天然氣長輸管道的干空氣干燥技術(shù)

張寬

摘要：本文論述了干燥施工在長偷管線中的應(yīng)用的必要性，介紹了如何選擇適合的干燥施工技術(shù)，并針對干空氣干燥法的施工工序及施工方法。

關(guān)鍵詞：天然氣;長輸管道;干空氣;干燥技術(shù)

1 天然氣管道干燥技術(shù)的必要性

天然氣管道在投產(chǎn)之前，一般要通過試壓一除水一干燥一置換一投產(chǎn)五個步驟，其中管道試壓就是保證天燃?xì)夤艿蕾|(zhì)量的必要手段。在內(nèi)容上管道試壓分為強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)倆部分;在試壓介質(zhì)上由于氣體介質(zhì)壓縮性導(dǎo)致爆炸等風(fēng)險(xiǎn)，所以一般采用各國水或其他經(jīng)過批準(zhǔn)的液體;在試壓方法上，由于一般天燃?xì)夤艿谰嚯x都較長，所以采用的是分段試壓法。天然氣管道在采用水試介質(zhì)壓后，常通過一些簡單的處理方法如通球掃線等，來進(jìn)行除水，但堆積在低洼地段、附著在管壁以及以氣體形式存在的各種殘存水卻難以清除，而這些積存的水和水蒸氣將對整個天然氣的管道天然氣運(yùn)輸產(chǎn)生許多諸如管道內(nèi)部腐蝕、堵塞管道、降低天然氣和供氣品質(zhì)下降之類的不良影響。因此，在天然氣長輸管道中的積水有著極大的危害性，在管道投入運(yùn)行之前，必須進(jìn)行干燥處理，才能保證其長期、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

2 國內(nèi)外干燥技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國外天然氣長輸管道干燥技術(shù)起步較早，發(fā)展迅速，干燥方法多樣。采用的方法主要有干燥劑干燥法、氣體（空氣、氮?dú)?、天然氣）干燥法和真空干燥法。目前國外任何一條高標(biāo)準(zhǔn)的管道，無論是氣壓試驗(yàn)還是水壓試驗(yàn)，都要進(jìn)行干燥處理。我國天然氣長輸管道干燥技術(shù)起步較晚，由于對天然氣長輸管道內(nèi)液態(tài)水和水蒸氣的危害性認(rèn)識不足，20世紀(jì)90年代以前建成的天然氣長輸管道，投產(chǎn)前都不進(jìn)行干燥處理。90年代以后，隨著人們對管道干燥必要性的逐步認(rèn)識，開始對幾條重要管道進(jìn)行了干燥處理。目前的干空氣干燥技術(shù)還不完善，特別是不能準(zhǔn)確地預(yù)測封閉期間干燥段內(nèi)干空氣的絕對含水量隨時間的變化，從而不能保證封閉期間管道內(nèi)空氣露點(diǎn)低于最低環(huán)境溫度，這樣就可能析出液態(tài)水，使得干燥過程前功盡棄。此外，對干燥過程的預(yù)測也不準(zhǔn)確，給現(xiàn)場施工和管理帶來諸多不便。

3 天然氣管道的干燥方法

3.1 干空氣干燥法

原理是當(dāng)干空氣在管道中流動時含水量低的空氣很快吸濕，直到飽和。但隨著空氣在管道中的繼續(xù)流動，壓力逐漸下降。壓力的下降導(dǎo)致其吸水的飽和濃度增加，于是空氣將繼續(xù)吸水，直至其最終從管道尾端排出。

3.2 真空干燥法

真空干燥方法是在控制條件下應(yīng)用真空泵通過減小管內(nèi)壓力而除去管內(nèi)自由水的方法。其原理是創(chuàng)造與管內(nèi)溫度相應(yīng)的真空壓力，使附著在管內(nèi)壁上的水分沸騰汽化。利比亞管道工程應(yīng)用該方法的實(shí)踐證明，采用該方法干燥長輸管道的時間遠(yuǎn)大于干空氣干燥法，將其用于站場管道干燥效果好于干空氣干燥法。

3.3 干燥劑法

干燥劑法一般用甲醇、乙二醇或三甘醇等吸水性很強(qiáng)的醇類物質(zhì)作為干燥劑，干燥劑和水可以任意比例互溶，從而達(dá)到除水、干燥的目的。同時，所形成的溶液中水的蒸汽壓大大降低，殘留在管道內(nèi)的干燥劑可降低水合物的形成溫度，所以又是水合物抑制劑，能抑制水合物的形成。

4 干空氣干燥技術(shù)

4.1 干燥原理

干空氣干燥法的原理就是利用露點(diǎn)為-40℃的干空氣帶走管道內(nèi)殘留水分來達(dá)到干燥的方法。露點(diǎn)為-40℃的干空氣，標(biāo)準(zhǔn)狀況下水分含量為 0.1757g/m3。而在現(xiàn)場環(huán)境溫度下，管道內(nèi)空氣的水分處于飽和狀態(tài)，假定現(xiàn)場溫度為15℃，其飽和狀態(tài)的水分含量為 12.83 g/m3。兩個水分濃度差的存在使干空氣能夠吸收飽和空氣中的水分。不斷輸入的干空氣能夠使管道內(nèi)殘留水分蒸發(fā)為水蒸氣，帶出管道。監(jiān)測管道出口的空氣露點(diǎn)，當(dāng)其小于現(xiàn)場溫度下空氣的露點(diǎn)時，此時表明管道內(nèi)部已經(jīng)沒有液態(tài)水。繼續(xù)通入低露點(diǎn)的干空氣，直到預(yù)定的露點(diǎn)設(shè)定值，管道干燥完成。

1.2影響干燥時間的主要因素

采用干空氣法干燥新建天然氣長輸管道時，影響其干燥時間的主要因素如下：

（1）水的分布狀態(tài)。水在管道中分布得越均勻，水與干空氣的交換面積就越大，干濕空氣越容易飽和，干燥時間就越短。新建天然氣長輸管道中水的理想分布狀態(tài)是一層均勻的水膜，但實(shí)際上管道中水的分布是不均勻的，管道底部（特別是低洼處）的水要多一些。因此，在干燥初期，先使用泡沫清管器進(jìn)行清管、以使管道中的水盡可能地?cái)傞_而形成一層均勻的水膜。一般情況下，管道中的水分布不均勻時，干燥時間將變長。

（2）管道內(nèi)壁的初濕度。初濕度越小，干燥時間越短。管道內(nèi)壁的最初濕度與管道內(nèi)壁的水膜厚度、管道低洼處存水量有關(guān)。因此，新建長輸管道的內(nèi)壁初濕度越低，越能縮短管道干燥的時間。

（4）干空氣的流量。干燥時間隨干空氣流量的增加而縮短;但管道中干空氣的速度也不宜太快，否則干空氣與新建長輸管道內(nèi)的濕空氣不能充分混合，出口輸出的空氣不是飽和空氣反而增加了干燥時間，同時，增加流速不僅需要更大排量的空壓機(jī)和制取干空氣的設(shè)備。因此，干空氣的流速有一最佳范圍。根據(jù)相關(guān)資料：干空氣的流速一般控制在2 ～ 5m/s的范圍內(nèi)。

（5）飽和空氣的含水量。在干燥的大部分過程中，管道出口的空氣是飽和的，飽和空氣的含水量越高，單位體積的空氣帶出水分的量越大，干燥時間越短。飽和空氣的含水量與溫度和壓力有關(guān)，溫度越高，壓力越低，飽和空氣的含水量越大。因此使用低壓的（接近大氣壓）、熱的（溫度一般為40 ～ 50℃）干空氣效果最佳，但溫度不能太高，否則管道前部熱的飽和空氣會在管道后部冷卻使一部分冷凝出來水反而影響干燥效果。

2.2 干燥工藝

空氣經(jīng)壓縮并經(jīng)空冷器冷卻，在緩沖/分液罐分離出大部分水分，然后進(jìn)入干空氣撬的入口過濾器，進(jìn)一步除水、除油后，進(jìn)入A干燥器，空氣中的水分被碳分子篩吸附，空氣變?yōu)榈吐饵c(diǎn)的干空氣，出A干燥器后分兩路，大部分經(jīng)出口過濾器過濾后進(jìn)入用戶。一部分進(jìn)入B干燥器，帶走飽和碳分子篩中的水分，實(shí)現(xiàn)B干燥器的再生。而后B干燥器開始吸附，這樣AB干燥器交替生產(chǎn)出低露點(diǎn)的干空氣。露點(diǎn)為-40℃干空氣進(jìn)入管道，帶出其中的水分，實(shí)現(xiàn)管道的干燥。

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