天然氣場(chǎng)站管道干燥方法研究

劉凱 王波 楊碩林

(1.山東化工職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261100；2.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100)

0 引言

為了消除新建設(shè)的天然氣場(chǎng)站內(nèi)管道存在的隱患和缺陷，在投產(chǎn)運(yùn)行前需要對(duì)場(chǎng)站管道進(jìn)行嚴(yán)密性與氣密性壓力試驗(yàn)，當(dāng)用水作介質(zhì)進(jìn)行場(chǎng)站管道試壓時(shí)，試壓結(jié)束后管道內(nèi)壁會(huì)存留一層薄薄的水膜，水膜厚度與場(chǎng)站管道內(nèi)壁的粗糙度大致相當(dāng)，厚度約小于等于10μm。天然氣場(chǎng)站在正式投產(chǎn)前若不清除管道中的游離水，投產(chǎn)后容易導(dǎo)致管道內(nèi)壁腐蝕，形成天然氣冰堵，降低管道的輸氣能力，影響輸氣質(zhì)量，同時(shí)損壞管道連接設(shè)備，甚至引發(fā)安全事故。

1 天然氣場(chǎng)站管道干燥的意義

天然氣場(chǎng)站運(yùn)營(yíng)單位對(duì)內(nèi)部管道的投產(chǎn)前干燥重視程度日益明顯，雖然我國(guó)在管道干燥理論研究取得了一定的成效，但是到實(shí)地場(chǎng)站干燥的應(yīng)用還存在諸多問(wèn)題。隨著國(guó)內(nèi)天然氣管道里程不斷增長(zhǎng)，管道干燥的市場(chǎng)日益擴(kuò)大，如何采用因地制宜的干燥方法，提升場(chǎng)站管道干燥效率，成為當(dāng)前管道干燥技術(shù)的難點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比研究國(guó)內(nèi)與國(guó)際現(xiàn)階段的管道干燥技術(shù)并對(duì)它們開展橫向?qū)Ρ确治觯偨Y(jié)出天然氣場(chǎng)站管道干燥效率高、效果好、周期短、性能強(qiáng)的干燥方式，為天然氣場(chǎng)站安全運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 天然氣場(chǎng)站管道干燥措施

2.1 干燥劑干燥

(1)干燥原理。依據(jù)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(jìn)行互溶的特性來(lái)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(nèi)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(dá)到場(chǎng)站管道除水、干燥的目的。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，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(duì)天然氣場(chǎng)站管道進(jìn)行干燥一般采用氣推法。由于天然氣場(chǎng)站內(nèi)工藝管道具有單位空間內(nèi)管道布置密度大并且管道間交叉穿越、場(chǎng)站內(nèi)直線管道里程短、管道連接設(shè)備較多等特點(diǎn)使得站內(nèi)管道無(wú)法實(shí)現(xiàn)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(dòng)力推動(dòng)氣多為氮?dú)饣蛱烊粴?，?yán)禁使用干空氣。未投產(chǎn)的天然氣場(chǎng)站可使用氮?dú)庾鳛閯?dòng)力源，對(duì)于即將投產(chǎn)或已投產(chǎn)天然氣場(chǎng)站可采用天然氣作為動(dòng)力推動(dòng)氣。醇類干燥劑采用注射裝備在動(dòng)力氣源頭處一同注入場(chǎng)站管道，同時(shí)要在場(chǎng)站管道干燥的末端安裝積水設(shè)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(jì)算需要根據(jù)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(dāng)量水量。

(3)適用范圍。醇類干燥劑能用于天然氣長(zhǎng)輸管道場(chǎng)站及城市管網(wǎng)門站的不同管徑、不同長(zhǎng)度的管道干燥。干燥過(guò)后會(huì)造成管道內(nèi)壁殘留一層薄膜，地勢(shì)較低段會(huì)存留一定量的醇類混合物，混合物中會(huì)含有部分游離態(tài)的水，天然氣中的酸性氣體遇到存留的水會(huì)生成酸性物質(zhì)，使管道內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，危害管道的安全運(yùn)行，所以醇類干燥法不適用于含硫天然氣場(chǎng)站的干燥。醇類具有易燃、易爆、劇毒等特性，現(xiàn)場(chǎng)操作的技術(shù)難度比其它干燥方法大，對(duì)天然氣氣質(zhì)影響較大。

醇類干燥法是天然氣場(chǎng)站管道干燥最早采用的方法，當(dāng)今世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格，醇類干燥法使用越來(lái)越少。

2.2 氣體蒸發(fā)干燥

氣體蒸發(fā)法是采用流動(dòng)的干燥氣體把殘留在管道內(nèi)壁以及低洼處的水帶出管道達(dá)到干燥的目的。流動(dòng)干燥氣體可分為天然氣干燥法、氮?dú)飧稍锓?、干空氣干燥法?/p>

(1)天然氣干燥法。天然氣干燥法是在場(chǎng)站內(nèi)管道試壓排水并完成氮?dú)庵脫Q后，采用天然氣的流動(dòng)將管道內(nèi)殘留的游離水帶出管道達(dá)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(dāng)?shù)氐販叵鄬?duì)較高的場(chǎng)站?，F(xiàn)今，我國(guó)天然氣場(chǎng)站管道都為大口徑尺寸，此方法不適用現(xiàn)代場(chǎng)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(huì)與天然氣中的酸性氣體發(fā)生結(jié)合形成酸性物質(zhì)，對(duì)管道內(nèi)涂層及環(huán)焊縫產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。天然氣干燥持續(xù)周期長(zhǎng)，增加了輸送天然氣的水含量容易使氣質(zhì)不達(dá)標(biāo)。

(2)氮?dú)飧稍锓?。采用氮?dú)鈱⒐艿纼?nèi)殘余的游離水帶走而達(dá)到干燥目的。鑒于場(chǎng)站現(xiàn)場(chǎng)是的工作環(huán)境，氮?dú)庵荒懿捎靡旱a(chǎn)，液氮生產(chǎn)的氮?dú)馑饵c(diǎn)低于-70℃。此方法氮?dú)夂牧枯^大，成本高，氮?dú)馀欧帕看?，?huì)有排氣口周圍人員窒息的隱患。氮?dú)飧稍锿ǔＳ糜诔鞘虚T站、礦井集輸場(chǎng)站、小口徑場(chǎng)站。此方法不適用于大口徑天然氣長(zhǎng)輸管道的場(chǎng)站干燥。

(3)干空氣干燥法。干空氣干燥法是采用露點(diǎn)低于-40℃的干空氣將管道內(nèi)殘留的游離水帶走從而的方法。干空氣進(jìn)入場(chǎng)站管道后會(huì)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(chǎng)站管道的出口端要不斷監(jiān)測(cè)出口空氣的水露點(diǎn)，直至達(dá)到干燥預(yù)定值，表明管道處于干燥的狀態(tài)。

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

2.3 真空干燥

(1)干燥原理。利用水在低壓工況下實(shí)現(xiàn)低溫沸騰汽化的特性實(shí)現(xiàn)干燥。采用真空泵從管道中抽氣降壓，直至達(dá)到管壁溫度下水的飽和蒸汽壓，留在管道內(nèi)壁上的水會(huì)因?yàn)轱柡驼魵鈮航档投a(chǎn)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(duì)場(chǎng)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(nèi)部壓力降低使得水的飽和蒸氣壓降低。其次進(jìn)行管道游離水蒸發(fā)工藝，管內(nèi)壓力達(dá)到游離水的飽和蒸汽壓，游離水沸騰蒸發(fā)，隨著真空泵使管內(nèi)壓力不斷降低，水分也不斷蒸發(fā)彌補(bǔ)壓降損失，該工藝步驟是真空趕在的主要過(guò)程，耗時(shí)較長(zhǎng)。最后為真空干燥過(guò)程，在此之前要保證管道中的水已全部蒸發(fā)，真空泵持續(xù)工作使得管道內(nèi)部壓力再次降低直至所有的空氣已被抽出，計(jì)算管道中的水露點(diǎn)，達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)站干燥過(guò)程中，各種工藝管線尺寸不同、錯(cuò)綜相連，管道中會(huì)有一些死水并不能采用氣體蒸發(fā)干燥方法進(jìn)行干燥，如果一直用干氣進(jìn)行吹掃，不僅需要的時(shí)間長(zhǎng)，并且干燥效果不理想。真空干燥很好的解決這種問(wèn)題，結(jié)合氣體蒸發(fā)干燥，場(chǎng)站管道內(nèi)部水分會(huì)被徹底干燥。

3 結(jié)語(yǔ)

天然氣場(chǎng)站管道交縱復(fù)雜，場(chǎng)站空間受限，管道連接設(shè)備較多導(dǎo)致部分國(guó)內(nèi)外先進(jìn)干燥技術(shù)無(wú)法在場(chǎng)站中應(yīng)用，本文探究出適用于天然氣場(chǎng)站管道干燥的方法，能夠大大提高場(chǎng)站管道干燥作業(yè)的效率，保障輸氣場(chǎng)站順利投產(chǎn)運(yùn)行。綜上所述天然氣場(chǎng)站管道干燥方法有以下特點(diǎn)：場(chǎng)站管道在試壓排水結(jié)束后，會(huì)存在部分游離水，沒有內(nèi)防腐層的管道水與管道空氣結(jié)合會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，有內(nèi)防腐層的管道游離態(tài)的水會(huì)使內(nèi)涂層變軟甚至降解，縮短管道運(yùn)營(yíng)壽命，降低場(chǎng)站管道運(yùn)行的安全系數(shù)；干燥劑干燥法是天然氣場(chǎng)站管道干燥應(yīng)用較早的方法，但醇類干燥劑會(huì)破壞管道內(nèi)涂層，其應(yīng)用越來(lái)越少；采用干空氣對(duì)場(chǎng)站管道進(jìn)行干燥，管道內(nèi)壁的游離水很容易被干氣吸收，氣體蒸發(fā)干燥不但適用于小口徑場(chǎng)站，也適用于大口徑天然氣長(zhǎng)輸管道場(chǎng)站，經(jīng)濟(jì)性能高；真空干燥法可適應(yīng)站場(chǎng)各種口徑的工藝管線，即使管線連接復(fù)雜，也能保證較好的干燥效果。