大口径长输管道干燥

大口径长输管道干燥施工技术作者：朱萌长庆油建第七施工项目部2009年12月1日2009年科技论文朱萌宁建生王元【摘要】针对输气管道试运投产的要求，论述了管道干燥的必要性，采用干燥空气干燥的基本方法和影响因素，详细介绍了管线干空气干燥的工艺流程和设备要求。同其他干燥方法相比，该方法具有无污染、干燥速度快、施工设备简单等优点，对于输气管道的干燥作业具有较强的意义。【关键词】输气管道、干空气、干燥1前言目前，伴随着我国输气管道的发展，国内管道建设风起云涌，以西气东输为代表的一批重点工程相继动工建设，一大批代表国际先进水平的新技术、新设备也被广泛地投入到管道建设中，这不仅提高了管道建设水平，同时也为今后管道安全运营打下坚实的基础。同时作为管道预投产前夕重要的一项工艺技术—管道干燥的成功应用，就是其中代表之一。西气东输二线、陕京二线、陕京三线管道工程的建设掀开了我国管道建设史上的第二个高潮,为了确保天然气长输管道安全高效的运行,天然气管道投产前必须要进行的工序是管道干燥。2天然气管道干燥的必要性目前众多管线在投产前所进行的管道试压中，绝大部分采用的是水试压，这是最安全的一种试压方式，但这为今后的管线留下了一定的隐患。由于在清管过程中，很难全部将管线内的残余水清理干净，地势低洼地段的积水以及附着在管壁的水膜仍很难通过简单的通球方式加以清除。对于上百公里长的管线而讲就有可能多大数百方，这是一个绝对不能忽视的问题。2.1管道内残留液态水会引起以下几个方面的危害(1)管道中的液态水和水蒸气是造成管道内部腐蚀的主要原因。天然气中的浅谈大口径长输管道干燥施工技术少量酸性气体,例如H2S、CO2等在有水的条件下能生成酸性物质,使管道内部产生危害较大的应力腐蚀。腐蚀是影响管道系统使用寿命及其可靠性的重要因素,是造成管道事故的主要原因,因腐蚀而造成的事故在输气管道事故中占有很大比例。(2)管道中的液态水和水蒸气是形成天然气水合物的必要条件。当管道内的天然气有足够高的压力和足够低的温度时,如果管内有液态水或饱和水蒸气存在,就会形成天然气水合物。天然气水合物一旦形成后,会减少管道的流通面积,产生节流,加速水合物的进一步形成,进而造成管道、阀门和一些设备的堵塞,严重影响管道的安全运行。(3)管道中的液态水和水蒸气低温时还会造成管道的冰堵,冰堵的产生也会影响管道的安全运行。(4)管道中的液态水和水蒸气的存在会降低天然气的输送能力,造成管道输送能力的下降。(5)管道中的液态水和水蒸气的存在还会使天然气的供气品质下降,影响用户的正常使用。综上所述,天然气长输管道中的液态水和水蒸气的危害性极大,在管道投入运行之前,必须进行干燥处理,以保证其长期、安全、稳定地运行。3干空气干燥3.1干燥原理利用露点低于-40℃流动的干空气带走管道内残留水分达到干燥目的的方法。干空气进入管道后会被水蒸气饱和成为饱和空气,这样一部分水分被带出管道,不断地输入干空气并检测管道出口的空气露点,直到它小于预定的值,此时表明管道内部已经没有液态水,管道处于干燥状态。用于空气干燥天然气管道是传热、传质同时进行的复杂过程,其动力来源于空气与湿空气之间水蒸气含量的差值,差值越大,干空气吸湿的速度越快,干燥也越快。因此,干燥过程与湿空气的性质参数是有密切关系的。3.2干燥周期的影响因素在干燥过程中,管道出口的空气是饱和的,饱和空气的含水量越高,单位体积的空气带出水分的量越大,干燥的时间越短。饱和空气的含水量与温度和压力有关,温度越高,压力越低,饱和空气的含水量越大。因此,使用低压的(接近大气压)、热的(温度一般为40～50℃)干空气效果最佳,但温度不能太高,否则管道前部热的饱和空气会在管道后部冷却,使一部分水分冷凝。因此,在实际干燥过程中,影响饱和空气含水量的是管道所处的地温,地温越高,干燥时间越短。4、影响管道干空气干燥效率的主要因素（1）管道干空气干燥方式管道采用直板和皮碗混合式清管器除水、泡沫清管器擦拭后,管道干空气干燥方式有两种,一种是直接采用干空气吹扫,另一种是采用干空气推着泡沫清管器前进。实践证明,在对京石输气管道、西气东输管道进行干燥时,采用后一种的效果好于前一种。（2）干燥管道分段长度的选取管道干燥分段长度应该有一个合适的范围。一次干燥长度太短,则导致干燥效率不高,干燥设备的搬迁费用很大,但长度太长会导致干燥设备的处理能力很大,普通设备无法满足要求,需要购置大型设备,还会直接增加干燥施工的难度。因此,在工程中,干燥管道的长度应根据站场、阀室的布局以及现场试压情况来确定干燥的管道长度。综合考虑,天然气管道干燥段的最佳长度为80～150km。（3）干空气的最初含水量理论上,使用的干空气越干,干燥时间越短。但在实际干燥施工时一般采用露点为-40～-50℃的干空气,很少采用低于该露点范围的干空气,这是因为露点低于-50℃的干空气对缩短干燥时间的能力越来越小,而相应的制取费用越来越高。（4）管道内壁的最初湿度最初湿度越小,干燥时间越短。管道内壁的最初湿度H与管道内壁的水膜厚度以及管道低洼处的存水量有关,因此其值取决于除水后擦拭质量的好坏。（5）干空气的流量干燥时间随干空气流量的增加而缩短,即干空气的流速越快,干燥时间越短,但管道中干空气的速度也不宜太快,以便气体有时间饱和。另外,增加干空气流速不仅需要更大的空压机和制取干空气的设备,而且还会增加管道中空气的压力,同时由于水的快速蒸发吸热而降低了管道中的温度,这样会使饱和空气的含水量下降，从而需要更大压力的空压机和制取干空气的设备。因此,干空气的流速有一最佳范围。根据国外资料,干空气的流速一般控制在2～5m/s的范围内。（6）水的分布状态水在管道中分布得越均匀,水与干空气的交换面积就越大,干燥时间越短。管道中水的理想分布状态是一层均匀的水膜,但实际上管道中水的分布是不均匀的,管道底部的水多一些,另外,管道低洼地段的水量也比水平地段的多,因此,在干燥初期要用泡沫清管器将管道中的水尽可能地摊开,以形成一层均匀的水膜。5西气东输二线技术应用长庆油建试压项目部现拥有美国进口寿力空压机两台（每台额定排量25m3/min，额定压力1.05MPa）、比利时进口阿特拉斯空压机四台（每台额定排量27.7m3/min,额定压力2.5MPa）六台总排量1500m3/min，1台变压式吸附干燥机额定处理量140m3/min，承揽了西气东输二线中卫至靖边联络线支线333km管线的干燥任务。现以西气东输二线管道工程中卫至靖边联络线干燥说明干空气干燥技术的应用。5.1干燥系统干燥系统主要由额定排气量为5400m3/h移动式空压机、风冷型高效空气冷却器、微热变压吸附式再生空气干燥器、粉尘过滤器、便携式露点仪、清管器、收发球筒等设备组成。5.2工艺流程作业段水试压合格安装清管器发射和接收装置空气干燥净化设备的安装、调试管道擦拭初步干燥深度干燥密闭稳定观察验收。5.3干燥程序(1)前期准备作业段须经过通球扫线、强度和严密性试验合格后，方可进行干燥前的准备工作。(2)管道除水天然气长输管道除水是指水压试验扫水后、干燥前的清管操作,其目的是除去管道中的液态水。除水的效果是管道中绝大部分水已被除掉,除个别低洼段外,只在管内壁留下一层较薄的水膜。由于除水后管道中残留的液态水量直接影响后续干燥操作的效果和时间,因此天然气长输管道的除水技术是十分重要的,并且与管道的干燥效果密不可分。为了加快干燥速度,采用空气推动清管列车方式进行,清管列车由直板式和皮碗式清管器组成。通球时通过观察压力表的变化，管线内清管器的运行压力为0.15～0.3MPa。利用清管器跟踪仪判断清管器的具体运行位置，由于是长距离管道干燥通球施工，要求跟踪仪的工作时间要达到200h，同时在沿线各个阀室安排专人驻守。基于以往工程中管道在水压试验后有部分位置受应力影响过大导致凹陷变形的实情，为严把国家重点工程质量，本次工程将对站间通球施工加以改进，在皮碗清管器上加装测径板，以求站间清管的同时，达到再次测径复检的目的，此即站间管线通球测径。在对靖边联络站至盐池清管站进行站间干燥，干燥首端选择在中卫压气站，末端在盐池清管站。起初启动两台寿力空压机对管线进行除水测径，由于管线较长，故考虑装入一枚棕刷清管器和一枚皮碗测径清管器，这其中要注意清管器运行速度不易过快，一般不超过4～6km/h，若球速过快达一是达不到扫水的效果，二是会导致清管器皮碗的破损，清管器的运行是靠后面皮碗的密封，压缩空气挤压皮碗，皮碗紧紧贴合到管线内壁上，清管器在通过弯头的时候皮碗的挤压变形，导致了皮碗的损坏。下图一是靖边至延迟段末端收到的清管器。下图二是延迟至中卫段末端收到的清管器。图一图二(3)管道擦拭在除水操作完成后,管道中大量的水已除去,但仍有不少水聚集在管道底部和低洼地段,需要进一步用干燥的泡沫清管器吸收水分、将水推成水膜,提高干燥速度。管道擦拭是指利用空气推动泡沫清管器将管中剩余积水带出,直到泡沫清管器增重小于1.5kg为止。为了进一步提高效率,采用干空气推动泡沫清管器进行管道擦拭(见下图)。泡沫清管器的发球时间间隔为30～60min。(4)初步干燥利用大气压下露点-40℃以下的干燥空气推动泡沫清管器对管道进行微正压(0.02MPa左右)吹扫,将管中剩余积水带出,直到管道出口处的空气露点有明显下降,初步干燥就完成。(5)深度干燥进一步利用露点-40℃以下的干空气对管道进行低压吹扫,直微正压管道湿空气干燥空气(露点-40℃)泡沫清管器到出口处的空气露点温度低于干燥作业要求的验收露点温度-20℃,深度干燥结束。(6)密闭稳定观察深度干燥结束时,管道内全是干燥空气,关闭管道两端阀门,将管道置于微正压的环境下密封进行稳定观察,结束后测量露点,如果测得的露点升高不超过3℃,且不超过-20℃,认为干燥过程完成,可以申请验收;若露点升高超过3℃,则应继续进行深度干燥,并重复密闭、稳定观察步骤,直到符合要求。(7)测量在整个干燥过程中,每隔一定时间进行监测并记录进、出干空气的温度、压力、露点、流量。6、结束语(1)长距离天然气管道采用干空气进行干燥是最佳选择。(2)干燥时间的长短关键取决于管道试压后扫水效果、泡沫清管器的使用、干空气的排量和最终露点要求。作者简介：朱萌，毕业于大庆石油学院，出生于1984年10月16日，籍贯陕西，工作单位长庆油田建设工程处第七施工项目部，联系电话：[phone]）