一、引子

天然氣輸氣管網在冬季運行中面臨的一個重要風險是水合物生成。當管輸氣體含水量偏高、管壁溫度較低且壓力較高時，水分子與烴類氣體可形成類似冰晶的固體水合物，堵塞調壓器、閥門及管道彎頭，嚴重時可導致供氣中斷。

許多燃氣公司在冬季來臨前會對管線進行排水和干燥處理，但管線投運后的實際水分含量受氣源條件、管道歷史運行狀態、環境溫度變化等多重因素影響，難以在事前準確預判。建立管線關鍵節點的露點連續監測，是變事后處置為事前預警的有效技術手段。

本文以北方某燃氣供應公司天然氣管線水分監測系統的建設為例，探討防爆型露點分析儀在天然氣輸配系統中的應用實踐。

二、項目背景

北方某燃氣供應公司，承擔著三個城鎮的居民及商業用氣輸送任務，供氣人口約12萬戶，年供氣量約1.2億標準立方米。其輸氣管線長約60公里，設計壓力2.5MPa，運行壓力1.6MPa，管徑DN250。

該管線在過往冬季運行中曾發生以下情況：

• 當冬季氣溫處于（-25℃）時段，末端調壓站出現調壓器節流處冰堵現象，導致下游壓力波動

• 每年冬季管線巡檢記錄中，調壓站過濾器放出的液態水量較其他季節增加約3倍

• 氣源來自上游門站，氣質報告顯示水露點合格，但經過長距離輸送后，末端實測水露點明顯高于門站數據

運營部門提出：希望在管線關鍵節點安裝水分在線監測設備，實時掌握管線各段的水分分布情況，在冰堵風險形成前采取預防措施。

三、天然氣管線運行現狀

3.1 管線系統配置

3.2 原有檢測方式

• 門站氣質檢測：上游門站每批次來氣均提供水露點檢測報告，檢測頻次為每批來氣一次

• 管線巡檢抽檢：巡線人員每月兩次攜帶便攜式露點儀至各調壓站進行抽檢，數據記錄后存檔

• 過濾器排水記錄：各調壓站過濾器處設有手動排水閥，每次排水后記錄排水量及排水時間

3.3 存在的問題

問題一：門站數據與管線終端數據存在偏差

氣源門站提供的水露點數據為該批次來氣的交接點數據，但天然氣在長距離輸送過程中，管壁可能吸附有歷史運行中積累的水分，在壓力溫度變化時釋放進入氣流，導致管線末端的實際水露點高于門站數據。兩端數據的偏差缺乏中間節點驗證。

問題二：每月兩次抽檢不足以覆蓋整個冬季風險期

北方冬季嚴寒時段持續約3至4個月。每月兩次的抽檢僅能覆蓋約每15天一個數據點。當氣溫驟降時，水合物形成可能發生在數小時至數天內，15天一次的數據頻率無法提供有效的預警時間。

問題三：缺乏數據遠傳功能，數據使用效率低

巡檢人員現場抽檢的數據記錄在紙質表格中，后續錄入電子表格存檔。數據從采集到被運營管理人員看到，間隔時間較長，無法在異常出現時即時響應。

四、解決方案

4.1 產品配置

本項目核心監測設備選用 DP800在線防爆露點儀 ，安裝于管線調壓站，配合無線數據傳輸模塊及SCADA系統完成數據采集、傳輸與展示。其余配套組件（取樣探頭、截止閥、流量控制器、防爆接線盒等）由現場根據防爆區域要求選配。

4.2 系統架構

管線主管路 → 取樣探頭 → 截止閥 → 過濾器 → 流量調節閥 → 【防爆型露點分析儀】→ 4-20mA信號 → RTU（遠程終端單元）→ 無線傳輸 → SCADA系統（調度中心）

取樣點設置于各調壓站過濾分離器之后、調壓器之前的管路上。該位置可有效避免管線中的液態水和顆粒物直接影響分析儀，同時能夠反映進入調壓器前的氣體真實水分含量。

4.3 安裝與調試要點

防爆要求

天然氣調壓站屬于爆炸危險區域，露點分析儀及其所有配套電氣設備應具備相應的防爆認證（如Ex d IIB T6或等同等級），安裝方式應符合GB 3836系列標準的要求。

取樣系統設計

天然氣中可能含有微量凝析油、粉塵及鐵銹顆粒，取樣系統前端應設置初級過濾器（過濾精度5μm），并在過濾器下游設置手動排污閥，定期排放收集到的液態雜質。

取樣管路的材質選用不銹鋼（316L），連接處采用卡套式或焊接式，嚴禁使用可能產生泄漏的螺紋連接方式。

壓力與流量調節

從高壓主管路取出的樣氣需經減壓閥將壓力降至分析儀要求的入口壓力范圍。流量通過針型閥調節至分析儀標稱的樣氣流量值。減壓及調節過程中應注意防止節流降溫導致的樣氣內水分冷凝。

3.4 報警與數據應用

注：實際報警值需根據管線運行壓力折算至對應壓力下的水露點值，并與當地冬季環境溫度保持適當安全裕量。以上數值為示意參考，實際設定由運營單位根據工況確定。

五、實施過程中攻克的主要技術問題

5.1 問題一：樣氣中攜帶的微量液態水對傳感器的沖擊

現象描述

冬季運行期間，防爆型露點分析儀的顯示值出現突降（露點值瞬間降低）后緩慢回升的“尖峰”波形，每隔數日出現一次，無固定規律。

原因分析

管道內氣體在長距離輸送過程中，管壁溫度低于氣體溫度時，部分水蒸氣在管內壁冷凝為液態水。當管輸氣體流速變化或管道受到振動時，管壁上的冷凝水可能被氣流攜帶至取樣探頭，以微小液滴形式進入分析儀。液滴接觸到傳感器時，傳感器表面瞬時被液態水覆蓋，輸出值急劇變化，待液滴揮發后讀數緩慢恢復正常。

解決措施

• 在取樣探頭前端增設氣液分離器（旋風式，分離效率≥95%），利用離心力將樣氣中的液態水滴分離并收集，通過排污閥定期排放

• 取樣探頭從主管道上部插入（非下部或側面），避免管道底部積存的液態水直接進入取樣口

• 在分析儀前端設置滲透干燥管，可有效去除樣氣中夾帶的微量液態水而不影響氣態水分的測量

效果確認

增加氣液分離并調整取樣探頭安裝方向后，冬季運行期間露點分析儀再未出現突降尖峰波形，數據趨勢平滑穩定，與調壓站環境溫度變化呈現合理的負相關關系（氣溫下降時露點相應下降）。

5.2 問題二：樣氣減壓降溫引起的冷凝

現象描述

防爆型露點分析儀在冬季投運初期顯示值明顯低于巡檢人員攜帶的便攜式露點儀現場比對值，偏差約3℃～5℃，且偏差隨環境溫度降低而增大。

原因分析

樣氣從1.6MPa主管路減壓至分析儀工作壓力（通常為0.05～0.2MPa）的過程中，焦耳-湯姆遜效應使氣體溫度降低。當減壓后的氣體溫度低于該壓力下對應的水露點溫度時，樣氣中的部分水蒸氣在減壓降溫過程中冷凝為液態水，并沉積在減壓閥及下游管路中。到達傳感器時樣氣的實際含水量已低于主管路中的真實值，因而測量結果偏低。

解決措施

• 將取樣管路及減壓閥整體置于恒溫箱內（箱內溫度維持在25℃±5℃），避免減壓降溫導致冷凝

• 在減壓閥下游、分析儀入口前設置觀察視窗，巡檢人員可定期檢查管路內是否有冷凝水積聚

• 對減壓閥及下游管路進行伴熱保溫（電伴熱帶，溫度設定在30℃），確保樣氣在整個取樣路徑中溫度始終高于其露點溫度

效果確認

增加伴熱保溫及恒溫措施后，防爆型露點分析儀的顯示值與便攜式露點儀現場比對偏差由原來的3℃～5℃縮小至±1℃以內，分析儀能夠真實反映管線內的實際水露點值。

5.3 問題三：現場供電不穩定導致的數據中斷

現象描述

調壓站地處偏遠，供電線路較長，雷雨季節及大風天氣時供電短暫波動，導致露點分析儀頻繁重啟，重啟后需數小時才能恢復穩定輸出，期間數據缺失。

原因分析

調壓站供電來自農網，線路較長且老化，供電質量不穩定。露點分析儀重啟后傳感器需要重新平衡和穩定，通常需要2至4小時才能恢復到正常精度范圍內的穩定讀數。

解決措施

• 在分析儀供電回路中增加在線式UPS電源（不間斷電源，后備時間≥4小時），有效過濾供電波動，停電時可持續供電

• 在數據采集程序中設置斷電續傳功能，UPS供電期間數據持續記錄，恢復市電后自動補傳缺失數據

• 在SCADA系統中設置數據有效性判斷：當分析儀重啟后輸出值波動超過設定范圍時，數據標簽標記為“校準中”，不參與報警判斷，避免誤報警

效果確認

安裝UPS電源后，后續供電波動期間露點分析儀均未出現重啟或數據中斷，SCADA系統的露點數據連續率由原來的約85%提升至99%以上。

5.4 問題四：SCADA系統數據顯示與現場讀數的量綱不一致

現象描述

現場巡檢人員反映，SCADA系統中顯示的露點值（單位為℃）與該調壓站壓力表對應關系不易直觀判斷?，F場人員更習慣使用“水露點℃（在運行壓力下）”這一表述，而SCADA系統直接顯示常壓露點值，兩者數值不同，導致現場人員對數據的信任度較低。

原因分析

露點分析儀直接測量的是取樣壓力下的壓力露點值。SCADA系統為了統一顯示，將壓力露點值折算為常壓露點值進行展示。但現場操作人員對“常壓露點”概念不熟悉，更習慣于直接查看當前運行壓力下的露點數值，并與歷史經驗值進行對比。

解決措施

• 在SCADA系統顯示界面中同時顯示兩個數值：運行壓力下露點（實測值）及折算常壓露點（換算值），分別標注清晰

• 在調壓站現場設置就地顯示儀表，實時顯示當前運行壓力下的露點值，便于巡檢人員現場查看比對

• 在調度中心操作手冊中增加“露點數據顯示說明”，明確兩種顯示方式的定義及換算關系

效果確認

增加雙值顯示及就地儀表后，現場人員對SCADA系統的露點數據信任度提升，將露點數據納入每日交接班內容，調度中心與現場巡檢人員之間的溝通效率提高。

六、運行效果

該項目自實施以來，已完整運行一個冬季。主要效果如下：

七、經驗總結

1. 防爆合規是天然氣場景的前提：天然氣調壓站屬爆炸危險區域，選用的露點分析儀及所有配套電氣設備必須具備相應防爆認證，安裝施工應嚴格遵循GB 3836等標準規范。

2. 取樣系統的保溫與伴熱是確保數據真實的關鍵：高壓天然氣減壓降溫效應顯著，若取樣路徑未采取有效的溫控措施，樣氣中的水分會在到達傳感器前冷凝，導致測量值低于實際值，形成誤判。

3. 應對現場條件做好可靠性設計：偏遠場站的供電、通信條件往往不理想，UPS電源、數據斷點續傳、冗余通信路由等措施可顯著提升系統的長期運行可靠性。

4. 數據顯示方式應貼合操作人員習慣：工程應用中，數據“看得懂”與數據“測得準”同等重要。顯示界面設計及單位換算應充分考慮操作人員的使用習慣，減少因理解偏差導致的數據誤讀。

八、本案例涉及產品