天然气管道干燥技术.doc

天然气管道干燥技术摘 要 本文简明扼要的介绍了管道干燥的重要性、方法和干空气干燥工艺，结合徐连支线应用干空气管道干燥技术的具体情况，分析了管道干燥中存在的技术难点和今后应注意的问题。主题词 管道 干燥 技术1 概述管道干燥是新建天然气管道投产作业的重要一环。天然气管道的投产是指管道试压（水压或气压）后，从管道除水、干燥到置换引入天然气的全过程。天然气管道内若有水存在，不仅会引起管道内壁和附属设备的腐蚀，而且输送的天然气产品也会受到污染，天然气在一定的温度和压力下同水结合生成水合物。水合物的大量生成，会造成管道堵塞而引发事故，阀门、仪表和自动感应探头等系统更容易因水合物的形成而失灵。有效的避免这些问题的发生，就是在天然气管道投产过程中除去管道中的游离水和绝大部分水蒸汽。天然气管道干燥从工艺上划分，应包括除水和干燥（利用介质将游离水和绝大部分水蒸汽携带出管道的过程）两部份，一般要求天然气管道干燥后大气露点达到-21以下。2 管道干燥法目前，天然气长输管道常用的干燥方法有：2.1干燥剂法干燥剂法一般用甲醇、乙二醇或三甘醇作为干燥剂，干燥剂和水可以任意比例互溶，所形成的溶液中水的蒸汽压大大降低，从而达到干燥的目的。残留在管道内的干燥剂同时又是水合物抑制剂，能抑制水合物的形成。在实际应用过程中，由于乙二醇和三甘醇的价格费用较高，故一般选用甲醇作为干燥剂。甲醇干燥法可采用天然气或氮气作为推动力，在两个清管器间夹带一定体积的甲醇，形成一定的甲醇浓度梯度，从而达到彻底脱水干燥的目的，这就是国外常用的两球法。在两球法的基础上，国外又发展了三球法，与两球法相比，三球法能使残留在管内壁上的液膜中甲醇浓度高于两球法，且甲醇损耗量小于两球法。2.2流动气体蒸发法流动气体蒸发法的原理是，流动的干燥气体在管道里与残留在管内壁及低洼处的水接触后使水蒸发，进而达到干燥的目的。这种气体可以是干燥的空气、氮气或天然气，所以流动气体蒸发法又可以分为干空气干燥法、氮气干燥法、天然气干燥法。2.3真空干燥法真空干燥法是在控制条件下应用真空泵通过减小管内压力而除去管内自由水的方法。其原理是创造与管内温度相应的真空压力，以使附着在管内壁上的水分沸腾汽化。2.4干空气干燥法早在20世纪80年代初就被国外所采用，世界各地的各种类型天然气长输管道都有采用该法进行干燥的实例，并且一直沿用至今。我国天然气长输管道干燥技术起步较晚，现今的技术水平还很低。由于对天然气长输管道内液态水和水蒸气的危害一直没有足够的认识，20世纪90年代以前建成的天然气长输管道，投产前是不进行干燥处理的。90年代以后，随着天然气长输管道建设水平的提高，国内开始逐渐认识到干燥的必要性，并对几条重要的管道进行了干燥处理。干空气干燥法之所以被人们广泛采用，是因为它有以下优点：空气来源广，不受地区的限制；废气可任意排放，无毒、无味、不燃、不爆，无安全隐患；干燥成本低；施工工期短，可实现连续的监控；受管道直径、长度的影响相对小；易与水压试验相衔接；干燥效果均匀一致，露点可达到-25以下。干空气干燥的原理：低露点的空气进入管道后会促使残留在管壁上的水蒸发，湿气由空气流带走。判断管道是否被干燥，一是检测管道出口的空气的湿度和露点是否小于预定值。二是同时监测管道的入口和出口的空气的湿度和露点是否相等。影响干空气干燥时间的主要因素有水膜的厚度、环境温度下饱和湿气含量、干空气的湿气含量、干空气的质量和体积流量，管道的长度、内粗造度和高程等。干空气干燥的动力：主要来自管内壁水蒸气的分压和干空气流水蒸气分压的差，两者的压差越大，空气吸湿的速度就越快。当干空气在管道中流动时，将湿空气快速吸收，直到饱和；但随着空气在管道中的继续流动，空气的压力逐渐下降，压力的降低导致其吸水的饱和浓度增加，空气将继续吸水，直至其最终从管道的末端出口排出。增加空气的流速在一定条件下是可以缩短干燥时间，但这需要大规模的空气压缩机和干空气制造设备，管道中的空气压力也随之增加。由于水的快速蒸发吸热会降低管道中的温度，使空气的吸湿能力下降。因上述原因，管道中的干燥过程是不均匀的。干空气干燥工艺大致有两种方法：一是在干空气的作用下，间隔一定时间用数十个泡沫清管器辅助干燥，仅适宜距离在100km以内的管道干燥；二是只用干空气对管道干燥，最长距离可达620km。3 徐连支线应用干空气管道干燥技术徐连支线是“西气东输”与“陕-京”管线联络线“冀-宁”输气管道的支线。该支线全长192 km，管道直径：DN600，管道采用国产双面螺旋焊管，无内涂层，有三处千米以上的大型水平定向河流穿越，全线设中间分输站一座，线路截断阀室9座。徐州首站至邳州分站距离为54 km，邳州分站至连云港末站138km。线路干燥分为两个部分，以邳州分站为界点，徐州首站至邳州分站为一部，邳州分站至连云港末站为二部。全线采用干空气作用下泡沫清管器辅助干燥法，首先干燥具备条件的邳州分站至连云港末站的管道。3.1管道干燥施工工艺该段管道干燥工程的难点是：一是超长距离138 km，在国内干燥施工中少见；二是管道内无防腐层、内表面焊疤多，摩擦阻力大，清管器磨损严重；三是管道封闭不严，管道内明水多，不能满足技术要求；四是有大型水平定向穿越，管道高程落差大，排水困难；五是管道安装一年发生锈蚀。根据管道的实际情况，制定干燥工艺：通球验收深度除水管道干燥验收交工 3.2清管器运行速度估算:在管道干燥过程中由于超长距离的影响，清管器运行速度是其中一个关键。清管器运行速度越快，清管器磨损越严重，以至无法完成除水干燥，必须利用气体压力控制清管器运行的速度。清管器在深度除水时运行速度控制在2-10 km/h；清管器在干燥时运行速度控制在4.7-6.5 km/h。清管器运行速度其理论公式如下：式中: 清管器运行速度,km/h;进气流量,k3/d;管道内径截面积,2。清管器后的平均压力,;邳州分站至连云港末站138km干燥时，干空气压力0.175Mpa,气体流量(理论)75m3/min;管道内径截面积0.26852。清管器理论运行速度V为：9.58km/h。但实际清管器运行平均速度为：3.96 km/h左右，主要是管道内的阻力引起清管器运行速度下降，并且清管器磨损严重直接影响除水效果。3.3 干空气干燥施工连续时间计算在干空气干燥施工前根据深度除水效果,对干空气干燥施工连续时间进行计算,用以计算施工工期和材料及人员安排。用干空气干燥法将610mm管道内水份降至露点-20，管道内含水量按管道内壁0.08mm水膜计算，管道长度按138km计算，埋地温度为10，干空气排量Q=7200*（1-12%）=6336m3/h，干空气露点为-40，则干空气干燥施工连续时间计算如下：管道内水膜水量m0：m0=DL= 3.140.5851381030.0810-31000 kg=20279.38kg干燥结束时管道内存留水量m1: m1=1.074V1000=1.074161101000 kg=17.3kg露点为-20时空气的含水量按1.074g/m3计。干空气干燥能力H：H=Hs-H0 =（9.309-0.1757） g/m3=9.1333 g/m3Hs 埋地温度为10时，饱和空气的含水量为9.309 g/m3H0 露点为-40干空气的含水量为0.1757 g/m3干燥器的干燥能力W：W=HQ=（9.309-0.1757）10-36336 kg/h=9.133310-36336 kg/h=57.87kg/hQ经干燥机处理后干空气量为6336m3/h干燥时间T：T=(m0-m1)/W=(20279.38-17.3)/57.87小时=350.13小时即干燥138Km长610mm管道的时间约合14.58。3.4 深度除水邳州分站至连云港支线已安装试压近一年，在干燥施工准备时发现连云港末站管道封头严重漏水现象，管道内存水量不详。在具备管道干燥施工条件后，首先进行通球（既通直板球），检验管道内的明水存量情况。由直板球一只、软质泡沫球两只，组成一清管列车在0.175Mpa压缩干空气的作用下，以3.75km左右的速度顺利通过1#、2#、3#、4#站，卡于4#-5#站之间。在连云港分站的收球筒一侧经观察，发现漏气严重，首次通球受阻。为了查明管道内情况，再发六皮碗球一只，在0.175Mpa压缩干空气的作用下，以3.75km左右的速度顺利通过1#、2#、3#、4#站。球体通过4#站后，采取瞥压方式以提高球体通过能力。瞥压13h后压缩干空气压力升高到0.275Mpa后，开启4#站的球阀经10h，软质泡沫球、直板球和六皮碗球排出。普通的软质泡沫球破碎，直板球、六皮碗球周边磨损在20mm以上，排出明水在50t以上。此次通球证明管道内存有大量明水、管道内障碍多、阻力大，须对深度除水的球体采取优化组合措施。由于管道内存有大量明水，普通的软质泡沫球在完全浸水后，无法抗拒运行速度和撞击瞬间所产生的涨力，软质泡沫本体被撕裂、破碎，在保证球体顺利通过的前提下又要最大限度排出明水，经多次试验由特制的封堵器（特制软质泡沫球）同三皮碗两直板的清管器组成新的清管列车。该“清管列车”在管道内通过能力强、排出明水效果好、封压器无破碎、清管器密封达到要求。为超长距离管道的深度除水、干燥摸索出最佳清管列车的组合。为提高封压器、清管器的耐磨性、减少与管道的磨阻，对封压器、清管器的原材料配方进行修改，添加3%的二硫化钼，经现场试验效果良好。按照新的清管列车组合经数十次除水，所排水量呈递减状态，管道内排出的明水总量在300t以上。当封压器表面无明显水痕后，单体增重不超过1.5kg，24h后转入干空气吹扫干燥阶段。长距离管道深度除水的关键点是：1.要科学、合理的组合清管器；2. 清管器、软质泡沫球要具有较强的耐磨性，良好的润滑性和密封性；3.压风机、干空气生产设备的给风量要大于需求量的1.2-1.5倍为宜。3.5 干空气吹扫干燥待管道无明水后，采取在干空气的作用下，间隔一定时间用泡沫清管器辅助干燥的方法。具体操作是：每间隔2h发送一枚封压器（一种特制软质泡沫球），五枚封压器组成一“清管列车”，经干空气吹扫干燥，适时对封压器称重，封压器本体增重不超过1.5kg时,可单独使用干空气吹扫管道。当管道末端露点达到-21以下时，停止吹扫，封闭管道24h后，测量连云港末站管道内露点不低于-19，管道干燥结束。若管道内露点高于-19，则继续进行管道干燥，至到达标后结束管道干燥。长距离管道干空气吹扫干燥关键点是：1. 要科学、合理的制定“清管列车”的技术方案；2.有可靠的管道空气露点监测系统；3.适当的延长干空气吹扫时间，防止二次返工。4 结束语邳州分站至连云港支线的管道干燥主要难点是：（1） 管道内存水量超出管道干燥技术要求，且集中在管道的后部加大了排水难度，延长了工期；（2）邳州分站至连云港支线的管道虽然铺设在平原地区，但大型穿越造成管道落差大，加重了干燥设备、机具的载核；（3）管道距离超长