长输天然气管道干空气干燥最优长度优化计算.pdf

第 4 O卷第 4期 2 0 1 1年 4月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 0 ． N O ． 4 A p r i ] ， 2 0 11 长输天然气管道 干空气干燥最优长度优化计算 申龙泽 ，姚化伟 I ． 成都体育学院 ，m r l成都 6 1 0 0 4 1 ； 2 ．辽河油田分公司油气集输公司，辽宁 盘锦 1 2 4 0 1 0 摘 要天然气管道建成后必须进行水压试验，使管道内含水量较高，输气管道投产前存在于管道内壁和 管道低洼处的液态水对天然气有增湿作用，导致天然气露点在输气管道投产初期不能满足管输要求。为此，投 产前需要对天然气管道进行干燥处理。干空气干燥是目前广泛采用的干燥方式，通过建立以干燥时间、压缩机 费用、干燥空气费用和压缩机运输安装费用为最小的干燥最优长度数学模型的建立，并编制了求解的运算 c ” 程序进行求解，为今后在管道干空气干燥提供理论依据。 关键词 管道 ； 数学模型； 干燥； 优化 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 1 0 4 0 4 3 3 0 3 Op t i m i z a t i on Le ng t h o f Lo ng - di s t a nc e Ga s Pi pe l i ne i n Dr y Ai r S HEN Lo n g- z e ， Y A0 Hua we i 2 1 ． S c h o o l o f c h e n g d u s p o r t ， c h e n d u s i c h u a n ， S i c h u a n C h e n g d u 6 1 0 0 4 1 ， C h i n a ； 2 ． L i a o h e O i l F i e l d C o mp a n y o f C NP C ， L i a o n i n g P a n j i n 1 2 4 0 1 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Af t e r t h e c o mp l e t i o n o f g a s p i p e l i n e ， p r e s s u r e t e s t mu s t b e c a i e d o u t ， wh i c h r e s u l t s i n h i g h e r wa t e r c o n t e n t i n t h e p i p e l i n e ． Be f o r e o p e r a t i o n o f g a s p i p e l i n e ， g a s p i p e l i n e n e e d s t o b e d r i e d b e c a u s e l i q u i d wa t e r o n t h e p i p e i n n e r wa l l a n d a t l o w l y i n g a r e a o f p i p e h a s h u mi d i fi c a t i o n f o r n a t u r a l g a s ， wh i c h c a n r e s u l t i n d e c r e a s i n g o f n a tur a l g a s d e w p o i n t t o n o t me e t p i p e l i n e t r a n s p o r t a t i o n r e q u i r e me n t s ． T o t h i s e n d ， p i p e l i n e mu s t b e d r i e d b e f o r e o p e r a t i o n ． T h e d r y i n g me t h o d wi t h d r y a i r i s a c o mmo n d r y i n g me t h o d a t p r e s e n t ．I n t h i s p a p e r , ma t h e ma t i c a l mo d e l o f o p t i mi z a t i o n p i p e l i n e l e n g t h for d r y i n g wa s e s t a b l i s h e d t o mi n i mi z e d r y i n g t i me ， c o mp r e s s o r c o s t ， a r y a i r c o s t s a n d i n s t a l l a t i o n c o s t s ， t h e n i t i s s o l v e d wi t h c o mp u t e d C“ p r o g r a m ， wh i c h c a n p r o v i d e a t h e o r e t i c a l b a s i s for d r y i n g p i p e l i n e wi t h d r y a i r i n t h e f u tur e ． K e y wo r d s P i p e l i n e ； M a t h e ma t i c a l mo d e l ； Dry ； Op t i mi z a t i o n 天然气长输管道投产前必须进行水压试验。管 道在采用水进行试压后，虽然清管器清除绝大部分 水分，但在地势低较低管段的积水和附着在管壁的 水膜仍很难通过机械的方法加以清除，残留在管道 中水会引起危害体现在一下几个方面 1 管道中的水和硫离子和碳酸根离子反应造 成管道内部的腐蚀 ； 2 管道 中的水分在一定的温度和压力下形成 水合物堵塞管道； 3 澹 道中液态水低温时形成冰堵影响管道安 全运行 ； 4 管道中水的存在导致供气品质下降， 影响 用户的正常使用⋯ 。 鉴于长输天然气管道中的水的存在有极大危害 性 ，在管道运行投入之前，必须进行除水分、对管 道进行干燥处理，达到管道运行的条件。使用干空 气对管道进行干燥是 目前广泛采用的方法 。 1 干燥原理 干空气干燥法的原理就是通过不断输入露点低 于一 4 0 c C的干空气和水分形成为饱和空气 ，排除饱 和空气 的方法不断地将水分带出管道直到达到规定 的值来满足输气 的要求 。 用于空气干燥天然气管道是传质传热过程， 如果 空气干度的差值越大， 干空气吸湿的量越大，干燥时 间越短。因此， 干燥的时间取决于以下几个因素 1 空气的初始含湿量 ； 2 饱和空气的含水量； 3 管道内壁的最初湿度； 4 干空气的流量； 收稿 日期 2 0 1 1 0 1 2 4 作者简介 申龙泽 1 9 7 4 一 ，男，辽宁辽阳人，助教 ，l 9 9 8年毕业于沈阳体育学院运动训练专业，从事运动学教 学工作。 E -m a i l s h en ] O n g z e 4 0 2 2 h 0 t a m 1 1 ． c o m。 工 5 水 的分布状态 。 总之， 影响干燥的因素有压力、 温度和流量等， 要想使干燥最经济，首先就取决于干燥时间、干燥 管段的长度、压缩机、干燥器等诸多因素。其次是 管道中水的形态及分布状态情况 ，因此在干燥过程 中，定期使用清管器除去低洼地段水分，并且使水 分在管道 中分布更均匀。确定最优干燥长度是影响 费用主要因素 [ 3 - 4 ] 。 2 最优干燥长度数学模型建立 为了便于计算和求解，在建立数学模型之前进 行一些假设 1 干空气和湿空气看成理想气体； 2 管道内壁的温度近视于地温； 3 管道 内壁上的水膜厚度是均匀 的、 一致的 ； 4 管道中空气的饱和露点温度近视于地温； 5不考虑水分蒸发引起 的相变热。 管线干燥费用有三部分组成 压缩机电费 、干 燥空气费用和设备搬运安装费用 。 F 1 式中F 一 管线干燥总费用，元； Fl 一 压缩机电费，元； 一 干燥空气费用 ，元 ； 一 设备搬运和安装费用 ，元。 2 ． 1 压缩机电费 设干燥管道长度为 ， 压缩机组 出口压力为 尸 ， 管道出 口压力为 ， 压缩机组流量为 Q ， 单 台压缩 机流量为 g ，无热再生空气干燥器干燥能力为 Qz ， 电价为 c 。 ，无热再生空气干燥器干燥每立方米费用 为 c ，管线全长为 ，空气密度为P 空 ， 水的密度 为P水 ， 管道内径 D， 水膜厚度 ， 饱和空气的含水 量 Hs ，露点为一4 0 干空气的含水量 ，干燥时 间为 t ，压缩机效率为 玑． 露点为一 2 0℃时气体的 含水量为 ，土壤温度为 。 干燥时间 】 DxS , o． - 4 D 2 H [ x t 2 一 Z J Q 一 。 压缩机功率 1 ， 7 GTRl n 只 P ___ 3 ， 7 Ⅳ rc p 暑 l等Ic c4 ， 水力计算 a 气体平均压力 丧j b平均温度 取地温为 c 空气粘度 当 3 0 0 0 K时， 一般常用 S u th e r l a n d 计算。 1 - 4 5 8 1 0 6 ， I _ 式中 k g ／ m s d空气密度 3 ． 4 8 7 ． e雷诺数计算 Rg 4 p aQ 1 ． 5 3 4 8 xDu D ,u f 水力摩阻系数 1 -2． 0 1 l g ] g 流量计算 5 『 r 式中 一 管道平均压力 ，M P a ； 一 空气粘度 ，m ／ s 。 2 ． 2 干燥空气费用 F 2 Q 2 ‘ C 2 ’ t 1 1 式中 c 2 一 干燥空气费用，元／ m3 。其它同前。 2 。 3 设备搬运和安装费用 “ c 1 2 [ ]一 向上取整 ； y一 每次安装费用 ，元 ； C一 运费，元， f t k in 。 2 ． 4 总数学模型 [二 ][ 空 R c。十c ] 0 『 二堡 r I 空Tx l 13 第 4 0 卷第 4 期 申龙泽，等 长输天然气管道干空气干燥最优长度优化计算4 3 5 1 ≤ P m j 尸 2 P m n l Q mi n Q ， Q 2 I 3 0 白 ≤ 2 0 0 k m 2 ． 5 求解过程 求解过程见图 1 。 图 1 程序框 图 Fi g ． 1 Fl o w di a gr a m 3 算 例 某输气管道工程干线 7 1 0 k m， 管径为 4 0 6 m m， 水膜厚度为 0 ． 1 5 m m，采用高压大排量移动式空压 机 7台套套额定排气量为 4 3 0 0～8 0 0 0 m ／h ， 压力 为 1 ． 5 1 5 MP a ，5台套总额定排气量为 2 8 0 0 0 m ／h ， 7台变压吸附式空气干燥器 1 0 0 ～1 8 0 m 。 ／m i n ， 现以忠武输气管道工程干燥为例计算干燥管段长度 和费用Ⅲ 。计算程序框图见图 1 。 露点为一4 O ℃干空气的含水量 0 ． 1 1 9 2 g ／ m ， 露 点为一 2 0 ℃时气体的含水量为 0 ． 8 8 3 5 g ／ m ，压缩机 效率为 4 8 ％，电费 0 ．6元／ k W h ，干燥空气费用 0 ．4元／ m ，安装费用每台套 1 0 0 0 0 元。 输出结果 7 7 7 ． O 2万元 ，x 1 4 2 k m。 4 结 论 天然气管道施工结束后，必须对其进行干燥以 免在输送过程中形成水合物堵塞管道，影响管道正 常运行。因此，干燥长度和时间是影响企业效益的 关键因素。本文通过对天然气管道干燥长度的优化 数学模型建立和求解，为企业施工确定干燥长度提 供理论依据， 并对企业创造效益具有一定知道意义。 参考文献 [ 1 ]万新强 ，孙碧君．长距离天然与管追于空号干燥技市及应用f J ] ．油 气储运 ，2 0 0 7 ，2 6 4 2 6 3 2 ． [ 2 】赵 宁，陈保东．天然气管道干燥技术综述f J 1 _管道技术与设备 ， 2 01 0 ， 2 1 0 1 2 ． [ 3 ]解立功．采用干空气干燥长输气管道的施工技术[ J 】 ．石油工程建设 ， 2 0 0 3 ， 2 9 6 2 7 3 4 l 4 J 吴小平 ， 苏 欣 ， 张彪，等．天然气管道干燥技术综述『 J 1_天然气与石 油 ，2 0 0 6 ，2 4 4 2 0 4 0 ． [ 5 ]张琳 ， 李长俊 ， 廖柯熹 等． 天然气管道干燥方案的技术经济比较[ J 】 ． 油气储运，2 0 0 6 ， 2 5 7 5 7 5 9 ． 我国千米以下煤层气压裂技术取得成功 近 日， 晋煤集团蓝焰煤层气公司在甘肃庆阳地区的两口试验井千米以下压裂试验获得成功， 为我国千米以下煤层气的抽 采利用提供了有力的技术支撑。 晋煤集团是我国最大的煤层气抽采利用企业 ， 此次千米压裂试验成功的两口试验井位于甘肃庆阳地区， 该地区煤层埋藏 一 般较深，地层破裂压力高，闭合压力大；压裂时阻力大，限制施工排量 ，导致压裂裂缝宽度窄，易造成砂堵 ，极易导致压 裂失败。对此，该公司通过采用系列技术措施 ，并经过反复试验、总结 ，终于摸索出了一套适合于庆阳地区煤层气压裂施工 工艺技术。 运用该技术完成压裂后， 经过一段时间的观察煤层没有出现闭合和砂堵现象， 至此宣告该区块千米以下压裂试验 获得成功。 此次施工中，该公司将胶液压裂技术成功应用到深层煤层气压裂领域，这在全国煤层气压裂工艺中尚属首例。该技术的 成功运用为我国千米以下煤层气的抽采利用提供了有力的技术支撑。