。在设计及敷设管道时不可避免形成 Ｕ 形谷， 在这种地形特征的环境中， 煤层气携带的液体 和管道中的凝析液很容易在管道 Ｕ形谷低洼处或 者在针形阀处聚集， 造成水堵。 ② 粉尘颗粒的影响 由于煤层气中含有大量的粉尘颗粒， 在管道内 流动的过程中， 遇到转角或管道的断面变化流速锐 减， 颗粒会慢慢沉积下来， 久而久之造成管道堵塞。 此外， 煤层气内含有的大量粉尘会加速其所含水蒸 气的凝结， 特别是经过温差较大地段时， 煤层气内的 粉尘就成了最好的凝结核， 促使水蒸气凝结吸附在 管道内壁， 凝结的液滴又会去吸附煤层气中的粉尘， 使大量的粉尘黏结在管子内壁， 周而复始造成管道 堵塞。管道内流速的变化还容易产生局部节流降 温， 为水合物的形成提供了便利条件， 水合物一旦开 始形成， 就会减少管道的过流面积、 产生节流效应， 进一步加速水合物的形成， 最终可能堵塞管道， 造成 管道憋压引发事故。 ③ 煤层气组分的影响 松藻矿区的煤质硫分普遍较高， 煤层气中含有 大量的酸性气体如 Ｓ Ｏ 、 Ｈ Ｓ 、 Ｈ Ｃ Ｎ 、 Ｃ Ｏ 、 Ｈ Ｓ Ｃ Ｎ ， 煤层 ２ ２ ２ 气中的水蒸气在流动中随着流态和环境温度的变化 会在管道内壁凝析成一层亲水膜， 形成类似于原电 池腐蚀条件， 这些酸性气体在管道上冷凝的水溶液 中发生电离， 产生电化学反应， 化学反应式为：
基金项目：国家自然科学基金项目（ ５ ０ ９ ２ １ ０ ６ ３ ， ５ ０ ７ ０ ４ ０ ３ ９ ） ； 重庆市杰出青年基金项目 （ Ｃ Ｓ Ｔ Ｃ ２ ０ ０ ９ Ｂ Ａ ６ ０ ４ ７ ） ； 重庆大学 研究生科技创新基金项目（ ２ ０ ０ ８ ０ ２ Ｂ １ Ｂ ０ ０ １ ０ ２ ８ ９ ）
表１ 重庆松藻矿区某集输气支管堵塞情况统计 运行 时间 大气 堵塞 次数 ／ 次 １ ０ ２ ０ １ ２ ２ ４ ３ 放空 放空 放空 放空 放空 放空 放空及通球 放空及通球 放空及通球 解决措施