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1、天然气长输管道干空气干燥施工工法河北华北石油工程建设有限公司张宝林郭江波倪春江王 凯黄长明0 前言长距离输气管道水压试验和清管后，管道内仍有少量水。在投产前如果不进行干燥，不仅引发管道内壁和附属设备的腐蚀，使所输送的产品受到污染，而且更严重的是在一定压力和温度的作用下，天然气与水结合形成结晶状水合物。在长期运行状态下，晶状水合物会越积越多，使管道截面积越来越小，摩擦阻力增大而引起输送效率的下降，最终会完全堵塞管道，形成冰堵。国外天然气长输管道干燥技术起步较早，发展也较为迅速，但我国应用相对较晚。90年代后，随着大口径、高压、大排量天然气长输管道的建设，逐渐认识到管道干燥的必要性，并对后期建成的
2、大型输气管道进行了干燥处理。天然气长输管线干燥方法的多种多样，且每种干燥方法又有其优缺点，见表0-1。表0-1 各种干燥方法的对比表干燥方法比较项目干燥剂法流动气体蒸发法真空干燥法干空气干燥法氮气干燥法天然气干燥法干燥成本较高最低昂贵较低较低干燥时间较短最短较短极长较短干燥效果较好很好很好较差最好安全效果最差最好较好很好较好适应范围海底管道居多不受区域限制，受管径、长度的影响相对较小只适用于小范围的管道干燥不受任何限制适用于较大管径应用情况趋于淘汰应用最多、最广受气源限制长距离大口径、高压、温度较低管道不适用海底管道、较大口径管道应用较多从上表可以看出，干空气法应用最多、最广。干空气法的主要优
3、点如下：1) 空气来源广，不受地区限制。2) 空气无毒、无味、不燃、不爆，对环境无害，可以任意排放。3) 既适用于陆地管道，也适用于海底管道。4) 受管径、管道长度的影响相对最小。5) 干燥成本低。6) 易与管道建设和水压试验相衔接。7) 干燥效果好，露点可达到-22 以下。我公司结合自身设备的技术特点，对干空气法管道干燥施工技术进行了研究，取得了较好的效果。2006年2月，大口径输气管道干燥工艺方法研究获华北石油管理局度技术创新二等奖。关于该项技术的论文在石油天然气安装技术中心站2006年会上被评为一等奖。在此基础上，公司组织编制了天然气长输管道干空气干燥施工工法，先后在西气东输管道工程、陕
4、京二线输气管道工程、马鞍山高压输气管道工程、西气东输冀宁联络线工程、淮武管道工程等项目中应用该项工法，累计干燥管道共计1028km，取得良好的效果。1 工法特点本工法有如下特点：1) 本工法解决了使用多台小排量空压机作为空气源时，设备之间产生互相干扰而造成总排量下降的难题。2) 本工法解决了如何根据管道口径的大小，合理配置空压机的数量，以使干燥器生产出排量和露点都符合要求的干空气。3) 本工法根据不同的管段试压排水效果的不同，合理确定管道干燥施工过程中的清管及干燥的工序流程，最大限度的提高管道干燥的进度和效果。2 适用范围本工法主要适用于大口径天然气长输管道的干燥施工，一般在有内涂层的管线上，
5、管段干燥长度控制在150km以内，无内涂层的管线上管段干燥长度控制在100km以内，能达到比较好的综合效益。如遇特殊情况即：要求在站与站之间进行干燥，超过管线长度的最大极限，可考虑增加气源量以及使用耐磨损的清管器。3 工艺原理本工法是采用经过除油、过滤和脱水，形成露点达到-40的干燥纯净压缩空气,利用泡沫清管器辅助对管线进行吹扫干燥，使管道内壁附着的水分及管道低洼处积存的液态水蒸发，持续不断的使用干燥的空气进行置换，将管道内的湿空气排出管外，从而达到干燥管道的目的。以西气东输6A标段为例，介绍本工法的工艺流程、操作要点。4 工艺流程及操作要点4.1 工艺流程根据管段试压排水效果不同情况，首先发
6、送一枚机械清管器进行初步扫水检验，并记录在此过程中的通球压力变化及通球时间；在清管器到达末端后，依据清管器的磨损情况和通出的管线内残留物来制订下一步的干燥工艺程序。如果管段末端无明水，可发送2-3组泡沫清管器（每组2-3个泡沫清管器，每组之间最少相隔1小时）进行初步干燥。在末端每2小时测量一次露点，当露点达到-5以下时，发送磁力清管器；当露点达到-22以下时，发送带尼龙刷的清管器。然后密闭管段12小时后，测量末端露点达到规范要求后，对管线进行充气保护。如果管段末端有明水，应继发送机械清管器，继续扫水至无明水后重复以上程序。下面为西气东输6A标段干燥露点曲线图（见图4.1-1）：图4.1-1 干
7、燥露点曲线图4.2 干燥设备 整个干燥系统分成3个模块（见图4.2-1）：图4.2-1 干燥系统示意图4.2.1 干燥吸附模块：将无热再生干燥器做成撬装式，干燥器的处理量根据具体工作量计算确定。4.2.2 气源模块：由若干台空压机组成，空压机数量根据干燥器处理量确定。4.2.3 辅助模块：把储气罐、油水分离器和连接压风机、干燥器的阀门组合成整体。以上模块之间利用压力等级相同的软管连接，这样便于安装、拆卸，节约安装时间。4.3 操作要点4.3.1 施工准备：1 干燥施工前，对管道干燥作业所需的设备及仪器进行检修和检定。2 对干燥管段上的所有阀室（如果已经安装完成）进行检查，确认干燥管段上所有阀室
8、的截断阀处于全开状态。3 将所有干燥设备（包括空压机组、油水分离器、空气干燥器、收发球筒、各型清管器等）及辅助材料运至干燥现场，在待干燥管段的两端安装临时收发球筒，将空压机组与储气罐、储气罐与油水分离器、分离器与干燥器及发球筒等设备安装就位。4 按照空压机和空气干燥器的操作要求，对系统进行调试，使干燥系统保持在0.60.8MPa的压力下，使干燥器排出空气露点达到-40以下。4.3.2 初步扫水检验运行直板清管器对管道试压排水效果进行检验并对管道进行初步清扫。4.3.3 干燥作业1 用露点为-40的干空气持续推动泡沫清管器对管道进行微正压的吹扫。2 当在管道末端测试到管道内空气露点达到-5时，停
9、止运行泡沫清管器，改为运行磁力清管器，且不少于3遍。 3 根据管道内空气露点的变化情况，继续运行泡沫清管器，通过不断的清管、吹扫、吸附和置换，直至将管道内空气的露点降到-22。左图正在露点检测：4 当在收球端测试到管道内空气露点持续达到-22以下，再次运行带尼龙刷的清扫清管器，以便清除运行泡沫清管器时摩擦管道所留下的泡沫碎屑。 4.3.4 干燥效果检验：关闭收球端排气阀门，继续向管道内通入露点为-40以下的干空气，使管道内压力达到0.050.06MPa，然后关闭管段两端进、排气阀，密闭12小时。密闭期过后，在收球端持续测量排出的空气露点，当管道内露点保持或低于-22时，管道干燥符合规范的要求，
10、验收合格。4.3.5管道充气保护：拆除管道两端安装的收发球筒，使用椭圆型封头封堵已干燥的管段的两端，向管道内充入露点为-40以下的干空气，使管内压力达到0.07MPa，关闭两端阀门，密封保护管道，直至进行站场工艺安装连头作业。4.4 影响因素分析4.4.1 空气的最初含水量理论上使用的干空气越干，干燥时间越短。但实际干燥施工是一般采用露点为-40-50的干空气，很少采用更低的露点。因为露点低于-50的干空气对缩短干燥时间的能力越来越小，而相应的制取费用越来越高。4.4.2环境温度管线所处的环境温度越高，越有利于水分的蒸发，同时干空气的吸水能力越大，干燥效果越好。4.4.3 管道内的残留水量根据
11、我们的经验，没有内涂层的管道，用清管器扫水后，可以使管内残留水量减小至相当于管道内壁只有一层0.050.1mm厚度的水膜。4.4.4 干空气的流量干空气流量越大，干燥时间越短，但58m/s的干空气流速在效果和经济上都比较好，再增加干空气的流速对干燥的效果影响不大。4.4.5 液态水的分布状态在干燥初期，管道内的液态水聚集在管子的较低部位，如间歇发送泡沫清管器，可以将水推成薄膜，增大了与干空气的接触面积，提高干燥效果。4.5 其他注意事项1) 清管器的运行速度以及是否顺利是关系着干燥快慢和干燥效果的关键因素，一般速度控制在5-8Km/h，并在首末端安排值班人员进行压力记录，通过压力比较来确定清管
12、器前进的距离，或通过各个阀室压力比较来确定清管器行走的范围。2) 干燥指挥人员应对全线进行监控，在高差较大的地段，应在高点及地点安排专人进行监测。3) 首末端进气量与排气量必须要有量差，防止末端排气不畅产生气阻；如果首末端压差不明显可考虑从离末端最近的阀室进行放空排气。4) 为了控制成本，可以根据管线内的压力以及距离末端的长度，利用余压把清管器推到末端。5 材料与设备以100km管径1016的管线为例，干燥施工需要的设备、仪表与材料见表5-1：表5-1 设备材料表序号设备名称设备规格型号数量备 注一干燥设备1Ingesolan空气压缩机排量30m3/min、压力2.5MPa3台提供压缩空气2干
13、燥吸附模块ADL-120/8处理量100 m3/min1套产生干燥气体3辅助模块自制（储气罐、油水分离器和连接压风机、干燥器的阀门组合成整体）气体平衡4临时收发球装置DN1200 PN2.51套接收和发出清管器二干燥仪表5压力表Y-150 0-2.5Mpa(0.1级)6个检测通球压力6温湿度计-50-501个测试环境温度和湿度7露点测试仪SADPu-D -100-+202台测试空气露点三干燥主要材料88直板清管器8CP-10165个清除较多积水（过盈量大于5%）910直板磁力清管器10DP-1016M2个吸附铁屑和焊渣（过盈量大于5%）10聚胺酯泡沫清管器1016 子弹型、无涂层25个深度扫水
14、（过盈量大于5%）6 质量控制6.1 质量控制依据管道清扫和干燥技术要求（由业主指定或编制）。6.2质量控制目标1) 确保管内减阻涂层不受损害，管内清洁，无焊渣、铁屑、尘土等污物。2) 干燥完成的管道内空气露点确保达到-22以下。6.3质量控制措施6.3.1人员、组织保证措施：1) 项目建立质量体系组织机构，明确各职能机构的责任与权利。2) 现场质量体系有关人员及现场质检员、技术员由具有一定实际干燥工作经验的人员承担，这些人的专业学历、从事专业年限符合有关规定要求，专职质检员持证上岗。3) 参加干燥施工项目的所有员工均需经专业培训合格后方可上岗作业，特别是关键岗位人员，设备操作手、焊工等。4) 组建精干高效的项目质量组织机构，健全各项质量管理制度，切实保证质量体系的正常运转。6.3.2设备、仪表保证措施：1) 按照实际工作的需要，配备为完成本工程所必需的施工机具、设备、仪器仪表。2) 所有到达现场的设备均应具有良好的工作状态，设备各项性能参数能够达到干燥施工的要求。3) 设备操作人员严格遵守设备操作规程，精心操作和保养设备，严格执行持证上岗作业制度，并认真填写“设备运转记录”。4) 项
