長距離天然氣管道干空氣干燥技術(shù)現(xiàn)狀與展望

葛 華，李開鴻，王壘超，陳 莎，徐 強(qiáng)，李自力

(1.國家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司，四川成都 610400;2.中國石油大學(xué)(華東)儲運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東青島 266580)

0 引言

天然氣長輸管道在投產(chǎn)前需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)，以檢測管道的強(qiáng)度和完整性。水壓試驗(yàn)結(jié)束后，管內(nèi)大部分積水可以經(jīng)過通球掃線程序掃出，但仍有小部分積水殘留在管內(nèi)。這部分殘留水主要來自于地勢低洼地段的積水以及附著在管壁的水膜，很難通過簡單的通球方式清除，并且會對管道造成很大危害[1-6]。首先，天然氣中存在H2S、CO2等少量的酸性氣體，這些物質(zhì)會與管道中的殘余水反應(yīng)生成酸性物質(zhì)，加速管道和設(shè)備的腐蝕，影響管道的使用壽命及其可靠性[7-8]。其次，管道內(nèi)的殘余水在合適的溫度、壓力、氣體飽和度等條件下會與天然氣形成固態(tài)結(jié)晶水合物，引起管道或儀表閥門等設(shè)備的堵塞，嚴(yán)重影響管道的安全運(yùn)行[9-13]。再者，天然氣中含水量的增加會顯著降低天然氣的品質(zhì)，影響下游用戶的正常使用。最后，管道中的液態(tài)水和水蒸氣的存在會造成管道輸送能力的下降[14]。綜上所述，殘留積水對天然氣長輸管道有極大的危害性。因此，在管道正式投入運(yùn)行前，必須進(jìn)行干燥處理，以保證天然氣長輸管道的長期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，常用的管道干燥技術(shù)有3種：干燥劑法、真空干燥法以及流動氣體蒸發(fā)法[15]。干燥劑法一般使用甲醇、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，而醇類物質(zhì)能夠與水發(fā)生任意比例的互溶，以此實(shí)現(xiàn)管道的吸水干燥。但是由于醇類物質(zhì)易燃，因此該方法對安全性要求很高[16]。真空干燥法主要是通過真空泵減小管內(nèi)壓力，使得管內(nèi)的水分沸騰汽化，以實(shí)現(xiàn)去除自由水的目的。利比亞管道工程中曾應(yīng)用過該方法，結(jié)果表明該方法用于長輸管道的耗時(shí)遠(yuǎn)大于干空氣干燥法[17]，因此該方法更適用于站場管道的干燥。流動氣體蒸發(fā)法根據(jù)不同的氣體類型可以分為干空氣干燥法、氮?dú)飧稍锓ê吞烊粴飧稍锓╗16]。由于干空氣干燥法技術(shù)要求低、干燥速度快，可配合泡沫清管器、空壓機(jī)和空氣干燥機(jī)等輔助設(shè)備縮短干燥時(shí)間，因此得到了廣泛應(yīng)用。

本文首先介紹了干空氣干燥管道的流程和原理，然后重點(diǎn)分析了多種因素對管道干燥效果的影響，介紹了相關(guān)的干燥模型和現(xiàn)場應(yīng)用情況，最后提出目前研究中存在的問題，并展望新的研究方向。

1 干空氣干燥管道的流程和原理

圖1為干空氣干燥的整個流程。壓縮過的空氣經(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)行進(jìn)一步的除水除油，之后進(jìn)入A干燥器。在A干燥器中，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，干空氣分為兩路：大部分干空氣經(jīng)出口過濾器過濾后進(jìn)入用戶，另外一部分會進(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。再生后的B干燥器開始吸附，使得AB干燥器能交替生產(chǎn)出低露點(diǎn)的干空氣。

圖1 干空氣干燥的流程

干空氣法干燥管道的動力來自于干空氣和濕空氣中水汽含量的不同。水汽含量差異越大，干空氣的吸濕率越高，干燥過程越快。在干燥過程中，管道內(nèi)會發(fā)生復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程，其總的露點(diǎn)變化如圖2所示[18]。A～D段的露點(diǎn)變化曲線對應(yīng)初步干燥過程。由于該過程為瞬態(tài)傳熱、傳質(zhì)過程，管道內(nèi)的液態(tài)水較多，干空氣很容易達(dá)到飽和狀態(tài)，因此露點(diǎn)降較慢。進(jìn)行初步干燥時(shí)，采用露點(diǎn)為-40 ℃的干空氣對管道進(jìn)行吹掃，吹掃過程中，間歇性發(fā)送泡沫清管器以達(dá)到攤開液態(tài)水的目的。由于管道中的空氣水分含量與干空氣的水分含量存在差值，在向管道中鼓入低露點(diǎn)空氣時(shí)，水分會被瞬間吸附到干氣流中。水分含量差越大，管道干燥速度越快[19]。當(dāng)管內(nèi)無明水且管道終點(diǎn)的露點(diǎn)達(dá)到0 ℃時(shí)，初步干燥停止。

圖2 干空氣干燥過程的露點(diǎn)變化曲線圖

D～F段的露點(diǎn)變化曲線對應(yīng)深度干燥階段。由于管道內(nèi)積存的液態(tài)水大多已被帶出，干空氣與管壁上的水膜進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱后不再飽和，因此繼續(xù)用干空氣吹掃，能迅速地降低管道內(nèi)氣體的露點(diǎn)。進(jìn)行深度干燥時(shí)，采用露點(diǎn)為-40 ℃的干空氣對管道進(jìn)行持續(xù)吹掃，直至管道出口干空氣露點(diǎn)低于-20 ℃。隨后繼續(xù)吹掃直至管道后端的濕空氣完全被干空氣置換排出。深度干燥過程中是否通泡沫清管器依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況而定。

F～G段的露點(diǎn)變化曲線對應(yīng)吸水過程。這是因?yàn)楣艿纼?nèi)的某些地段還存在少量的液態(tài)水，例如管壁上的水膜。這些液態(tài)水會蒸發(fā)并補(bǔ)充到管道內(nèi)空間，導(dǎo)致露點(diǎn)重新上升。在吸水過程后，需要重新進(jìn)行干空氣的間隔吹掃，使露點(diǎn)低于-20 ℃，并完全清除管道內(nèi)存在的液態(tài)水。

吹掃過程結(jié)束后，需要向管道內(nèi)注入露點(diǎn)不低于-40 ℃、壓力為50～70 kPa的微正壓干空氣，進(jìn)行4 h的密閉觀察，并在密閉結(jié)束后對管道末端的露點(diǎn)進(jìn)行檢測：如果露點(diǎn)升高不超過3 ℃且不高于-20 ℃則視為合格[20-24]。理想情況下，管道末端的空氣露點(diǎn)可以在-40 ℃以下，但在實(shí)際施工中，露點(diǎn)只要達(dá)到-20 ℃即可，原因有兩點(diǎn)：在管道投入使用前，管道內(nèi)的空氣會被干燥的氮?dú)饣蛱烊粴馊〈?；即使不向管道?nèi)注入氮?dú)饣蛱烊粴饷芊猓?20 ℃露點(diǎn)下空氣含水量為0.885 3 g/m3，相當(dāng)于管壁殘余水分為1.3～2.1 mg/m2，這種程度的殘余水分不會導(dǎo)致內(nèi)壁被腐蝕。因此實(shí)際施工時(shí)露點(diǎn)達(dá)到-20 ℃即可。

2 干空氣干燥影響因素分析

2.1 干空氣的露點(diǎn)

飽和空氣的含水量與溫度、壓力有關(guān)，溫度越高、壓力越低時(shí)，飽和空氣的含水量就越大，單位體積的干空氣可攜帶出的水分就越多。因此，工程上一般使用高溫低壓氣體。干燥時(shí)間與干空氣露點(diǎn)的關(guān)系曲線如圖3所示。干空氣露點(diǎn)越低時(shí)，所需干燥時(shí)間越短；但當(dāng)露點(diǎn)低于-50 ℃時(shí)，干燥時(shí)間的斜率變化很小，表明干空氣露點(diǎn)降低對加速管道干燥效率的能力越來越小[25-27]。工程應(yīng)用時(shí)需要兼顧經(jīng)濟(jì)性，干空氣的露點(diǎn)越低，其相應(yīng)的制取費(fèi)用就會越高，因此將露點(diǎn)控制在-40～-50 ℃最合適。此外，干空氣的初始溫度不能過高，否則管道前端過度吸收的水分會隨著沿程溫度的降低在管道后端析出，同時(shí)管道內(nèi)壁和內(nèi)涂層會因?yàn)楦邷囟鴵p壞，導(dǎo)致管壁粗糙度受到影響。

圖3 干燥時(shí)間與干空氣露點(diǎn)關(guān)系曲線

2.2 環(huán)境溫度

楊宇等[18]發(fā)現(xiàn)：干空氣干燥管道的時(shí)間隨環(huán)境溫度的增加而縮短，隨水膜厚度的增加而增加；相比于環(huán)境溫度升高引發(fā)的直接傳質(zhì)傳熱效應(yīng)，間接的液膜分布及厚度改變而帶來的影響可以忽略。干燥時(shí)間與環(huán)境溫度的關(guān)系曲線如圖4所示，隨著環(huán)境溫度的升高，干燥時(shí)間明顯縮短。由于管道與外界環(huán)境存在傳熱現(xiàn)象，環(huán)境溫度升高會導(dǎo)致管壁的溫度上升，管道內(nèi)壁的水分加速蒸發(fā)，液態(tài)水向干空氣傳質(zhì)的潛力隨之變大。同時(shí)，溫度的升高會導(dǎo)致空氣的飽和含水量提高，干空氣的吸水能力變強(qiáng)，干燥效果變好[18,28]。因此，建議管道干燥的工作在夏季開展，以有效減少干燥時(shí)間，提高干燥效果。

圖4 干燥時(shí)間與環(huán)境溫度關(guān)系曲線

2.3 管道內(nèi)的殘留水量

管道內(nèi)的殘余水量分布與管道內(nèi)壁的水膜厚度以及管道低洼處的存水量有關(guān)。此外，由于長輸管道焊接時(shí)需要對管道末端進(jìn)行倒角，導(dǎo)致管道焊縫內(nèi)壁會缺失大約30 mm的保護(hù)層，使得該部分的粗糙度變大至約40 μm，影響了殘余水量的分布。管道內(nèi)殘余水量取決于清管掃水質(zhì)量：對于有內(nèi)涂層的管道，管道內(nèi)壁粗糙度降低，內(nèi)嵌液膜及吸附態(tài)液膜的厚度隨之減薄，管道內(nèi)的殘余水量較少；對于沒有內(nèi)涂層的管道，如果不考慮地形低洼處及焊縫處的殘余水量，清管器掃水后管內(nèi)殘留水量相當(dāng)于一層0.05～0.1 mm厚度的水膜[29]。殘留水質(zhì)量的計(jì)算公式如式(1)、式(2)所示：

(1)

Di=Dl-2T

(2)

式中：W為殘留水質(zhì)量，kg；Dl為管道內(nèi)徑，m；Di為管道內(nèi)徑減去水膜厚度，m；ρ為水的密度，kg/m3；T為管內(nèi)壁水膜厚度，m；L為管段長度，m。

因此，干燥施工過程中應(yīng)嚴(yán)格把控清管掃水質(zhì)量，根據(jù)現(xiàn)場地形地勢合理劃分干燥管道分段長度，減少管道殘余水量，提高干燥效率。

2.4 干空氣的流量

干空氣干燥時(shí)間與空氣流速的關(guān)系曲線如圖5所示。由圖中可以看出，干空氣的流量越大，其干燥時(shí)間越短。但是管道干燥是一個復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)過程，并非干空氣的流量越大越好，流量過大反而會導(dǎo)致傳質(zhì)過程進(jìn)行得不夠完全，干空氣還未飽和便已流出反應(yīng)區(qū)。同時(shí)，干空氣的流量過大會加速管內(nèi)水分的蒸發(fā)，這將帶走管道內(nèi)的大量熱量，使管道內(nèi)的溫度降低，空氣的飽和水含量下降，管道干燥效果變差。此外，增加干空氣的流量意味著需要更大壓力的空壓機(jī)以及更多制取干空氣的設(shè)備，這將使干燥作業(yè)的成本增加。因此，干空氣的流量需要控制在合適的范圍內(nèi)。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，干空氣的流速一般控制在2～5 m/s的范圍內(nèi)。以西氣東輸干線管道為例，直徑為976 mm長輸管道需要將干空氣的流量控制在5 400～13 500 m3/h范圍內(nèi)。在實(shí)際操作中，須根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備、時(shí)間要求等具體條件來決定流量的大小[30-31]。

圖5 干空氣干燥時(shí)間與干空氣流量關(guān)系曲線

2.5 液態(tài)水的分布狀態(tài)

A. Crivellini等[32]的研究表明：初始水層在管壁內(nèi)的分布是不均勻的，70%的水聚集在底部形成分層水池，其余30%的水沿管壁形成薄膜。所有因粗糙度而嵌在壁面內(nèi)的水，由于受到重力和管道粗糙度的影響，都具有0～3.5×10-2m/s的流動趨勢。因此，初始水膜厚度均勻分布的假設(shè)不符合實(shí)際分布情況，以緩慢且不均勻的運(yùn)動為特征的薄膜分布才符合實(shí)際分布情況。就實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)來看：水在管道中分布越不均勻，水與干空氣的交換面積就越小，干燥速度越慢，干燥時(shí)間越長[33]；水膜厚度越小越均勻，干燥速度就越快，干燥時(shí)間就越短。因此，干燥過程中可以間歇發(fā)送泡沫清管器，將積水推成均勻的薄膜，以增大與干空氣的接觸面積，提高干燥效果。以西氣東輸管道東段的干燥過程為例分析。由于地勢起伏較大，水壓試驗(yàn)后管線低洼處的積水并不能完全清除，中國石油天然氣管道第四工程公司采用了泡沫管道器輔助干空氣連續(xù)吹掃干燥工藝，同時(shí)采用“慢送清管器空氣置換法”，取得了理想的干燥效果。

2.6 干燥管道分段長度的選取

管道干燥分段的長度存在一個合適的區(qū)間：一次干燥長度太短會導(dǎo)致干燥效率不高，增加了干燥設(shè)備的搬遷費(fèi)；一次干燥長度太長會導(dǎo)致干燥設(shè)備的處理負(fù)荷變大，增加了設(shè)備成本和施工難度。因此，在實(shí)際工程中一次干燥管道的長度應(yīng)根據(jù)站場、閥室的布局以及現(xiàn)場試壓情況來確定。綜合考慮，天然氣管道一次干燥的最佳長度為80～150 km。

綜上所述，當(dāng)使用干空氣干燥長輸管道時(shí)，為加快干燥速度，最好使用低壓力(接近大氣壓)、高溫度(40～50 ℃)、低露點(diǎn)、大流量的干空氣。此外需要每隔一段時(shí)間向管道中發(fā)射泡沫清管器，以便更好地?cái)傞_殘留在管道內(nèi)的水。干燥時(shí)間最短不一定最經(jīng)濟(jì)，應(yīng)綜合考慮影響干燥時(shí)間的因素。

3 干空氣干燥機(jī)理模型

干燥過程模擬有2個主要的數(shù)學(xué)模型：基本模型[34-37]及熱量和質(zhì)量平衡模型[38]?；灸Ｐ陀梢幌盗卸囗?xiàng)式方程組成，主要缺陷是在空間上、時(shí)間上都不能預(yù)測空氣-蒸汽混合物中水蒸氣濃度或管道中水量等基本參數(shù)的變化趨勢。熱量和質(zhì)量平衡模型是由偏微分方程組成的一維模型，描述了空氣-蒸汽混合物和液膜中的質(zhì)量和能量守恒。該模型使用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方法，允許計(jì)算干燥空氣剖面中的水蒸氣濃度和剩余水分剖面量，并且沒有忽略溫度隨時(shí)間和空間變化[38]。熱量和質(zhì)量平衡模型的2個方程(即水在蒸氣和液相中質(zhì)量守恒)如式(3)、式(4)所示：

(3)

(4)

式中：A為管道橫截面面積，m2；C為干燥空氣中的水蒸氣濃度；D為管道內(nèi)徑，m；NA為單位面積蒸發(fā)率，kg/(m2·s)；Q為干燥空氣質(zhì)量流量，kg/s；W為單位長度管道的水量，kg/m；ρ為密度，kg/m3。

曹學(xué)文等[28]應(yīng)用質(zhì)量守恒原理和相平衡理論建立了海底輸氣管道干空氣干燥機(jī)理模型和吸水機(jī)理模型，對管壁上的液膜和空氣中的水蒸氣運(yùn)用了質(zhì)量守恒定律，并利用東方1-1氣田平臺間海底輸氣管道干燥工程實(shí)例驗(yàn)證了該模型。

干空氣干燥時(shí)，管道中同時(shí)存在傳熱和傳質(zhì)過程，而管道干燥時(shí)間主要是根據(jù)干空氣的進(jìn)氣端和出氣端的平均露點(diǎn)降來計(jì)算，這將導(dǎo)致不能分階段確定干燥過程和吸水過程的除水能力，據(jù)此確定的管道干燥時(shí)間與實(shí)際數(shù)據(jù)偏差較大。為此，楊宇等[18]針對干空氣干燥時(shí)的傳熱、傳質(zhì)規(guī)律，基于熱力學(xué)基礎(chǔ)理論和方法，建立了干燥階段的瞬態(tài)模擬模型、吸水階段的動態(tài)擴(kuò)散模擬模型，并給出了有限差分求解方法，獲得了干空氣干燥法分階段的真實(shí)干燥時(shí)間計(jì)算方法。付先惠等[39]基于上述理論建立了天然氣管道干燥機(jī)理模型、吸水機(jī)理模型和密閉穩(wěn)定再干燥模型。同時(shí)，他們針對天然氣管道干空氣干燥的工藝特點(diǎn)編制了程序，利用雙廟1井—楊柳埡天然氣管道工程實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證，并優(yōu)化了工藝參數(shù)。分析發(fā)現(xiàn)，干燥時(shí)間隨干空氣流速的增加而縮短，最佳流速為2～5 m/s；干燥時(shí)間隨干空氣露點(diǎn)降低而減小，最佳干空氣露點(diǎn)為-35～-50 ℃；干燥時(shí)間隨環(huán)境溫度的升高而降低，隨管徑增大而增加。

干空氣干燥天然氣管道是傳熱、傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的復(fù)雜過程，其動力來源于空氣與濕空氣之間水蒸氣含量的差值。差值越大，干空氣吸濕的速度越快。因此，干燥過程與濕空氣的性質(zhì)參數(shù)有密切關(guān)系的。萬新強(qiáng)等[31]考慮到蒸氣分壓p及露點(diǎn)ts建立了干空氣干燥的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合公式分析了干空氣的最初含水量、飽和空氣的含水量、管道內(nèi)壁的最初濕度、干空氣的流量及水的分布狀態(tài)對管道干燥效果的影響程度。建立的干空氣干燥數(shù)學(xué)模型如下：

T=M/W

(5)

W=ΔHQ/1 000

(6)

ΔH=Hs-Ho

(7)

M=1 000S·δwater

(8)

S=3.141 59DiL

(9)

Di=D0-2δ

(10)

式中：T為干燥時(shí)間，h；W為干空氣除水能力，kg/h；ΔH為質(zhì)量傳輸勢差，g/m3；M為管道中水的質(zhì)量，kg；S為管道內(nèi)表面積，m2；Di為管道內(nèi)徑，m；D0為管道外徑，m；δ為管道壁厚，m；L為管道長度，m；δwater為水膜厚度，m；Hs、Ho為飽和空氣、干空氣的含水量，g/m3；Q為干空氣體積流量，m3/h。

上述建立的機(jī)理模型都考慮到干空氣干燥過程是瞬態(tài)過程及干空氣壓力較低、溫度不高等實(shí)際工況，并做出了以下簡化假設(shè)[22-23]：干空氣沿管道的流動是穩(wěn)定的，管道內(nèi)的壓力分布可按照單相氣管路進(jìn)行計(jì)算；干空氣可作為理想氣體來處理；水蒸發(fā)引起的溫降可忽略不計(jì)；管壁液膜的厚度均勻一致；干空氣在海底輸氣管線中的流動近似認(rèn)為是等溫氣體流動。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

國外天然氣長輸管道干燥技術(shù)起步較早，發(fā)展也較迅速。歐洲北海的Europipe是管徑1 016 mm、全長620 km、涂敷有內(nèi)涂層的海底天然氣管道，水壓試驗(yàn)后采用清管列車除水，后用干空氣法對管道實(shí)施干燥。除水清管列車經(jīng)過支線時(shí)會使一部分水漏出，導(dǎo)致除水清管列車經(jīng)過后管道中仍殘留一些游離水積在管道底部。為了解決這個問題，在主除水清管列車后增設(shè)了掃線清管器，將這些水部分清出，并將積水在一定程度上分散開，以增加干燥效果。清管列車通過后，用干空氣法對管道實(shí)施干燥，并在干燥作業(yè)后用氮?dú)庵脫Q管道中的空氣，最后引入天然氣完成投產(chǎn)。經(jīng)測算，減壓和干燥過程大約有18 m3水被除去，相當(dāng)于除水清管器在管道內(nèi)壁遺留了一層0.01 mm厚的水膜，達(dá)到了很好的除水效果[5]。

自20世紀(jì)90年代開始，國內(nèi)逐漸開始對重要管道進(jìn)行干燥處理。1992年建成的上海平湖海底輸氣管道采用了凝膠清管器夾帶二甘醇的干燥方法進(jìn)行干燥；1997年建成的陜京輸氣管道采用甲醇干燥法進(jìn)行干燥，但干燥不徹底，效果不太理想，導(dǎo)致后來發(fā)生了水合物冰堵事故；2000年，京石輸氣管道采用干空氣干燥；2001年建成的澀寧蘭輸氣管道中的9.5 km試驗(yàn)段采用了干空氣法進(jìn)行干燥；2002年建成的滄淄輸氣管道全線采用干空氣法進(jìn)行干燥；2003年,西氣東輸管道工程全線采用干空氣干燥；2004年,忠武線全線采用真空法進(jìn)行干燥[5]。郝建斌等[1]以澀寧蘭輸氣管道中9.5 km水試壓段采用干空氣吹掃法的除水干燥試驗(yàn)為例，對管道除水效果及除水干燥中露點(diǎn)的變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：天然氣管道應(yīng)用干空氣干燥法具有經(jīng)濟(jì)、工藝過程易控制等優(yōu)點(diǎn)，適合在輸氣管道中推廣應(yīng)用。萬新強(qiáng)等[31]通過對忠武線進(jìn)行干空氣干燥得出以下結(jié)論：長距離天然氣管道采用干空氣進(jìn)行干燥是最佳選擇；干燥時(shí)間的長短取決于管道試壓后的掃水效果、是否使用泡沫清管器、干空氣的排量和最終露點(diǎn)要求。曹學(xué)文等[28]利用東方1-1氣田平臺間海底輸氣管道，對干燥機(jī)理模型進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：采用干空氣吹掃法干燥海底天然氣管道是一個不均勻的過程，管道越長或氣體流速越快，不均勻的程度就越明顯，且最后干燥部位會逐漸向管道入口處靠攏；增加氣量可以縮短干燥所需的時(shí)間，但投入費(fèi)用會增加。因此，在實(shí)際操作中需要合理安排氣量的大小。此外，降低管道末端的壓力，保持持續(xù)低壓吹掃可以縮短干燥所需的時(shí)間。楊宇等[18]基于干燥模型獲得了干空氣干燥法分階段的真實(shí)干燥時(shí)間計(jì)算方法，并在雙廟1井—楊柳埡輸氣管道干燥工程中應(yīng)用該計(jì)算方法，結(jié)果表明：該方法計(jì)算的管道干燥時(shí)間結(jié)果符合現(xiàn)場實(shí)際情況，有助于現(xiàn)場管道干燥作業(yè)。

綜上所述，雖然干空氣干燥法應(yīng)用廣泛，優(yōu)勢明顯，但目前仍然存在研究不系統(tǒng)、深度不夠、操作性差等問題。因此，解決管道干燥不徹底、投產(chǎn)初期水含量超標(biāo)的問題，進(jìn)一步開展管道干空氣法干燥的系統(tǒng)研究是非常必要的。以山區(qū)復(fù)雜管道的干燥研究為例，后續(xù)的研究方向可以分為以下3點(diǎn)：

(1)確定山區(qū)復(fù)雜地形管道清管作業(yè)后積水量及積水狀態(tài)的分布規(guī)律。目前，針對山區(qū)管道清管掃水后地形、管道結(jié)構(gòu)、清管方式對管內(nèi)積水分布的影響研究較少，導(dǎo)致清管后不能對管道積水量和積水狀態(tài)進(jìn)行有效地估計(jì)，直接影響了后續(xù)干燥所需干空氣的技術(shù)指標(biāo)、吹掃時(shí)間及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等，導(dǎo)致管道干燥不徹底，所以對山區(qū)地形管道清管作業(yè)后管內(nèi)殘余積水分布規(guī)律的確定是后續(xù)研究山區(qū)管道干空氣干燥的重要基礎(chǔ)。

(2)建立適用于山區(qū)管道的干空氣干燥時(shí)間預(yù)測模型。對山區(qū)大地形起伏管道試壓完成清管掃水后，在地形低洼處的管道內(nèi)仍會存有大量積水，使得與水平管道相比，干空氣吹掃的時(shí)間延長。現(xiàn)有的模型并未考慮該種工況，不能對山區(qū)管道干空氣法所需的吹掃時(shí)間進(jìn)行有效預(yù)測，從而導(dǎo)致管道干燥時(shí)間短、干燥不徹底，所以需要形成山區(qū)管道的干空氣干燥時(shí)間算法，建立適用于山區(qū)管道的干空氣干燥時(shí)間預(yù)測模型。

(3)編制山區(qū)天然氣管道干空氣干燥技術(shù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。SY/T 4114—2016《天然氣管道、液化天然氣站(廠)干燥施工技術(shù)規(guī)范》和CDP-G-OGP-OP-027-2012-1《油氣管道清管、試壓及干燥技術(shù)規(guī)定》并未考慮山區(qū)地形起伏及掃水后管道內(nèi)殘余積水分布對干燥的影響，使得根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施干燥作業(yè)后山區(qū)管道干燥不徹底，所以編制山區(qū)天然氣管道干空氣干燥技術(shù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是解決干空氣干燥法山區(qū)適用性問題的關(guān)鍵。

5 結(jié)束語

為了使干空氣干燥管道的效果達(dá)到最佳，干燥時(shí)間最短，在兼顧經(jīng)濟(jì)性的情況下，建議采用壓力、露點(diǎn)盡可能低，氣體流量盡可能大的熱氣體。同時(shí)，在干燥過程中可以輔助使用泡沫清管器，將積水在管道內(nèi)壁攤成均勻的薄膜，以提高干燥速率。在干燥過程中應(yīng)該綜合考慮影響干燥時(shí)間的各種因素，控制其在一個合理的范圍內(nèi)。

目前建立的干燥模型都基于理想化假設(shè)，這將導(dǎo)致干空氣干燥法干燥時(shí)間的預(yù)測偏差。此外，現(xiàn)有的模型并未考慮起伏管道，不能對山區(qū)管道現(xiàn)場干空氣干燥法的干燥時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，從而導(dǎo)致干燥時(shí)間過短、干燥不徹底的情形。

國內(nèi)干空氣管道干燥技術(shù)起步較晚，雖然干空氣干燥應(yīng)用廣泛，優(yōu)勢明顯，但目前仍然存在研究不系統(tǒng)、深度不夠、操作性差等問題。對于干空氣干燥技術(shù)主要還是基于理論研究部分，進(jìn)一步開展管道干空氣法干燥的系統(tǒng)研究，推進(jìn)干空氣干燥的現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)程是非常必要的。