天然气长输管道干燥剂干燥投产工艺分析.pdf

第 4 3卷第 8期 2 0 1 4年 8月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 3 ．N o ． 8 A u g u s t ，2 0 1 4 天然气长输管道干燥剂干燥投产工艺分析 蔡 峰 峰 中国石油集团工程设计有限责任公司 北京分公司， 北京 1 0 0 0 8 5 摘 要干燥剂法干燥投产在陆上和海底输气管道投产中应用较为普遍。清管器的运行控制是干燥过程的 一 个重点和难点，必须准确的估算清管器运行压降，同时干燥剂的窜漏量也是一个十分关注的参数。概述了干 燥剂法干燥工艺过程 ， 重点分析清管器运行压降和窜漏量的理论计算方法，为干燥设计和施工操作提供了理论 指导与依据。 关键词干燥剂 ；干燥投产；清管器；压降；窜漏量 中图分类号T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 4 0 8 1 5 3 6 0 4 Ana l y s i s o f De s i c c a n t Dr yi n g Pr o c e s s Dur i ng Co m mi s s i o n i ng o f Na t u r a l Ga s Pi pe l i ne C A I F e n g -f e n g C h i n a P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． B e ij i n g B r a n c h ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 5 ，C h i n a Ab s t r a c t De s i c c a n t d r y i n g me t h o d i n o n s h o r e a n d o ff s h o r e c o mmi s s i o n i n g i s g e n e r a l l y u s e d ． T h e s p e e d c o n t r o l o f p i g s i s a k e y p o i n t a n d a d i ffic u l t y p o i n t i n t h e d r y i n g p r o c e s s ． S o t h e p r e s s u r e d r o p o f p i g s d u r i n g run n i n g s h o u l d b e e s t i ma t e d a c c u r a t e l a n d t h e a mo u n t o f b l o wi n g d e s i c c a n t i s c o n c e r n e d b y o p e r a t o r s o n t h e s i t e ．I n t h i s p a p e r ， t h e p r o c e s s o f d e s i c c a n t d r y i n g wa s d e s c r i b e d ， a n d t h e t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n me t h o d s o f t h e p r e s s ur e d r o p an d t h e a mo u n t o f b l o wi n g d e s i c c a n t d uri n g t h e r u n n i n g o f p i g s we r e p r o p o s e d , wh i c h c o u l d p r o v i d e t h e o r e t i c a l g u i d a n c e t o d e s i g n a n d o p e r a t i o n o f t h e d r y i n g p r o c e s s ． Ke y wo r d s De s i c c a n t ； Dr y i n g p r o c e s s ； P i g ； P r e s s u r e d r o p 干燥法是天然气长输管道干燥最早采用 的方 法 ，陆上和海底的许多天然气管道都是采用该法干 燥投产。虽然该工艺对环境以及带有内涂层 的管道 具有一定的影响， 但是其适用不同管径的管道干燥 ， 以及与之后的投产工艺衔接好等优点，仍然是其它 干燥 艺无法 比拟的 ，尤其是在海底输气管道的干 燥投产 。 干燥剂法干燥投产是由多个清管器组成的 “ 清 管列车”完成 ，工艺的关键在于清管列车的控制， 由于压力估算 的偏差导致清管列车速度过快会导致 清管球偏心运动 ，造成卡球 ，干燥剂的大量窜漏 。 从而影响干燥效果 ，甚至导致干燥投产失败。 清管器的压降和窜漏量一般都是采用估算值 ， 可能与实际情况存在一定误差，本文介绍了清管器 运行压降和窜漏量的理论计算，为干燥方案中清管 器的选择和操作提供依据 。 1 干燥剂法干燥工艺 1 ． 1 干燥剂法原理 利用 甲醇 、乙二醇或三甘醇等醇类物质可以与 水任意 比例互溶的原理 ，达到干燥的 目的。同时干 燥剂往往是很好的水合物抑制剂 ，残 留在管道 中可 以抑制水合物的形成。从经济的角度考虑采用甲醇 作为干燥 剂的情况较多。 1 ． 2 干燥工艺 采用干燥剂法干燥工艺往往由多个清管器组成 的清管列车完成排水 、干燥过程 。清管器之间形成 多个干燥剂段塞。常用的干燥工艺有预先排水后干 燥工艺和一次性排水干燥工艺如图 1 和图 2 所示。 先排水后干燥工艺多用于陆上管道干燥投产 ， 第一段氮气 的作用是将空气 与易燃 易爆 的甲醇隔 开 ，中间用氮气段塞将甲醇段塞隔开 ，最后一个清 管器作用是刮去管道中残留的多余的甲醇，整个清 管列车由天然气推动。 一 次性完成排水干燥工艺多用于海底天然气管 道干燥投产，清管列车中甲醇段塞较多，并且最后 一 个段塞是氮气用于隔开 甲醇与天然气 ，整个清管 列车 由天然气推动 。 1 ． 3 工艺优缺点分析 优点 1 甲醇来源丰富，且价格便宜 ；2 干 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 6 2 0 作者简介 蔡峰峰 1 9 8 0 一 ，男，北京人，工程师， 研究方 向从事油气田地面工程管道设计。E - m a i l c a 1 f e n g f e n g c p e b j ． c o T n 。 1 5 3 8 当 代 化 工 2 0 1 4年 8月 I ．厂_ ． ] 广 一 _ I _ 二 二 _ f． i d x l 图 5 缝隙流体受力分析示意图 F i g ． 5 Th e s t r e s s a n a l y s i s o f c r e v i c e flu i d 在缝隙中取长为 d 【 ，高为 d Z的缝隙流控制， 不计重力 ，只考虑表面力的作用 ，即只考虑切应力 r和压力 尸 ，设垂直于纸面方 向上缝 隙高度为 6 ， 各处应力方向如图 5所示 。 则控制体在 方向的受 力为 P b d z 一 P d P b d z 一 而 一 d v b d x0 整理可得式 6 一dP 6 1 z 由粘性定律可知 ， 2 √ 一 一 2 4 2 r H H 2 4 a r c t a n j 3 2一H} r H r l 0- s i n 0 4 图4 水平管道内清管器受力变形示意图 F i g ． 4 Th e d e f o r ma t i o n s c h e ma t i c o f p i g i n p i p e l i n e 2管壁对清管器的挤压力 当清管器装入管道之后，密封盘和管道内壁之 间将产生正压力 ，该压力 的大小取决于装配过程中 的过盈量 的大小 ，由于管道的变形忽略不计 ，因此 清管器的过盈量等于密封盘和管道 内壁问的径向位 移。由弹塑性理论可知，套装压力与密封盘的变形 量 的关系如下 P _ ‘ 5’ ，． ； 一 u r 一 ‘ 3 清管器所受摩擦力F， 由摩擦定理可知， 管道中清管器所受的摩擦力 P． 2 刀 ． 一 一 4 a r c t 狮 r_ 一。 i n 4 a r c t 2 一H } r 、 3 2 一 H j r 式中 厂 滑动摩擦系数。 2 ． 3 管道中清管器所受剪切力分析 因管道与清管器间不可能形成绝对的密封 ，假 设清管器与管道的密封面存在着狭窄的缝隙，则流 体在缝隙中的流动属于缝隙流动 ，这包含着两种流 动一种是缝隙两端压差引起的压差流 ，另一种是 清管器相对于管道运动引起的剪切流。对于缝隙流 动，可以利用 N s方程进行求解。 清管器在干燥过程中不能形成绝对的密封 ，因 此在清管器与管道间会有缝隙，流体在其间形成缝 隙流，与清管器之间形成剪切力。 r 誓 对 7式求导可得 “ ni5 “ ， dZ 。 c L z ‘ 对上式进行二次积分 ，整理得 “ ． d P Z c 1 zc ， 9 “ 十c 1 十C ， ＼ ／ 2“ ‘ 该控制体 的边界条件为 0 时 ，U 为清管器速度 ； Z h 缝隙高度 时，u O ； 代入 9 求得常数c ，和 ，整理得缝隙中流体 流速如式 1 0所示 “ 一 ． d P ～ z 1 0 h 2 “ 、 流体对清管器的切应力为 {一h d P 一 1 1 一 假设压力沿 方向线性分布， d P 一 上如式 1 1 可得 r。 一 h AP I ．． ．Z 1 2 ‘ D 一一 ＼ 1 ／ 则流体对清管器 的剪切力为 切 力『 P ． 2 ， r r A P h T2 z r p r l V p 1 3 第 4 3卷第 8期 蔡峰峰天然气长输管道干燥剂干燥投产工艺分析 1 5 3 9 由公式 i 可得清管器在水平管道中运行时产 干燥剂法干燥投产工艺 ，由于适用范围广 ，干 生的压降为 燥周期短 ，且适应各种管径 的管道 ，因此应用较为 制提供指导 。 △尸 下 吐． 4 a rc ta n 1 一 ， ， 、 参 考 文 献 a r c t芬 2 007 26 32 一 ’ ’ 气储运， ，264 一 ． ， ’ “。 ’ 。 ⋯ 一 ⋯一’ 公 式 9 得 到 了 缝 隙 中 流 体 的 流 速 分 布 。 因 此 [ 7 ] h i F al k ． P ec m is i。 i d 。 issi。 i E p jp 清管器压降和清管器运行速度。 l_ 1 1 3 刘 3 信 ,2 0 生 0 3 ． ’ 应 2 3 用 5 ．北京 清华大学出版社， 1 9 9 5 ． 3 一 乙氧基丙酸乙酯环保涂料进入大众视野 近年来，涂料和油墨行业在中国 得到了长足的发展 ，国内外化工、涂料、油墨行业都盯紧了中国市场这块肥肉。但如 同国内外涂料企业盈利呈两极化现象一样 ，在国内市场略显不景气的情况下 ，全球涂料巨头阿克苏诺贝尔、P P C、陶氏、巴 斯夫 、日涂依然实现了高增长。除了他们先进的营销理念外 ，更重要的是，这些行业巨头，抓住了市场的趋势一 客户对产 品要求更加绿色环保的趋势、更注重品质的趋势、 低污染更符合国家政策的趋势。总的来说就是发现并抓住了客户需求 日益 转变的风向标。而低环境影响的溶剂产品得到了更广大客户的青睐。 在国外，汽车涂料行业、日用电器涂料行业、丝网印刷油墨等行业正使用一种绿色环保的醚酯⋯3乙氧基丙酸乙酯， 简称 E E P 。 这种溶剂较同类溶剂有更低表面张力、 高电阻率 、 低挥发性的优势 ， 在汽车的原厂漆、 修补漆里得到了广泛的使 用 ，同时，在类似汽车漆的 日用电器涂料中，也得到了使用。在高档油墨里，也能做熳干溶剂；在电子行业，还能做去光阻 剂 、稀释剂。美国陶氏化学和伊士曼化工公司都是生产 3 一 乙氧基丙酸乙酯的龙头企业。目前陶氏 E E P的年产能达到 2 0 0 0 0 吨。浙江联盛化学工业有限公司在 2 0 1 2年 6月获得了国家知识产权局的发明专利权 Z L 2 0 0 8 1 0 0 6 1 9 9 6 ． 1 1 ，已经建立了完整 的生产工艺和条件，其年产量已达到 6 0 o 0吨。 在中国已成为世界上最大的涂料生产国和消费国这一既成事实下， E E P这种环保高新、 已得到国外用户认可并普遍使用 的溶剂 ，必定大有前景，大势所趋。