天然气管道干燥技术综述.pdf

2 01 0正 第 2期 管 道 技 术 Pi pe l i n e Te c h n i q u e 5 设 备 a n d Eq u i p me n t 2 01 0 No ． 2 天然气管道干燥技术综述 赵宁， 陈保 东 辽宁石油化工大学储运与建筑工程学院 ， 辽 宁抚顺1 1 3 0 0 1 摘要 概述 了目前天然气管道研 究 中采用的几种干燥技术方法以及这些方法在 国内的应用情 况， 对国内干燥技术的应用状况做了对比。重点介绍了目前国内常用的干空气干燥法和真空干燥法的基 本原理和各 自的优缺点， 分析 了影响干空气干燥法和真 空干燥法的各种 因素。 关键词 管道干燥 ； 干燥剂干燥； 干空气干燥 ； 真空干燥 中图分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 3 Dr y i n g Te c h n o l o g y o f t h e Na t u r a l Ga s P i p e l i n e Ge n e r a t i o n ZHAO Ni n g， CHEN Ba o - d o ng De p a r t me n t o f Oi l Ga s S t o r a g e T r a n s p o r t a t i o n ， L i a o n i n g U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m C h e mi c a l T e c h n o l o g y． F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ． C h i n a Ab s t r a c t S e v e r a l d r y i n g t e c h n i q u e s a s we l l a s t h e i r a p p l i c a t i o n s a t h o me a n d a b r o a d a r e i n t r o d u c e d， wh i c h h a v e b e e n a d o p t - e d i n t h e n a t u r al g a s p i p e l i n e fi e l d a t p r e s e n t i n t h e wo r l d ． F u r t h e r mo r e ． t h e a p p l i c a t i o n s t a t u s q u o o f d ryi n g t e c h n i q u e s a t h o me a n d a b r o a d a r e c o mp a r e d ． E mp h a s i s i s l a i d o n t h e i n t r o d u c t i o n o f t h e d r y a i r e x s i c c a t i o n me t h o d and v a c u u m s e a s o n i n g me t h o d， b e c a u s e t h e s e t w o me t h o d s a r e c o mmo n i n i n l a n d e x s i c c a t i o n ． T h e r a t i o n a l e o f t h e s e t w o me t h o d s a n d t h e i r r e s p e c t i v e r e l a t i v e me r - i t s a l e p r e s e n t e d ． D i f f e r e n t k i n d s i n flu e n t i al f a c t o r s wh i c h i mp a c t d ry a i r e x s i c c a t i o n a n d v a c u u m s e aso n i n g a r e a n a l y z e d ． Ke y wo r d s p i p e l i n e d ryn e s s ； d e s i c c a n t d ryn e s s ； d ry a i r d ryn e s s ； v a c u u m d ryn e s s 0 引言 如果天然气管道中含有水， 则液态的水就有可能 与天然气中的少量酸性气体生成酸性物质， 腐蚀管道 内壁， 影响管道系统使用寿命及其可靠性； 同时， 可能 形成天然气水合物或造成冰堵， 使管道堵塞， 影响管 道安全运行。因此 ， 为 了避免这些 问题 的产生 ， 在投 产前必须对管道进行干燥 ， 脱 除管道 中游离的水和大 部分的水蒸气， 使其露点处于 一 1 6 ～ 5℃． 1 国 内外管道干燥技术发展状况 国外天然气长输管道干燥技术起步很早 ， 发展迅 速， 干燥方法多样。 目前 ， 国外 天然气 长输 管道常用 的干燥方法有干燥剂法、 流动气体蒸发法 包括干空 气干燥 法、 氮气 干燥 法、 天然气干燥法 、 真空法 - 2 3 。 由于以往对 天然气长输 管道 内液 态水的水蒸气 危害认识不够， 2 0世纪 9 0年代以前建成的天然气长 输管道在投产之前不直接进行干燥。随着长输管道 建设水平的提高和大口径、 高压、 大排量天然气长输 管道的兴建， 业界才开始认识到干燥的必要性， 因此 收稿 日期 2 0 0 9 0 4 2 4 收修改稿 日期 2 0 0 91 01 8 天然气长输管道干燥技术在国内起步较晚。 2 天然气长输管道常用干燥方法 2 ． 1 干燥剂法 干燥剂干燥法一般采用甲醇、 乙二醇或三甘醇作 为干燥剂， 干燥剂和水可以任意比例互溶， 所形成的 溶液中水的蒸汽压大大降低， 从而达到干燥的目的。 残留在管道中的干燥剂同时又是水合物的抑制剂， 能 抑制水合物的形成。在实际应用过程中， 采用天然气 或N 作为推动力， 在2 个清管器间夹带一定体积的干 燥剂 ， 从而达 到彻底干燥 的 目的， 这种 方法就是 国外 常用的两球 法。在两 球法 的基础 上 ， 又发展 了三球 法。与两球法相 比， 三球法能使残留在管 内壁上的干 燥剂的浓度更高， 而且干燥剂损耗量更小。在应用过 程中， 由于乙二醇或三甘醇的价格高， 所以一般选用 甲醇作为干燥剂。但是， 甲醇易燃、 易爆， 而且有剧 毒， 储存运输要求较高， 容易对环境造成污染和发生 安全事故 。因此 ， 随着工业生产对环境重视程度的不 断提高， 干燥剂干燥法的应用受到一定限制。 2 ． 2 流动气体蒸发法 流动气体蒸发法的原理是流动的干燥气体在管 道里与残留在管内壁及低洼处的水接触后使水蒸发， 第2期 赵宁等 天然气管道干燥技术综述 1 1 进而达到干燥 的 目的_ 3 J 。这种 气体 可 以是干燥 的空 气 、 N 或天然气 ， 所 以流 动气体蒸发法 又可以分为干 空气干燥法 氮气干燥法 、 天然气干燥法 。 2 ． 2 ． 1 干 空气 干燥 法 干空气干燥法是用 干燥 空气低压进 入管道 内进 行吹扫， 利用低露点空气对水分的吸附能力， 达到对 管道进行干燥 的 目的。理想状态下 ， 管道 内的水会被 低露点的干燥空气吸附， 并被后面的干燥空气吹出管 道。干空气在管道中流动时， 低露点的干空气很快会 吸湿至饱和， 但随着空气在管道中的继续流动， 压力 逐渐下降， 压力下降又会促使空气 的吸水饱和浓度增 加 ， 于是空气流将继续 吸水 ， 直至最终从管道末端 排 出[ 4 - 5 1 。但实际应用 中， 干空气 不可能完全将 已吸附 水分的湿空气吹出管道。尽管这种干燥方法的干燥 效率并不高， 但对于变径管道和无法使用清管器的管 道 ， 采用干空气进行管道干燥是可行的施工方法。 2 ． 2 ． 1 ． 1 干空气干燥法工艺 干空气干燥法有两种工艺 在通干空气吹扫的同 时间隔一定时间通泡沫辅助干燥； 只用干空气连续低 压吹扫。前一种工艺 由于泡沫清管器 的辅 助作用 ， 干 燥速度较快， 但由于泡沫清管器较易磨损， 一般只适 用于干燥距离较短 的管段 ， 一次可干燥的最 长距 离在 1 5 0 k m左右 ； 后一种工艺 可干燥很 长的管道 ， 目前 为 止采用此工艺 干燥 的距 离最长 的管道是 E u r o p i p e ， 距 离长达 6 2 0 k m， 但要求空压机和制取干空气设备的规 模很大 J 。从干燥效率和效果上讲 ， 后者不如前者； 从应用范围上讲， 前者适用于通径管线， 而后者适用 于所有管线 ， 包括变径管线。 目前， 在国内广泛使用的是干空气干燥法。干空 气干燥是采用经过除油、 过滤和脱水的干燥纯净压缩 空气吹扫管线， 由于其低露点的特点使管道内壁附着 的水分蒸发 ， 并利用后继 干空气将管道 内的湿空气 排 出管外 ， 达到干燥管道的 目的。 2 ． 2 ． 1 ． 2 干空气干燥法优点 1 干燥效果均匀一致 ， 露点可达到 一 2 5℃ 以下 ， 且干燥时间相对较短。 2 经济实用， 设备费用低 ， 可充分利用现有设备 加快干燥进度。工艺简单 ， 容易控制， 有完整的干燥 检测标准 ， 能保证管道在较短 时间内达标 ， 对操作 技 术要求不高。干燥成本低， 适用范围广， 既适用于陆 地管道 ， 也适用于海底管道 ， 既适用 于通径管道 ， 也适 用于变径管道 ， 且受管径 、 管道长度 的影响相对最小 。 3 干燥同时如果采用除尘工艺， 可使管道到达 很高的清洁水平。 4 空气来源广， 不受地区限制， 空气可以任意排 放 ， 无毒、 无味、 不燃、 不爆、 无安全隐患。 5 易与管道建设和水压试验相衔接。 2 ． 2 ． 1 ． 3 影响干空气干燥效果和时间的因素 1 于空气的最初含水量。理论上使用的干空气 越干 ， 干燥 时间越短 。但 实际干燥施工一般采用露点 为 一 4 0～一 5 0℃的干空气， 很少采用更低露点的干空 气 。因为露点低于 一 5 O℃ 的干空气缩短干燥时 间的 能力越来越小 ， 而相应 的制取费用越来越高 。 2 环境温度。管道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 。 3 管 道 内的残 留水 量。管 道 内的残 留水 量越 少 ， 分布越均匀 ， 干燥时间越短。无 内涂层 的管道 ， 用 清管器扫水后 ， 可使管内残 留水量减小至相 当于管道 内壁只有 0 ． 0 5 0 ． 1 m m厚度 的水膜。 4 干空气的流量。干空气流量越大， 干燥时间 越短， 但 5 ～ 8 m ／ 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。 5 液态水的分布状态 。在干燥初期 ， 管道 内的 液态水聚集在管道的较低部位， 如果间歇发送泡沫清 管器 ， 就可以将 水推成薄膜 ， 增 大与干空气的接触面 积 ， 提高干燥效果 。 2 ． 2 ． 2氮气干燥法 该法类似于干空气干燥法， 直接利用低露点 N 实现输气管道的干燥处理。该法简单可靠， 干燥效率 高， 干燥时间短。可以直接引入天然气， 但投资相对 较高 ， 适于处理管径小、 距离短的输气管道。 2 ． 2 ． 3 净化天然气干燥法 该法与干空气干燥 法类似 。不同的是 ， 干燥介质 采用的是干燥的天然气， 并且不分段， 将脱水处理后 的低露点天然气输入管道， 吸收水分并随天然气一起 带 出管道。该 法虽然进气早 ， 但是干燥期 很长 ， 并且 生成水合物的可能性相当大， 对于海上天然气管道的 干燥处理不适用。 2 ． 3真空干燥法 真空干燥法是在控制条件下应用真空泵 ， 通过减 小管内压力而除去管内自由水的方法。其原理是创 造与管内温度相应的真空压力， 以使附着在管内壁上 的水分沸腾汽化。 1 2 P i p e l i ne T e c h n i q u e a n d Eq u i p me n t Ma t , 2 0l 0 2 ． 3 ． 1 真空干燥法的原理 真空干燥法的原理是利用水的沸点随压力降低 而降低的特点， 当压力降到一定程度时， 水就会在低 温下沸腾而蒸发 卜 。常用的做法是 用真空泵抽吸 密闭容器内的气体， 当压力降低到与环境温度对应的 饱和水蒸气压时， 液态水就会在常 温下沸腾蒸发 ， 水 蒸气被真空泵抽出， 达到干燥的目的。真空干燥法在 2 0 世纪 8 0年代初开始应用。该方法适合于海底、 江 底、 河底等区域管道的干燥， 特别适合于小口径、 短距 离、 明水 少 的管道 干燥 ， 空 气可 以任 意排 放 ， 无 毒无 味， 不燃不爆， 无安全隐患； 对地层温度较高的管道有 特殊的效果； 既适用于陆地管道， 也适用于海底管道； 受管径、 管道长度的影响相对较小； 干燥成本低； 易与 管道建设和水压试验相衔接。 2 ． 3 ． 2 真空干燥工艺过程 真空干燥过程可分为 3个阶段 第一阶段是初始抽气 、 降压阶段 ， 用 真空泵抽 出 大部分残 留在管 道 中的水蒸气 和空气 ， 降低管 内压 力。管内压力迅速降至管内温度下的饱和蒸汽压。 第二阶段是蒸发阶段 ， 时间长。随着管 内压力达 到饱和蒸汽压 ， 残留在管道内壁上的水分开始大量蒸 发 。真空泵继续 工作 ， 管 内压力不断降低 ， 同时水分 不断蒸发以弥补压力损失 。若管道残留水分不多 ， 管 道与周围热 交换畅通 ， 那么管 内温度基本不变 ， 管 内 压力基本保持在饱和蒸汽压值。这一过程将持续到 所有水分蒸发完为止， 产生的水蒸气被抽出， 经压缩 后排人空气中， 以避免在真空泵或喷射器出口处结 冰 ， 影响干燥效果。 第三阶段是真空干燥阶段。第二阶段管道中的 水分全部蒸发， 真空泵继续工作， 压力再次降低， 直至 真空泵所能达到的最低压力。由于管道内几乎所有 的空气已被抽出， 而且管道内所有的液态水都已蒸 发 ， 所 以管道内的压力可看作是水的蒸 汽压 ， 由此可 直接算出露点。如果达到预定值， 即可判定管道已干 燥， 真空干燥作业结束。 2 ． 3 ． 3 影响真空干燥效果和 时间的因素 2 ． 3 ． 3 ． 1 真空泵 选用合适功率的真空泵可保持较理想的抽真空 速度 。速度太慢 ， 影响干燥速度 ； 速度太快 ， 会导致管 道内壁结冰。 2 ． 3 ． 3 ． 2 环境温度 管道所处的地层温度越高， 越有利 于管 内壁水分 的蒸发， 同时真空 的吸水能 力越大， 干燥 效果越 好。 2 ． 3 ． 3 ． 3 管道 内的残留水量 管道内的残留水量越少， 干燥速度越快， 所以最 好用清管器、 泡沫球将管内存水尽量清除。 2 ． 3 ． 3 ． 4 液态水的分布状态 在于燥初期 ， 管道内的液态水聚集在管道的较低 部位 ， 通过间歇发送泡沫清管器 ， 可 以将水推成薄膜 ， 增大与真空的接触面积， 提高干燥效果。 3 几种干燥方法的比较 不同干燥方法有各 自特点， 使用范围也不同 J ， 见表 1 表 1 各种干燥方法比较 4结束语 随着天然气管道工业的发展， 天然气管道干燥技 术必将越来越受到重视 ， 对于各种干燥技术 的研究也 将越来越深入， 管道干燥技术将得到更广泛的应用。 参考文献 [ 1 ] 常景龙， 苏红春 ， 张黎霞， 等． 新建天然气管道的除水与干 燥技术． 油气储运 ， 2 0 0 1 ， 2 0 1 2 51 4 ． [ 2 ] 宋小琴， 朱珊珊． 龙忠输气管道应用复合干燥法的可行 性． 油气储运 ， 2 0 0 4， 2 3 6 3 5 3 7 ． [ 3 ] 袁克峰， 崔慧娟 ， 叶树满， 等． 变径清管器在西 一 联管线上 的应用． 管道技术与设备 ， 2 0 0 5 2 4 2 ． [ 4 ] 刘炀， 焦永涛， 王波． 世界天然气管道干燥技术进展． 清洗 世界 ， 2 0 0 4 6 1 92 3 ． [ 5 ] 倪洪源， 孙树山． 天然气长输管道干燥技术． 石油工程建 设 ， 2 0 0 4 6 1 31 6 ． [ 6 ] 上海化工学院． 气流干燥． 干燥技术进展 第三分册 ． 上 海 上海科学技术情报研究所， 1 9 7 7 ． [ 7 ] 郝建斌， 王宜建 ， 孙盛， 等． 干空气吹扫干燥法在输气管道 中的应用． 油气储运 ， 2 0 0 2 ， 2 1 2 5 1 5 4 ． [ 8 ] 高发连． 天然气管道干燥施工方法． 油气储运， 2 0 0 3 ， 2 2 1 0 4 3 4 5 ． 作者简介 赵宁 1 9 8 5 一 ， 硕士研究生， 研究方向为海底输油管 道传热模拟与停输再启动。