天然气长输管道干燥技术.pdf

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1、第 3 0卷第 6期 石油工程建设 1 3 倪洪源，孙树 山 ( 辽河石油勘探局油建一公司，辽宁盘锦1 2 4 1 2 0 ) 摘 要 ：简要介绍了天然气长输管道干燥技术概况，列举 了国内天然气长输管道干燥处理的实 例 ，对管道的几种干燥方法进行 了比较，着重介绍了目前应用较多的干空气干燥法和真空干燥 法，就这两种方法的优点、工艺原理、工艺流程、所用设备以及影响干燥效果和时间的因素进行 了论 述 。 关键词：天然气长输管道；干空气干燥；真空干燥 ；技术 中图分类号 ：T E 9 7 3 8 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 1 2 2 0 6 ( 2 0 0 4 )0 6 0 0 1 3

2、0 4 1 天然气长输管道干燥技术概况 为了排除新建天然气长输管道的隐患和缺陷， 投产前必须进行试压 ，用水作介质进行 管道试压 时 ，试压清管后管道 内仍有少量水 。在投产前如 果不进行干燥 ，则易造成管道冰堵 ，影 响输气质 量。因此 ，天然气长输管道在投产前必须进行干 燥处理 。目前 ，干燥的方法主要有干燥剂法 、流 动气体蒸发法和真空法等。 干燥剂法一般是采用 甲醇 、乙二醇或三甘醇 作为干燥剂 ，这些干燥剂和水可以任意比例互溶 ， 所形成的溶液中水的蒸气压大大降低 ，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

3、，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 的干燥剂 ，从而达到彻底 脱水干燥 的目的，这种方法就是国外常用的 “ 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 内壁上的液膜中干燥剂的浓度更高 ，且 干燥剂损耗量更小。 流动气体蒸发法的原理是 ：流动的干燥气体 在管道内与残 留在管 内壁及低洼处 的水接触后使 水蒸发，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、氮气干燥法和天然气干 燥法 。 真空干燥法是利用真空泵抽吸密闭容器

4、内的 气体 ，当压力降低到环境温度对应 的饱和水蒸气 压时，液态水会在常温下沸腾蒸发 ，水蒸气被真 空泵抽出，达到管内除水干燥的目的。 国外天然气长输管道干燥技术起步很早 ，发 展也较为迅速 ，但在我国应用相对较 晚，因为以 前对天然气长输管道 内液态水和水蒸气的危害一 直没有足够的认识 ，上世纪 9 0年代以前建成的天 然气长输管道在投产前是不进行干燥的。9 0年代 以后 ，随着长输管道建设水平的提高 ，以及大 口 径 、高压 、大排量天然气长输管道 的建设 ，逐渐 认识到管道干燥 的必要性 ，并对后来建成 的几条 重要管道进行 了干燥处理 。 如 ：1 9 9 2年建成 的上 海平 湖海底

5、输 气管道 ，内直径 3 3 4 mm，长 3 8 8 k m，全线采用 了凝胶清管器夹带三甘醇的干燥方 法进行干燥 ；1 9 9 3年建成的海南崖城 1 3 1 天然气 输送管道，管直径 7 l l mm，长 7 7 8 k m，全线采用 了真空法进行干燥 ；1 9 9 7年建成的陕一京输气管 道 ，采用 甲醇干燥法进行干燥 ，干燥不彻底 ，效 果不太理想 ，导致后来发生水合物冰堵 ；2 0 0 0年 京一石输气管道 ，管直径 5 2 6 mm，长 3 0 0 k m，全 线采用干空气干燥 ；2 0 0 1 年建成的涩一宁一兰输 气管道 ，其 中 9 5 k m试验段采用了干空气法进行 干燥

6、 ；2 0 0 2年建成 的沧一淄输气管道 ，全线采用 了干空气法进行干燥 ；2 0 0 3年 ，西气东输管道工 程 的东段 ( 靖边一上海 ) ，管直径 1 0 1 6 m m，长 1 5 7 3 k m，全线采用干空气干燥 ，最终露点为一 2 0 ，干燥效果很好 ；2 0 0 4年 6月 ，西气东输管道 维普资讯 http:/ 1 4 石油工程建设 2 0 0 4年 1 2月 工程西段 ( 轮南一靖边) ，长 2 3 6 3 k m，全线采用 干空气干燥 ，最终露点为一 2 2，干燥效果更好。 2 几种 干燥方法的 比较 天然气长输管道干燥方法多种多样 ，且每种 干燥方法又有其优缺点 ，表

7、 1 是各种干燥方法 的 比较 。通过对几种方法 的干燥成本 、干燥时间 、 干燥效果 、适应情况的比较 ，可以看 出，于空气 干燥法和真空干燥法具有较多 的优点 ，且应用较 多。因此 ，下面对这两种方法进行介绍。 表 1 几 种干燥 方法 的 比较 流 动气体 蒸发 法 干燥方法 干燥剂法 干空气 氮气 天然气 真空 干燥 法 干燥法 干燥 法 干燥 法 干燥成本 比较高 最低 昂贵 低 较低 干燥时 间 较短 最短 较 短 极长 较短 干燥 效果 较 好 很好 很 好 较差 最 好 短 距 离 、 不 受 区 域 短 距 离 、 小 口径 、低 海 底 管 口径小的 限制， 受管 小 口径

8、的 压、温度较 道、较大 适用范围 海底管道 径、管道长 管道 高管道 口径管道 度的影响相 应用较多 对较小 3 干空气干燥法 3 1 干空气干燥 法的优 点 干空气干燥是采用经过除油、过滤和脱水的 干燥纯净压缩空气吹扫管道 ，使管道 内壁附着的 水分蒸发 ，并将管道内的湿空气排 出管外 ，达到 干燥管道的目的。 于空气干燥法早在上世纪 8 0年代初就被 国外 采用 ，世界各地的各种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 。于空 气法之所以被广泛采用 ，是因为它具有以下优点 ： ( 1 )空气来源广 ，不受地区限制。 ( 2 )空气可以任意排放 ，无毒、无味、不燃

9、、 不爆 、无安全隐患。 ( 3 )既适用于陆地管道 ，也适用于海底管道。 ( 4 )受管径、管道长度的影响相对最小。 ( 5 )干燥成本低。 ( 6 )易与管道建设和水压试验相衔接。 ( 7 )干燥效果好 ，露点可达到一 2 5以下。 在海底 管道方面 ，于空气干燥法应用最成功 的两个例子 ：一是 1 9 9 5年建成 的挪威一德 国的 E u r o p i p e管道 ，它是 2 0世纪采用于空气干燥 的距 离最长的天然气管道 ，其管径 l 0 1 61 1 1 1 1 3 ，全长 l 3 0 0 k m；二是 2 0 0 2年建成的俄罗斯一土耳其的蓝色气 流工程 ( B l u e S

10、 t r e a m P r o j e c t P i p e l i n e ) ；它是两条直 径 6 1 0 m m、深 1 0 0 0 m 的海底 管道 ，每条长 3 5 0 k m，全线采用了干空气干燥。 在 国内 ，于空气干燥法 成功应用于京一石 、 涩一宁一兰 、沧一淄、西气东输等天然气输送管 道 。 3 2 干燥设备 高中压一体机 ：排量 4 2 0 04 5 0 0 m3 h ，最 大压力 1 5 MP a ；大排量空压机 ：排量 7 6 0 0 m3 h ， 最大压力 1 5 MP a ，附带配套增压机 ，最大压力可 达 8 MP a ；无热再生空气干燥器和微热再生空气干

11、燥器 ：排量均 为 1 0 01 8 0 m 3 m i n ，最 低露点均 为一 4 5 o C；大排量真空泵组有效抽速 1 2 0 0 0 m 3 h ， 极限真空度达 2 P a 。 3 3干空气干燥工艺过程 采用干空气干燥法时 ，实际施工工艺有两种 ， 一 种是在通于空气吹扫的同时，间隔一定时间通 泡沫清管器辅助干燥 ，另一种是只用于空气连续 低压吹扫。前一种工艺 由于泡沫清管器的辅助作 用，干燥速度较快 ，但 由于泡沫清管器较易磨损 ， 一 般只适用于干燥距离较短 的管段 ，一次可干燥 的最长距离在 1 5 0 k m左右；后一种工艺可干燥很 长的管道 ，到 目前为止 ，采用此工艺干

12、燥距离最 长的管道是新疆轮南一上海的西气东输管道工程， 长达 3 8 0 0 k m，但要求空压机和制取于空气设备的 规模很大。典型的于空气干燥工艺曲线见图 1 。 时 同 d 图 1 干空 气干燥 m艺 曲线 图 l 中最初 A 一8的下降是由于水分蒸发引起 的降温所致 ，从 C点开始 ，管道 内的气液平衡被 打破 ，空气不再饱和 ，表 明管道 内大部分液态水 已经蒸发 ，继续用于空气吹扫将降低管道 内的露 点。达到 F点后 ，停止于空气吹扫 ，将管道密封 。 因管道与周 围环境存在温差 ，二者必然进行热量 交换，导致露点上升 ( G点) 。如果管道内的某些 地方还存在液态水 ，液态水会蒸发

13、补充到管道 内 维普资讯 http:/ 第 3 0卷第 6期 倪洪源等 ：天然气长输管道干燥技术 1 5 的空间 ，间隔一段时间后重新用于空气吹扫 ，在 较短的时间内就能将露点降下来 ( 日点 ) 。经过几 次间隔吹扫 ，最终能完全清除管道 内的液态水 ， 并将露点降至一 2 0以下。 从理论上讲 ，随着时间的推移 ，最终管道出 口处 的空气露点可达到 4 0以下 ( 图中 点 ) ， 这是最理想的状态。但在实际施工 中，除了对于 燥要求较高的管道 ( 如输送酸性天然气管道)外 ， 干燥终点没有必要达到 ，点 ，一般达到 E点 ( 一 2 0 )就足够了。因为在一个标准大气压下，一 2 0 露

14、点 的空气含水量仅为 0 8 8 3 5 g m ，相当于在管 道内壁上的残 留水为 1 3 - 2 1 mg m 。 3 4 影响干空气干燥效果和时间的因素 ( 1 )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。但实际干燥施工一般 采用露点为一 4 0一 5 0的干空气 ，很少采用更低 露点的干空气 。因为露点低于一 5 0的干空气缩短 干燥时间的能力越来越小 ，而相应 的制取费用越 来越高 。 ( 2 )环境温度。管道所处 的环境温度越高 ， 越有利于水分的蒸发 ，同时干空气的吸水能力越 大，干燥效果越好。 ( 3 )管道内的残留水量。管道 内的残 留水量 越少 ，分

15、布越均匀 ，干燥 时间越短。无 内涂层的 管道 ，用清管器扫水后 ，可使管 内残留水量减小 至相当于管道 内壁只有 0 0 5 0 1 m m厚度的水膜。 ( 4 )干空气的流量 。干空气流量越大 ，干燥 时间越短 ，但 58 m s的干空气流速在效果和经 济上都 比较好 ，再增加干空气 的流速对于燥 的效 果影响不大。 ( 5 )液态水的分布状态。在干燥初期 ，管道 内的液态水聚集在管道 的较低部位 ，如果间歇发 送泡沫清管器 ，就可以将水推成薄膜 ，增大与干 空气的接触面积 ，提高干燥效果。 4 真 空干燥 法 4 1 真空干燥法的优点 真空法应用较多 ，该方法具有以下优点 ： ( 1 )

16、空气可以任意排放，无毒、无味、不燃 、 不爆 、无安全隐患。 ( 2 )对地层温度较高的管道有特殊的效果。 ( 3 )既适用于陆地管道，也适用于海底管道。 ( 4 )受管径 、管道长度的影响相对较小。 ( 5 )干燥成本较低。 ( 6 )易与管道建设和水压试验相衔接。 在美 国的南部 、非洲 中部 、南美洲北部等地 区的陆上和海底管道采用真空干燥法较多。在国 内，真空干燥法成功应用于大庆油 田、塔里木油 田等陆上天然气输送管道。 4 2干燥设备 J Z J S 1 2 0 0 2 2真空泵 ，吸入压力为 2 5 P a ，抽 气量为 7 2 m 3 m i n ，电机功率 5 5 5 k W；

17、S K 一 1 2 0水 环式真空泵 ，吸入压力为一 0 0 3 0 0 8 MP a ，抽气量 为 1 0 8 m 3 mi n ，极限真空压力为 9 3 P a ，电机功率 1 8 5 k W 。 4 3 真 空干燥 工艺过程 真空干燥过程可分为三个阶段 ： 第一阶段是初始抽气 、降压阶段 ，用真空泵 抽 出大部分残 留在管道中的水蒸气和空气 ，降低 管 内压力 。期间管内压力迅速降至管内温度下的 饱和蒸汽压。 第二阶段是蒸发阶段 ，时间长。随着管 内压 力达到饱和蒸汽压，残留在管道 内壁上的水分开 始大量蒸发。真空泵继续工作 ，管内压力不断降 低 ，同时水分不断蒸发以弥补压力损失。若管道

18、 残 留水分不多 ，管道与周围热交换畅通 ，那么管 内温度基本不变 ，管 内压力基本保持在饱和蒸汽 压值 。这一过程将持续到所有水分蒸发完为止 ， 产生的水蒸气被抽出 ，经压缩后排入空气 中，以 避免在真空泵或喷射器 出口处结冰 ，影 响干燥效 果 。 第三 阶段是真空干燥阶段 ，在第二 阶段管道 中的水分全部蒸发 ，真空泵继续工作 ，压力再次 降低 ，直至真空泵所能达到的最低压力。由于管 道内几乎所有的空气 已被抽出 ，而且管道 内所有 的液态水都已蒸发 ，所以管道内的压力可看作是 水的蒸汽压 ，由此可直接算出露点。如果达到预 定值，即可判定管道已干燥 ，真空干燥作业结束。 4 4 影响真空

19、干燥效果和时间的因素 ( 1 )真空泵 。选用合适功率的真空泵可保持 较理想的抽真空速度，速度太慢 ，影响干燥速度 ； 速度太快 ，会导致管道内壁结冰。 ( 2 )环境温度 。管道所处 的地层温度越高 ， 越有利于管 内壁水分的蒸发 ，同时真空的吸水能 力越大，干燥效果越好。 维普资讯 http:/ 1 6 石油工程建设 2 0 0 4年 1 2月 刘恩斌 ，彭善碧 1 ，李长俊 ，陈柚君 2 ，梁党国 3 ( 1 西南石油学院，四川成都6 1 0 5 0 0 ；2 中石化广东石油公司，广东广州5 1 0 0 0 0 3 新疆油田油气储运公司，新疆克拉玛依8 3 4 0 0 0 ) 摘要：输油

20、管道泄漏严重影响油气田的正常生产，不仅给企业造成巨大的经济损失，而且污染 环境。针对克拉玛依一独山子输油管道的具体情况，研究设计了一套输油管道泄漏检测 系统，包 括硬件部分和软件部 分。提 出了泄漏检测 系统的技 术原理和 实现 方法 ，基 于 Vi s u a l B a s i c 6 0编程 环境，采用 负压波检测技术编制 了一套泄漏检测软件 ，并用动态数据交换 ( DDE)技术 实现 了 与 S CA DA系统的集成。文章还介绍了泄漏检测 系统的硬件构成和软件的功能。 关键词：输油管道；泄漏检测；系统；硬件；软件 中图分 类号 ：T E 9 7 3 6 文献标识码 ：A 文章 编号 ：

21、1 0 0 1 - 2 2 0 6 ( 2 0 0 4)0 6 - 0 0 1 6 - 0 3 O引言 管道输送已成为我国五大运输方式之一 ，而 泄漏则是管道运行的主要故障 ，特别是近年来由 于打孔盗油盗气造成 的泄漏事故时有发生 ，严重 影响了油气 田的正常生产 ，造成 了巨大的经济损 失，污染了周围环境。 新疆油 田所属 的克拉玛依一独 山子输油管道 在 2 0 0 3年的 7 、8月份就发生了 l O余起打孔盗油 事 件 ，严重影响 了管道系统的安全运行 。因此 ， 结合油 田实际情况 ，我们开展了管道泄漏检测系 统的研究。 l 泄漏检 测方法 管道工业发展的早期 ，石油天然气管道的泄

22、漏检测主要采用人工分段巡视的办法 ，之后又发 明了基于硬件的检漏方法 ，如检漏 电缆法 、油检 测元件法等。现代泄漏检测及定位技术始于 2 O世 纪 8 O年代初 ，它基 于管道 S C A D A系统 ，运用现 代分析方法和控制理论 ，通过对所采集的管道运 行数据进行处理并结合管道 内流体 的流动状态而 实现泄漏的检测及定位，主要有以下三类 ： ( 1 ) 基于物质平衡的检测方法。 ( 2 ) 基于模型的检测方法。 ( 3 ) 基于信号处理的检测方法。 克拉玛依一独 山子输油管道是老管道 ，虽然 进行 了自动化改造 ，但 自动化水平依然有限，考 虑到没有安装高精度的流量变送器 ，最终决定采

23、用基于信号处理的方法负压波泄漏检测方法 ， 其原理 如图 1所示 。当管道 因机械、人 为破坏 、 管材腐蚀老化等 因素发生泄漏时 ，管 内外压差使 流体迅速流失 ，泄漏部位的物质损失使l 临近部位 ( 3 )管道内的残留水量 。管道 内的残 留水量 越少 ，干燥速度越快 ，所以最好用清管器 、泡沫 球将管内存水尽量清除。 ( 4 )液态水 的分布状态 。在干燥 初期 ，管道 内的液态水聚集在管道的较低部位 ，通过间歇发 送泡沫清管器，可以将水推成薄膜 ，增大与真空 的接触面积，提高干燥效果。 参考文献： 1 高祁 长输管道施工作业技术 M 西安： 陕西科学技术出版社 ， l 9 9 9 2 寿德清 储运油料学 M 东营： 石油大学出版社， 1 9 9 4 3 张育芳 天然气 集输 工程 M 南充 ： 西南石 油学院 出版社 l 9 9 5 作者简介 ：倪洪源 ( 1 9 7 1 一) ，男，辽宁大连人，1 9 9 4年毕 业于西南石油学院，工程 师，从 事管道工程的施工及技 术 管理 工作 。 收稿 E 1 期：2 0 0 4 - 0 4 2 6 ；修回E 1 期 ：2 0 0 4 - 0 8 - 3 0 羊 羊 羊凳羊 羊 维普资讯 http:/