天然气管道干燥施工方法

2020-05-22 10:01:30

天然气管道干燥施工方法

天然气管道在投产试用前进行干燥施工作业,主要是解决管道中积水问题。 管道中含有水,不仅会腐蚀管道内壁和附属设备,影响天然气质量,而且在一定 温度、压力作用下,还会形成水合物,严重影响天然气管道的安全平稳运行。在 以往的输气管道建设中,由于忽视输气管道的干燥问题,经常出现冰堵或损坏阀 门附件事故,给管道运营带来极大的安全隐患。目前,天然气管道的干燥问题逐 步被各施工、运营和使用单位所重视,对管道干燥方法、工艺、施工技术的研究, 必将有力推动我国管道干燥技术的全面发展。

一、天然气管道干燥的必要性 目前很多管道在投产前所进行的管道试压中,大部分采用的是水试压,这也 是最安全的一种试压方式,但也为今后的管道运行留下了一定的安全隐患。在清 管过程中,由于很难将管道内的积水全部清理干净,管道内部积水,对长输管道 而言,危害极大。管道内残留液态水会产生以下几个方面的危害。 (1) 管道中残留的液态水是造成管道腐蚀的主要原因。天然气中的少量酸性气 体,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。内部腐蚀是影响管道系统使用寿命及其可靠性的重要原因,也是引 发管道事故的重要原因,因管道内部腐蚀造成的事故在输气管道事故中占很大比 例。有关资料表明,苏联在 1981~1990 年的 10 年间,因内部腐蚀引起的事故有 52 次,占事故总数的 6.9%;美国在 1970~1984 年的 14 年间,因内部腐蚀引起 的事故有 428 次,占事故总数的 7.3%。 (2) 管道中液态水是形成天然气水合物的必要条件之一。天然气水合物又称固 态甲烷,由天然气与水组成,呈固体状态,其外貌很像冰雪或固体酒精,点火即 可燃烧,因此有人称其为可燃冰、气冰、固体瓦斯。天然气水合物的结晶格架主 要由水分子构成,在不同的低温高压条件下,水分子结晶形成不同类型多面体的 笼形结构。形成水合物有两个条件,一是管道内有液态水或天然气处于水蒸气的 过饱和状态;二是管道内的天然气要有足够高的压力和足够低的温度。天然气水 合物一旦形成后,就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,从而造成管道、阀门和一些设备的堵塞,严重影响管道的安全运行。 (3) 天然气含水量上升将降低天然气质量。管道内液态水的存在会降低管道的 输送能力,还会使天然气的含水量升高,从而导致天然气的质量下降,严重影响 用户的正常使用。 在天然气管道投运前,应严格按照国家标准《天然气管道试运行投产规范》 (GB50251—94)对天然气管道进行脱水、干燥处理,是管道内空气露点达到规定 的要求。确保管道安全平稳运行,满足客户对天然气质量的要求。 二、天然气管道干燥方法的比较 对输气管道进行干燥的主要目的,是将清管扫线后残存的液滴和气态水清除 掉。待管道干燥合格后还应采取必要的措施,防止湿空气重新进入管道。天然气 管道干燥合格的标准是水露点小于一 20C。目前,对管道干燥处理有以下 4 种方 法,干空气干燥法(干空气加清管干燥列车)、真空泵干燥法、氮气干燥法以及脱 水清管列车干燥法(天然气驱动甲醇等)。但应用于工业现场的管道干燥施工方法 主要有 3 种,即干燥剂干燥法、真空泵干燥法和干空气干燥法。 1、干燥剂干燥法 干燥剂干燥法一般用甲醇、乙二醇或三甘醇作为干燥剂,干燥剂和水可以任

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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 在管道中的干燥剂同时又是水合物抑制剂,能抑制水合物的形成。在应用过程中, 由于乙二醇或三甘醇的价格费用较高,故一般选用甲醇作为干燥剂。随着工业生 产重视环境程度的不断提高,干燥剂干燥法在工业现场的应用受到一定限制。

2、真空泵干燥法 真空泵干燥法是指采用真空泵通过减小管内压力,使附着在管内壁上的水分 沸腾汽化,达到除净管内自由水的一种方法。真空泵干燥法对系统、设备的质量 要求较高,在实际工业生产中应用前景广阔。 3、干空气干燥法 干空气干燥法是指将干燥空气低压进入管道内进行吹扫,利用低露点空气对 水分的吸附能力,达到对管道进行干燥的目的。在理想状态下,管道内的水会被 低露点干燥空气吸附,并被后面的干燥空气吹出管道。但在实际中,干空气不可 能完全将已吸附水分的湿空气吹出管道。尽管这种干燥方法的干燥效率并不高, 但对于变径管道和无法使用清管器的管道,如果采用干空气进行管道干燥,是一 种可行的施工方法。

三、干空气通球干燥施工技术 西气东输工程采用的天然气管道干燥方法主要是干空气干燥法,干空气干燥 法主要有两种施工方法,一种是直接采用干燥空气对管道进行吹扫;另一种是结 合使用清管器对天然气管道进行干燥。从干燥效率和效果上,前者不如后者;从 应用范围上,后者更适用于通径管道,而前者适用于所有管道,包括变径管道和 天然气场站。 干空气通球干燥法的施工步骤为,在管道中预先放置 1 枚或数枚高密封机械 清管器或泡沫清管器,以低露点干燥空气为动力推动清管器前行,通过清管器的 隔离作用,完成干空气和湿空气的置换过程(见图 1)。在末站设置一个水露点检 测点,通过干空气与湿空气的不断置换,反复检测干空气的水露点,直至水露点 达到规范要求为止,管道干燥过程见图 2。这种干燥方法适合于长距离通径管道 的干燥。

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1、 干燥流程 高密封直板混合清管器主要由 2 片聚氨酯皮碗、4 片密封板和 2 片支撑板组成。 能够有效地清除管道内的积水,提高清管效率。高密封直板混合清管器见图 3。

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泡沫型清管器外表光滑带微孔,有一定的吸水能力.可以推出管内湿空气, 分散积水,能够在管道内行走 100km。通过对泡沫清管器清管前后的称重,可以 确定管内的含水量是否达到了干燥标准。若含水量过高,则需要用高密封直板清 管器进行清管,然后再用泡沫清管器清管检测。或利用清管列车来提高清管效率 和干燥质量。清管列车见图 4。

2、 干燥合格标准及注意事项 (1)清管、干燥的合格标准是管道内水膜厚度不大于 0.1mm。 (2)根据情况可对泡沫清管器进行称重,如含水量偏高,可进行一次高密封直 板清管器清管。 (3)验收时如发现与合格标准仍有一定差距,可直接用干空气低压吹扫,直至 达到合格标准为止(水露点小于-20℃)。 (4)为了收到更好的干燥效果,泡沫清管器的速度应控制在 0.5~1m/s。 (5)干燥合格后如不立即进行注氮或置换,应采用 0.02~0.05MPa 的干空气填

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充密封。 3、 清管器的速度控制 根据规范,清管器的运行速度宜控制在 12~18km/h,具体方法是根据各监测

点的数据报告,计算清管需要的风量和压力,通过调节压风车排量来控制清管器 的速度。

4、干燥需要的设备 管道干燥所需的设备有高压风机(奥地利生产的 LMF-120/15、LMF-70/150 和美 国库伯公司生产的 40X-8-70/150)、清管器(高密封直板清管器、普通皮碗清管器、 泡沫清管器信号发射机、清管器信号接收机)以及便携式指示仪。 四、结束语 目前国外任何一条高标准的管道,无论是气压试验还是水压试验,都要经过 干燥处理。由于管道干燥方法很多,欧洲公司大都采用真空干燥法,美国、加拿 大等都采用干空气干燥法,天然气管道干燥技术在国内刚刚起步,但已经越来越 受到重视,特别是在西气东输管道上采用干燥工艺,必将会促进国内天然气管道 干燥施工理论和实践的不断完善。

向苍义整理编制 2010 年 8 月 6 日

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