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1、第20卷 第1 2期油气储运玲新建天然气管道的除水 与干燥技术常.龙苏宏容(中国石 油管道 公司管道科技研究中心)(广州然气 公司)张 黎 ,.建庄(中国 石 油管道 公司管道科技研 究 中心)资常景龙苏宏春 等:新建 天然气管道 的除水与干燥 技 术,油气储运,200 1,20(12 )5一14。摘要综述 了当前新建天然气管道的各 种 除水和干燥技 术。举例介 绍了适合距离较长的管道一次性 完成 除水使用的两类 除水 清管列 车及其技术细节,以及适用于较短距离管 道(段)除水使用 的分多次单发 清 管器的除水方 法和除水技术要点。分别对目前最常用 的真空干燥法、干空气吹扫干燥法和甲醇 扫线干
2、燥法的原理、工艺、技术要点、优 点和 缺 点等进行了论述。提 出了涩宁兰管道选用 干 空气吹扫法干燥 的建议,并对 某管段干燥 需要的时间进行了预测。主题词天然 气管道除水干燥技 术应用一、概述公天然气管道内若有 水存在,不仅会引 起管 内壁和附属设备的腐蚀,使所输产品受到污染,而且在一定温度和压力下天然气将与水结合形成 水合物。水合物大量 形成,会造成 管道堵塞而 引发事故,特别是阀门、仪表管路系统等处 更容易因水合物的形成而失 灵。避 免这些问题的途径是 在新管道水压试验后进行干 燥,彻底 除 去管 道 中的游 离 水和绝 大部 分水蒸气,并在 投人运行后 对所 输天然气进 行净 化,除去
3、其中的水,使其压力露点 处于一1 6一一SC之间。管道干燥是新管道投产作业 的重要一环。天然气管道的投产是指管道水压(或 气压)试 验后,从管道除 水(或称 脱 水)、干燥到 置换引人天然气的全过程。国外对新管 道 的干燥非常重视,要求也很高。有文献报道,许多天然气 管道 公司甚至 要求管道 干燥后,大气 露点要达到一3 9C以下,即 含水量 在。.ng/m3(标 准状况 下)以下,2。在许多场合,露点低于一ZOC也是常见的要求,例如 我国的崖 城13一1海底管道,要求真空 干燥 至露点一Z OC。研究 证实.在管 道干燥至露 点一1 8C以下 时,管内壁 的腐蚀几乎已经停止,投 产引人天然气
4、的 过程又进一步扫 除了残留的水蒸气。在 输送条件下,+燥后残留的水蒸气脚的管 道贴上永久性应变 片,测量其应力,同时做出标志,利 用GPS系统测 出断层 的微小位移,将两 组数据 同时传送至试验 中心,对 计算 模型进行修正,使之更逼近于实际。据说此 项研究已取得了可喜的成 果。(3 )利用人 造卫星观测管道 所经路由处山体滑坡 的迹象和第三方的 活动情 况,从 而减少第三方破坏的风险。(4)对海底 管道以及河流穿 越段是很难甚至无法进 行检查 及维修的,许多专家正 在研 究 利用 现有的收、发球 筒在管道 的运行状态下将机器人 发送 至管 内,然后在管外对机 器人进行维 修指导工作。在本
5、世纪 的前十 年,我国管 道工业将会迅 速 发展,并且 将步人管道工 业 发达国家的行列。同时,我国的管道工作者将 与全世界的管道 人更加紧密地合作,携 手共进,推 动世界管道工业的进 步和发展。(收稿日期:2001一09一0 5)编辑:刘春阳,()5 0 0 0,河北 省廊坊 市金光 道5 1号;电话:(031 6)21 7 49 1 3。油气储运2001年已不能 析出液态水,也不 能生成 水合物。由于除水 作业后残留在管道中的游离水的量会直接影 响干 燥 的效果和时 间,因此管道的干燥 应包括除水和干燥两个 部分。二、管道除水技术管道除水,是 指在水压试 验后,在 干燥前清管,尽量除去管道
6、中的游离水。除水应达 到的要求是.除个别的低洼段 外.管内大 部分水己被除掉,只在 管 壁上遗留一层薄薄的水膜。根据 国外的经验,水膜的厚度一般在0.0 5一0.1 5mm之间,除水效果好的话,甚至能达 到。.0 1mm。管道内壁越 光滑,清管器 的密封 性能 越好.水膜的厚度就越 小。除 水可 用“清管列车(pigtr ain)”一次完 成,也可多次 发送 扫 线 清管器 分步完成,采用哪种形式要视管 道具体情况而定。对于距离较 长 的海底管道,国外一 般 情况下采用清管列车将 试压用 水排出管道,用干空气、氮气、天然气等干燥介质推动清管列车前进.吹扫干燥随之进 行(真空 千燥法除外)。对于
7、分段干燥的 陆上管道.由于每段长度 在10 0knl左右,因此一般采用多次单独发送扫线 清管器(即接收 到一个后再发下一个)的方式除水。1、除水清管列车除 水清管列车主要 有两种.以清管器和 干 空气段塞组 成的清管列车和 含有凝 胶、甲醇段塞的清管列车( 1)以清管器和干空 气段塞组 成的清管列车英国欧洲内联 海底天然气管 道管径为l月卜,m m,全 长为2肠km.涂敷有 内涂层.水压试验后采川清价列车 除 水该列车共有51、青管器.炸,只补是高密封的双向清管器,3个是测径清管器排列顺序是.第l个是带 刷子的双向扫 线清管器,随后 是3个测径清 管器.接下来是l个装有磁铁的仅向扫线清管器前3
8、个段塞是水.其中第一个 是城 市用水.另外两个是去离子水,各长18自m.其余段 塞 是露点为一少1 吃的空又;奇管列布由露点 为竺(、的卜空气推动前进水段塞的作用与卜, 噪前的除水无关.真正起除 水作川 的是 后f l l r的几个清管器 和l几空气 段塞前面第一 个清管器将.友举 的试压水刊出箫道.后血的l、带了丁磁 铁的扫 线 青竹器介:依次刮士!份 道衬前 堆 水的同时,利用 磁卜斗冬铁f杏类杂质吸走i兰样.每个清管器过 后,管壁 上残留的游离水越来越少。由前往后分别长3.5k m、1k m、1kr n和1k r n的4个露点为一ZOC的干空气段塞也 有很强 的 吸水 能 力,使 管壁上
9、 的水 进一 步减少。清管列车经过后,管内遗留的水 被推成了薄的水 膜,推动 清管列车的干空气带走 更多的水,使水膜进一步减 薄。控制清 管列车的速度对能否取 得好的除水效果非常重要,内联管道清管列车前进的速度控制在0.sm/S以下。在 清管列车通过 后,先用氮气置换管内的干空气,再实 施真空 干燥 完 成投产类似的例 子还有欧洲北海的E盯。P Ie P。该海底天然气管 道 是Ze epiPe系统的第 二 部 分,管 径为IO1 6mm,全长 为62Okm,涂敷有内涂层。该管 道采用的 除水 清 管列车有8个清管 器,前4个 由3段500m3、长约62Om的净 水分隔(用净 水的目的 是洗掉
10、管壁上海水 试压遗 留的盐),后4个扫线 清管器由4段28O0 0m“、长约3 5km的干 空气 分隔。在除水过程 中,清管列车经 过支线时一些水从支线 中滴出,残留的游 离水积存在管道低洼处。为了解 决这个 问题,在主除水清 管列车的后面增 设了 一个扫线清管器.以清除这些水。除水后,以干空气吹扫干燥,再以氮气置换空气.最后引人 天然气完 成投产。经 测算.减压 和干燥 过 程 除去了约1 8m的水,相 当于扫线清 管器在管内壁遗留 了一层0.0 1mm厚的水膜.除水收到J很好的效果:中国崖城13一1输 气管道是管径为7nmm、长为7 78k m的 未涂敷内涂层的海底管道,采用的 也是类似的
11、除水方法昭)含有凝 胶、甲醇段塞的清 管列车e Z即ipe海底管 道的管径为1叭6mm.全 长81 4km.涂敷 有内涂层管道 中间未设置提取 清管器的竖井,要求 清管除 水和卜噪一次性 完 成由于Z二p、I;。管道 的容积过人.不宜采用真空或空气干燥方 法,最后决定 在水压试验后采 用凝 胶和 甲醇 段塞清 管列车除 水,用于天然 气推动 清管列车前进并扫线干燥该清 管列车 共 有l_、个清管器.由9个段塞 隔开段塞 从 前到后的序列为,两个 水基凝胶段 塞.5个甲醇 段寒(每个段塞 含4山)m甲醇).两个甲醇凝胶段 塞清管列车前进的 速度通过排 水速度进行 控制,以6.)入I P。的压力
12、驱 动清管列车.行进 到管道1考处日,t切断气源.清 管列乍靠膨 胀作用 继续 向 前推i竺.峨后以三. 3入I P。的压力到达终 点清箫列年的前i些速度控 制 在().6n :、左右必衡.月第20卷第1 2期常 景龙等:新建天然气 管道的 除 水与十燥 技术铃诊为了评 估除水清管列车的性能和 预测其到达的情况,对清管器的间隔进 行了持 续跟踪监测,结果没有观测到气 体窜漏 到清 管列车内 的迹象。检验甲醇含水量 的结果表明,甲醇段塞的含水量 逐渐下降,末尾段塞的 含水量低于l%,最后 的甲醇 凝胶 段 塞 中也不含气。这证明密封性 能好的清管器加上高粘性液体能够有效地 阻止气体向前窜漏。这种
13、投产方法 对清管列车的除水能力要求很高(影响清 管列车除水 能力的主要因素有管道清洁 度、清 管器的 密封 性 能和耐磨性 能),为此,在Ze epipe管道除 水、干燥前进 行了大量 的研究,以开发更适 用的清管器。当清 管器通 过弯头时,密封盘实际 上 呈椭圆形剖面,密封 盘轴线 与 弯头半径中心线的距离 越大,椭圆剖面就越明显,相应密封性 就越差。研究后对标准双向清管器作了改 进,主要是将 清管器 的有效密封长度从1.6D降到了1.4 5D,并 且将 标准清管器 的导向盘 由原来的 在密封盘的外侧改为在 每个盘组合的两侧各设一个 导向 盘,每个清 管器 至 少装设4个导向盘。将两个聚氨醋
14、 密封盘面对面安装,以保证密封盘的密封性能。每个清管器的 两端各有一个密封盘组。安装时在密 封盘连接螺 栓处装上 密封垫,在 盘与盘之 间涂以硅类化合 物,进 一步降低窜漏。改进 后的结果 表明,在 一 个弯头处的静态窜漏降低了5 0倍,弯头处清 管器运行压差从6火1。Pa上升到9只1 ( )“Pa,密 封性能 有较大提高一一。上海平湖气田海底输气管道采用 的也是类似的方 法。该管道管径为2 56mm,全长3 8 6km,无 内涂层。除水列车由6个清 管器组成,前两个段 塞为1 2 5m岛的三甘醇 凝胶,后3个段塞分别 为12 5m洲、12 5m3、2 50m3的三甘醇。清管列车以干空气驱动。
15、清管列车通 过 后 由氮 气置换空气,再由天然气置换氮 气完成投产。清管列车通过后发现,除 水过程中发 生了窜漏。第1个段塞剩余三甘醇凝胶3 7m3,第2个段塞剩余三甘 醇凝胶6 9m3,说明1、2、3号清 管器窜漏严重。窜漏量排序是1、2、3,实际上清管器磨损 程度的排序也是1、2、3.这说明三廿 醇凝 胶起到了 一定的 润滑作用。4、5号清 管器磨损比2、3号清管器严重,说明 三甘醇润滑作用不如三甘醇凝胶。在 这 种类型的清管列车 中,由于前面的 水基凝胶具有润滑性 能和清洁性 能,后面的甲醇凝胶(或乙二醇、三 甘醇 等)具有密封性能,因此有 效地减 小了清 管器 的磨损,提高了清管列车的
16、密封性,除水性能相对要比空气段塞的清管列车 好一些。实际上,由于 甲醇(或乙二醇、三甘醉等)具有极强的吸水性,所以含有甲醇段塞的清管列车 本身也具有很强的 吸水性,清管列车过后,在管壁上留下 的是一 层 含水很少的甲醇薄膜。从这个意义 上讲,用甲醇清 管列车除水属于管道 干燥 技术的范 围。需要指出的是,甲醇是一种极易 燃、易 爆的物质,在进行甲醇扫线 除水干燥 时,不能使用 干空气 作为清管列车的推动介质,应使用氮 气等惰 性 气体或天然气 等不 含氧气的气体作为推动介质。这是因为在 清管列车过 后,管壁上留下 了一 层浓度 很高的甲醇水溶 液大多 在 9 5%以上),很容 易挥发 到随后的空气流中,当混合到一定比例时就可能发生爆炸。2、分 多次 单发扫线清 管器除水在 陆上管 道分段干燥时,一般采用分多 次发送扫线 清管器的方法除水。由于环境 条 件的约束,海 底管道 难以实 现 分段试压、除水和 干燥。在 海底管道中,清管器需要在较 长的管道 中一次运行 到底,需要很长 的时 间,如果采用分次 发送清管器 的方法,在下一 个清 管器进入管道 前,
