注氮封存與置換工藝技術(shù)在青靖線輸氣管道應(yīng)用

馬毛東，鐘 磊，謝登科

(陜西延長石油(集團(tuán))管道運(yùn)輸輸氣第一分公司，陜西 榆林 718500)

天然氣管道投產(chǎn)運(yùn)行，就是使新建管道內(nèi)充滿天然氣并且使其達(dá)到管輸壓力運(yùn)行三天的過程。具體就是先在管道中注入適合的氮?dú)猓压艿纼?nèi)的空氣替換出來，再將氮?dú)鈴墓艿乐惺褂锰烊粴馓鎿Q出來，在替換過程中并不是在管道中完全注入氮?dú)?，而是在注入首站和某一截?cái)帱c(diǎn)間注入。天然氣推著這段惰性氣體前進(jìn)，而氮?dú)舛蝿t推著動(dòng)空氣排出管道，直至管道內(nèi)充滿天然氣。從而完成管道投產(chǎn)試運(yùn)行。

1 置換工作原理

關(guān)閉作業(yè)段管道兩端的線路截?cái)嚅y，對(duì)碰口作業(yè)段管道內(nèi)天然氣進(jìn)行點(diǎn)火排放，當(dāng)管內(nèi)壓力達(dá)到微正壓(285～1177 Pa) 范圍時(shí)，停止放空，將液氮罐車、低溫液體泵、汽化器通過高壓軟管與站場(chǎng)(閥室)預(yù)留注

氮閥門連接好，打開閥門注入氮?dú)?，在另一站?chǎng)(閥室)打開放空閥排放，并在壓力表接口處和碰口點(diǎn)打孔用可燃?xì)怏w分析儀持續(xù)檢測(cè)管內(nèi)天然氣含量，當(dāng)濃度小于爆炸下限的25%時(shí)認(rèn)為置換合格，才能動(dòng)火。

2 注氮方式及置換要求

2.1 置換方式選擇

天然氣管道投產(chǎn)置換采取“氣推氣”置換方式。根據(jù)管道工程的實(shí)際情況，需要選擇一處注氮點(diǎn)，置換天然氣時(shí)把空氣和天然氣分隔開。

站場(chǎng)工藝流程的置換采用同步置換方式，管道置換完畢后開始進(jìn)行站內(nèi)管道設(shè)備置換，按照工藝流程的主次分路置換，選擇工藝流程的末端進(jìn)行放空。

2.2 推進(jìn)速度控制

在置換過程中，使用下列公式確定是否出現(xiàn)分層：

其中：g—重力加速度，9.81 m/s2；

D—管道內(nèi)徑，m；

ρa(bǔ)、 ρb—分別為兩種氣體的密度，kg/m3；

υ—平均速度，m/s；

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取R#=1時(shí)置換速度為：

天然氣—氮?dú)猓?υ≥1.96 m/s (7.06 km/h)，

氮?dú)狻諝猓?υ≥0.447 m/s (1.6 km/h)。

依據(jù)相關(guān)條款要求，天然氣置換時(shí)的推進(jìn)速度約為5～6 m/s。氮?dú)庵脫Q速度控制要求:0.6～1 m/s。

3 注氮置換在青靖線的應(yīng)用

考慮到本工程線路較短，因此全線選用通徑較為合理，有利于施工，而且便于投產(chǎn)后的運(yùn)營管理。本次初步設(shè)計(jì)采用對(duì)試運(yùn)行管道采用注氮封存及置換工藝技術(shù)，根據(jù)管道投產(chǎn)氮?dú)庵脫Q的注氮設(shè)施、注氮位置、注氮量、注氮溫度、注氮速度及氮?dú)夥獯娣秶燃夹g(shù)參數(shù)[1]，以及預(yù)定的推進(jìn)速度，確定不同置換長度時(shí)的注入點(diǎn)壓力，達(dá)到適時(shí)調(diào)節(jié)與優(yōu)化控制等方面研究[2]，以達(dá)到安全置換的目的。

為了滿足氮?dú)庵脫Q過程中，氮?dú)忸^在管線中流動(dòng)速度在0.6～1.0 m/s(相對(duì)應(yīng)流量計(jì)算在附件)，注氮設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：氮?dú)饧兌却笥?8%；注氮設(shè)備出口溫度最低5 ℃；注氮設(shè)備氮?dú)獬隹趬毫υ?.1～0.5 MPa之間；注氮設(shè)備上應(yīng)安裝流量控制和檢測(cè)設(shè)備；設(shè)備注氮量最低每小時(shí)1000 Nm3。氮?dú)夥侄渭白⑷肓坑?jì)劃見表1。

表1 氮?dú)夥侄渭白⑷肓坑?jì)劃表

實(shí)際應(yīng)用時(shí)按1 t液氮可轉(zhuǎn)化為700 Nm3計(jì)算，則本工程共需要液態(tài)氮約15 t。

根據(jù)青靖線實(shí)際工況，選擇注氮設(shè)備為注氮能力不低于1000 Nm3/h，制氮濃度>98%，出口壓力0.8～1.0 MPa，出口溫度45 ℃。

圖1 氮?dú)馓烊粴庵脫Q示意圖

天然氣推進(jìn)速度以18 km/h計(jì)算，從青陽岔首站及進(jìn)天然氣，進(jìn)氣量為每天1×104Nm3。本工程干線全長34.4 km，投產(chǎn)從青陽岔首站至榆林能化末站干線34.4 km，預(yù)計(jì)氮?dú)忸^到達(dá)所需的時(shí)間是0.42 h，天然氣頭到達(dá)末站所需時(shí)間為3 h；氮?dú)?空氣混氣段到達(dá)各站場(chǎng)閥室的預(yù)測(cè)時(shí)間見表2。

表2 氮?dú)?空氣混氣段到達(dá)各站場(chǎng)閥室的預(yù)測(cè)時(shí)間表

東灣閥室注氮置換量為10500 m3，平均壓力為0 .05 MPa，管容為174.42 m3/km，則計(jì)算氮?dú)庵L度為：

10500/(174.42×1.5)=40.1 km

4 結(jié)論

本文綜合青靖線管道試運(yùn)行投產(chǎn)實(shí)際工況，確定合理的天然氣管道投產(chǎn)工藝注氮量、注氮溫度、注氮速度、注氮點(diǎn)、置換速度、等關(guān)鍵投產(chǎn)技參數(shù)，合理控制天然氣推進(jìn)速度，以確保安全平穩(wěn)地進(jìn)行試供氣作業(yè)。