海底天然气管道排水和干燥工艺若干问题分析

第42卷第8期2013年8月当代化工CONTEMPORARYCHEMICAINDUSTRYVO142，NO8AUGUST，2013海底天然气管道排水和干燥工艺若干问题分析王凤娟，付闯，陈锐I中国石油大学北京，北京102249；2辽河石油勘探局大连石油储运项目管理部，辽宁盘锦124000摘要为了防止投产过程中形成水合物堵塞管道，天然气管道在投产之前必须进行排水和干燥处理。而海底天然气管道不能像陆上管道一样进行分段施工干燥，加大了干燥的难度。由于我国的海底管道干燥工艺起步较晚，干燥过程中存在窜漏、卡堵、清管器速度难以控制、无内涂层管道排水干燥效果差等技术问题。分析了上述问题的起因，并结合一些国内外具体投产实例提出了相应的解决方法。为我国海底天然气管道的干燥提供了可借鉴的经验。关键词海底天然气管道；投产；水合物；干燥工艺；技术问题中图分类号TE832文献标识码A文章编号16710460201308115503ANALYSISONDEWATERINGANDDRYINGPROBLEMSOFOFFSHOREGASPIPELINESWANGFENGJUANFUCHUANG，CHENRUI1CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUM，BEIJING102249，CHINA；2LIAOHEPETROLEUMEXPLORATIONBUREAU，LIAONINGAANJIN124000，CHINAABSTRACTINORDERTOPREVENTTHEGASPIPELINEFROMFORMINGHYDRATES，THEGASPIPELINEMUSTBEDEWATEREDANDDRIEDINPRECOMMISSIONINGSTAGEOFFSHOREGASPIPELINECANTBEENDRIEDSEGMENTEDLYASTHELANDGASPIPELINE，WHICHHASINCREASEDTHEDIFFICULTYOFDRYINGPROCESSASTHEDRYTECHNIQUESOFOFFSHOREGASPIPELINESTARTUPLATEINCHINA，THEREARESEVERALSIGNIFICANTPROBLEMSINTHEDRYINGPROCESS，SUCHASBLOWBY,BLOCKAGE，THESPEEDCONTROLOFPIPELINEPIGS，POORDRYINGEFFECTOFTHEPIPELINEWITHOUTINTEMALCOATINGINTHISPAPER,REASONSTOCAUSEABOVEPROBLEMSWERECOMPARATIVELYANALYZED，ANDTREATMENTMEASURESWEREPUTFORWARDACCORDINGTOTHEEXAMPLESATHOMEANDABROAD，WHICHCALLOFFERSOMEQUOTABLEEXPERIENCESFORTHEDRYPROCESSOFSUBMARINEGASPIPELINEINOURCOUNTRYKEYWORDSOFFSHOREGASPIPELINE；COMMISSIONING；HYDRATES；DRYINGPROCESS；TECHNOLOGYPROBLEM天然气管道水试压后进行通球扫线，管道低洼地段、管内壁上以及水蒸气等各种残存水难以完全清除干净，它们会腐蚀管道内壁以及附属设备，污染所输送产品，形成天然气水合物阻塞管道。因此，海底天然气管道在投入运行之前，必须进行干燥处理。但实践中容易出现窜漏、卡球、清管器速度难以控制以及无内涂层管道干燥效果差等问题，结合国内外典型的投产实例对上述问题的原因进行分析，给出相应的建议，为以后海底输气管道投产提供一定的借鉴。1窜、偏清管器或者清管列车在运行的过程中与管道的密封性不好，会导致窜漏，从而影响除水干燥的效果，例如平湖至上海输气管道投产前的清管干燥过程中发生了气体的前窜造成干燥剂三甘醇的大量丢失。分析国内外投产案例，可以从以下几个方面缓解清管过程窜漏的发生。11选择合适的清管器良好的清管器选型时保证排水与清管作业取得良好效果的关键，摩擦阻力小，密封L生能好，则液体泄漏量就小。皮碗式清管器密封能力差，一方面，皮碗过盈量大时与管壁摩擦增大，造成皮碗的磨损，减小与管壁之间的密封性；另一方面，如果发生卡堵事故采用倒流的情况下，清管器会“翻转”，产生的拉力将造成皮碗撕裂，皮碗在管道中位置偏离中心，前缘朝下会破坏管道的内涂层，因此不推荐使用皮碗式清管器对管道进行排水干燥处理。直板式清管器密封盘是简化清管和防止倒流的安全备选清管器，具有较强的通过能力，不易发生卡堵事故，一旦发生堵塞情况，可以反向吹扫收稿日期20130713作者简介王凤娟1990一，女，北京昌平区人，2012年毕业于中国民航大学油气储运专业，现为中国石油大学北京油气储运在读研究生研究方向为海上油田的海底管道投产与运行保障技术，EMAILMAKCIMLUCKL63COM。1156当代化工2013年8月解堵；密封性能较好，经过直管段时，产生的泄漏量可以忽略不计；相对于皮碗式清管器，逆向流动影响小。东方LL气田海底管道输气管线选用由聚氨酯材料制成的双向直板式清管器对管道进行排水和干燥处理，清管器有效长度16D，清管结束后未发生气体窜漏现象，能满足长距离海底输气管道排水和干燥剂干燥要求。裸体泡沫清管器由高强度聚氨酯材料直接用模具发泡成型，外层采用低密度聚氨酯，无弹性保护膜，有很好的收缩性和吸湿性；内层采用高密度聚氨酯材料，形成外表层质地柔软，内芯强度高的双重结构，变形量可达60，对管道和设备的损伤小，通过能力强，不易卡在管道中。常与双向直板型清管器联合使用，既能达到较高的吸水性能，还能防止窜漏。锦州202凝析气田海底管道投产时联合使用了双向直板型清管器和裸体泡沫清管器对管道进行排水与干燥处理，取得了满意的效果。12改造清管器影响清管器窜漏特性的因素有导向板、密封板的布置及清管器的长度，为保证清管器不发生卡堵且能顺利通过大口径三通，一般设计清管器有效长度为14516D。当清管器通过弯头时，密封盘实际上呈椭圆形剖面，密封盘轴线与弯头直径中心线的距离越大，椭圆剖面越明显，相应密封性越差，因此要根据管线长度、直径、弯头曲率半径等具体情况对清管器适当改造。ZEEPIPE管道对标准清管器进行改进，将有效密封长度设计为145D，把原来在密封盘外侧的导向盘改成每个盘组合的两侧各有一个导向盘，至少装设4个导向盘，将两个聚氨酯密封盘面对面安装，以保证密封盘的密封性能；每个清管器的两端各有一个密封盘组，在安装时为盘连接螺栓装上密封垫，在接触的盘与盘之间涂以硅类化合物进一步降低窜漏；运行结果显示，在一个弯头处的静态窜漏量减少了50倍，运行压差从60000PA上升到90000PA，密封性有较大改观。13采用组合型清管器充分利用每种清管器的优势，组合成能改善干燥效果的组合型清管器。例如可以在清管器头部安装一个蝶形皮碗，同时在尾部配置34个高密封双向直板，能有效地解决清管器磨损造成的气液窜漏问题；同时根据管道残余水量多少，考虑是否在组合型清管器前面和后面配置泡沫清管器，组成清管列车，能更大程度地将管道内水分推成水膜，降低水膜厚度，加大水与干空气的接触面积，使水分能充分蒸发到干空气中，从而整体上提高除水效果。14使用凝胶清管列车的第一个段塞中填充水基凝胶，具有润滑性能和清漕眭能，最后一个段塞中填充甲醇凝胶段塞，具有密封性能。ZEEPIPE海底管道采用该方式，通过对清管器间隔进行跟踪监测，发现清管器密封性能很好，没有气体窜漏到清管列车内。上海平湖气田海底输气管道只在前部设置三甘醇凝胶，结果后部清管器发现大量气体前窜，说明凝胶有较好的密封作用。15合理控制清管列车运行速度如果推动清管列车前进的压力过高，使清管列车运行速度过快，不仅要消耗更多的能量，而且速度越高摩擦越剧烈，产生的热量会降低清管器的屈服极限，使清管器的磨损量增加，清管列车越易发生窜漏。因此海底管道进行除水作业时，要合理控制清管列车速度，一般控制在06以下。2无内涂层管道深度除水效果差无内涂层管道的清洁度较差，影响清管列车的除水能力，分析已有的海底输气管道投产案例可知，内壁粗糙度越小、清管器密封性能越好，残存的水膜厚度就越薄，管内滞留水量越少，进行除水干燥后效果越好。据国外经验，有内涂层的管道水膜厚度比无内涂层管道小L倍以上，因此对于无内涂层的管道，为提高其干燥效果，应采取一定的方式提高管道内壁的清洁度。21采用具有特殊装置的清管器常用的方法是在除水清管列车中配备带刷子或带磁铁的清管器，均置于清管列车的前端。例如英国一欧洲内联海底天然气管道，在双向扫线清管器上安装刷子，能有效的将管道内壁的浮锈和附着较松的氧化物刮离后推出管道，利用清管器上的磁铁将铁渣类杂质吸走。这样不仅可以提高管道内壁的清洁度，而且减少了内壁上残存水的量，使管道达到很到的干燥度。2_2清管列车用净水分隔深度排水过程中清管列车用净水分隔，从而洗掉管壁上海水试压遗留的盐，减少管壁上的杂质，提高管道内壁的光滑度。例如欧洲北海EUROPIPE海底天然气管道采用该方法取得了较好的除水干燥效果。3卡堵海底管道可能因外力影响而产生局部变形，或第42卷第8期王凤娟，等海底天然气管道排水和干燥工艺若干问题分析1157者在维修后没有进行过全程清管管内残留杂质较多，或者清管器选型不合理，导致在运行过程中，磨损严重，侧翻及偏心运行，当发生窜漏时，清管列车速度逐渐减慢，最终会在阀门器件或弯道处发生卡堵。31合理选择清管器类型机械清管器变形余量小，不能很好的适应管道的变形及弯头等特殊地段，容易在管道中卡堵；而目前的海底管道长度相对较短，比较适合采用通过能力强、密封性能良好且携带液体潜力大的清管器，带涂层的泡沫清管器具有如上优点，即使发生卡堵事故，可以用增压的方法将其挤破，降低了作业风险。同时，合适的清管球参数过盈量、涂层厚度和长度因管道而异。我国渤西南海底输气管网以凝胶材料和聚氨酯泡沫材料为基础开发了加强型带涂层泡沫清管器，综合了泡沫清管球密度小、持液性能好、弹性高和聚氨酯材料耐磨性高的特点，运行距离达到98KM，实际使用效果良好，达到了预期效果。32将测径和置换干燥分开进行卡堵产生的一个重要原因是清管器速度过低，气液窜漏后造成清管器停止运行并可能追尾。测径时要求清管器运行平稳，采用水作为推动介质，而置换、干燥采用的动力是气体，如果窜漏严重则会造成清管器追尾，导致清管器运行不平稳，因此测径和置换干燥过程应分开进行。33控制相邻清管器距离相邻清管器距离不小于200M，防止因泄漏使清管器速度降低而产生追尾，前后清管器之间产生径向力发生卡球事故。4清管列车运行速度控制清管列车运行速度过陕影响除水效果，速度越高摩擦越剧烈，产生的热量会降低清管器的屈服极限，使清管器的磨损量增加，清管列车越易发生窜漏。清管列车速度的控制通常通过调整管道入口的进气量实现。即通过时时调整管道人口压力和进气量达到控制清管器速度的目的。假设清管列车运行过程中密封性良好，不发生窜漏，则运行的距离为T一1RDP式中一清管列车运行的距离，NQN一清管列车发出后累计进气量，IN；D一输气管内径，N；、标准条件下的压力和温度；Z一清管过后管段内气体的平均压力，温度和压缩系数。清管列车的运行速度可用以下式子估算VLIT同时绘制出压力一运行里程、速度一运行里程的图，通过图可以反映出清管列车的运行状态，与入口气体流量相配合共同控制清管列车的速度在一定的范围内。5结论1双向直板型清管器和裸体泡沫清管器配合使用，不仅能有效的防止窜漏，而且还具有很好的吸水效果。2合具体的管道对清管器进行适当的改造能有效的防止窜漏。3青管列车的头部和尾部的段塞采用凝胶填充，不仅能防窜漏，而且还起润滑的作用，减轻清管器与管道内壁的磨损程度。4清管列车的速度一般控制在05一LMS范围内较合理，速度太大，磨损严重窜漏量加大，速度过小具有卡堵的风险。5谢于无内涂层管道在干燥之前要先通球扫线以提高管内清洁度。参考文献1张琳，苏欣伴生气管线的清管器优选研究【J】西南石油大学学报，2008，3021511542曹学文，等东方11海底输气管道排水与干燥工艺技术J】天然气工业，2004，2451201223杜永军，等锦州202凝析气田海底管道投产工艺【J】_天然气工业，2009，2911061084CHRISTIANFA