天然氣場站管道干燥方法研究

劉凱 王波 楊碩林

(1.山東化工職業學院，山東 濰坊 261100；2.山東農業工程學院，山東 濟南 250100)

0 引言

為了消除新建設的天然氣場站內管道存在的隱患和缺陷，在投產運行前需要對場站管道進行嚴密性與氣密性壓力試驗，當用水作介質進行場站管道試壓時，試壓結束后管道內壁會存留一層薄薄的水膜，水膜厚度與場站管道內壁的粗糙度大致相當，厚度約小于等于10μm。天然氣場站在正式投產前若不清除管道中的游離水，投產后容易導致管道內壁腐蝕，形成天然氣冰堵，降低管道的輸氣能力，影響輸氣質量，同時損壞管道連接設備，甚至引發安全事故。

1 天然氣場站管道干燥的意義

天然氣場站運營單位對內部管道的投產前干燥重視程度日益明顯，雖然我國在管道干燥理論研究取得了一定的成效，但是到實地場站干燥的應用還存在諸多問題。隨著國內天然氣管道里程不斷增長，管道干燥的市場日益擴大，如何采用因地制宜的干燥方法，提升場站管道干燥效率，成為當前管道干燥技術的難點。通過對比研究國內與國際現階段的管道干燥技術并對它們開展橫向對比分析，總結出天然氣場站管道干燥效率高、效果好、周期短、性能強的干燥方式，為天然氣場站安全運行奠定堅實的基礎。

2 天然氣場站管道干燥措施

2.1 干燥劑干燥

(1)干燥原理。依據使用試劑的不同可分為甲醇干燥、乙二醇干燥、三甘醇干燥。利用三種干燥劑與水進行互溶的特性來降低溶液中水的飽和蒸汽壓，還能夠降低水合物的形成溫度，留存在管道內的干燥劑又起到抑制水合物形成的作用，從而變成水合物抑制劑，達到場站管道除水、干燥的目的。在實際現場應用時，鑒于干燥劑的成本，一般選用甲醇作為干燥劑。

(2)干燥工藝。干燥劑法對天然氣場站管道進行干燥一般采用氣推法。由于天然氣場站內工藝管道具有單位空間內管道布置密度大并且管道間交叉穿越、場站內直線管道里程短、管道連接設備較多等特點使得站內管道無法實現清管器推送干燥劑，只能采用氣推法。醇類干燥劑干燥法采用的動力推動氣多為氮氣或天然氣，嚴禁使用干空氣。未投產的天然氣場站可使用氮氣作為動力源，對于即將投產或已投產天然氣場站可采用天然氣作為動力推動氣。醇類干燥劑采用注射裝備在動力氣源頭處一同注入場站管道，同時要在場站管道干燥的末端安裝積水設備，干燥劑用量通常是管道中殘留水量的3～4 倍，殘留水量的計算需要根據除水后水膜厚度算出以水膜形式存在的水量，加上可能在低洼地段存留的當量水量。

(3)適用范圍。醇類干燥劑能用于天然氣長輸管道場站及城市管網門站的不同管徑、不同長度的管道干燥。干燥過后會造成管道內壁殘留一層薄膜，地勢較低段會存留一定量的醇類混合物，混合物中會含有部分游離態的水，天然氣中的酸性氣體遇到存留的水會生成酸性物質，使管道內部產生應力腐蝕，危害管道的安全運行，所以醇類干燥法不適用于含硫天然氣場站的干燥。醇類具有易燃、易爆、劇毒等特性，現場操作的技術難度比其它干燥方法大，對天然氣氣質影響較大。

醇類干燥法是天然氣場站管道干燥最早采用的方法，當今世界各國對環境保護要求嚴格，醇類干燥法使用越來越少。

2.2 氣體蒸發干燥

氣體蒸發法是采用流動的干燥氣體把殘留在管道內壁以及低洼處的水帶出管道達到干燥的目的。流動干燥氣體可分為天然氣干燥法、氮氣干燥法、干空氣干燥法。

(1)天然氣干燥法。天然氣干燥法是在場站內管道試壓排水并完成氮氣置換后，采用天然氣的流動將管道內殘留的游離水帶出管道達到干燥的目的。這種方法多用于輸送壓力較低、管道口徑較小、輸送距離短并且當地地溫相對較高的場站。現今，我國天然氣場站管道都為大口徑尺寸，此方法不適用現代場站的管道干燥。天然氣干燥法存在水合物聚集縮小天然氣流通面積，降低局部壓力造成水合物聚集地冰堵，管道中游離水會與天然氣中的酸性氣體發生結合形成酸性物質，對管道內涂層及環焊縫產生應力腐蝕。天然氣干燥持續周期長，增加了輸送天然氣的水含量容易使氣質不達標。

(2)氮氣干燥法。采用氮氣將管道內殘余的游離水帶走而達到干燥目的。鑒于場站現場是的工作環境，氮氣只能采用液氮汽化生產，液氮生產的氮氣水露點低于-70℃。此方法氮氣耗量較大，成本高，氮氣排放量大，會有排氣口周圍人員窒息的隱患。氮氣干燥通常用于城市門站、礦井集輸場站、小口徑場站。此方法不適用于大口徑天然氣長輸管道的場站干燥。

(3)干空氣干燥法。干空氣干燥法是采用露點低于-40℃的干空氣將管道內殘留的游離水帶走從而的方法。干空氣進入場站管道后會被殘余的游離水飽和成濕空氣，一部分水分隨空氣被帶出管道。在場站管道的出口端要不斷監測出口空氣的水露點，直至達到干燥預定值，表明管道處于干燥的狀態。

場站管道殘留的水量不同，沒有內防腐層的管道干燥可采用干空氣干燥。采用干空氣進行干燥，管道內壁的游離水很容易被干氣吸收，它不但適用于小口徑場站，也適用于大口徑天然氣長輸管道場站。

2.3 真空干燥

(1)干燥原理。利用水在低壓工況下實現低溫沸騰汽化的特性實現干燥。采用真空泵從管道中抽氣降壓，直至達到管壁溫度下水的飽和蒸汽壓，留在管道內壁上的水會因為飽和蒸氣壓降低而產生沸騰并且迅速汽化，跟隨空氣一同排出。

(2)干燥工藝。首先要降低管道壓力，對場站管道開展排氣降壓，除去管道殘留的水蒸氣和空氣，管道內部壓力降低使得水的飽和蒸氣壓降低。其次進行管道游離水蒸發工藝，管內壓力達到游離水的飽和蒸汽壓，游離水沸騰蒸發，隨著真空泵使管內壓力不斷降低，水分也不斷蒸發彌補壓降損失，該工藝步驟是真空趕在的主要過程，耗時較長。最后為真空干燥過程，在此之前要保證管道中的水已全部蒸發，真空泵持續工作使得管道內部壓力再次降低直至所有的空氣已被抽出，計算管道中的水露點，達到驗收標準后，管道干燥完成。

(3)適用范圍。真空干燥法一般用于小直徑管道及局部管道的干燥。此外，真空干燥效果好、安全性高、成本小，是理想的干燥方法。在場站干燥過程中，各種工藝管線尺寸不同、錯綜相連，管道中會有一些死水并不能采用氣體蒸發干燥方法進行干燥，如果一直用干氣進行吹掃，不僅需要的時間長，并且干燥效果不理想。真空干燥很好的解決這種問題，結合氣體蒸發干燥，場站管道內部水分會被徹底干燥。

3 結語

天然氣場站管道交縱復雜，場站空間受限，管道連接設備較多導致部分國內外先進干燥技術無法在場站中應用，本文探究出適用于天然氣場站管道干燥的方法，能夠大大提高場站管道干燥作業的效率，保障輸氣場站順利投產運行。綜上所述天然氣場站管道干燥方法有以下特點：場站管道在試壓排水結束后，會存在部分游離水，沒有內防腐層的管道水與管道空氣結合會發生電化學腐蝕，有內防腐層的管道游離態的水會使內涂層變軟甚至降解，縮短管道運營壽命，降低場站管道運行的安全系數；干燥劑干燥法是天然氣場站管道干燥應用較早的方法，但醇類干燥劑會破壞管道內涂層，其應用越來越少；采用干空氣對場站管道進行干燥，管道內壁的游離水很容易被干氣吸收，氣體蒸發干燥不但適用于小口徑場站，也適用于大口徑天然氣長輸管道場站，經濟性能高；真空干燥法可適應站場各種口徑的工藝管線，即使管線連接復雜，也能保證較好的干燥效果。