真空干燥技术在新建天然气管道上的应用.pdf

石油天然 气学报2 0 1 2 年 4 月第 3 4 卷第 4 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y Ap r ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 3 4 No 4 真 空干燥技 术在新 建天然气管道上 的应用 韩春华 ，唐利森 ，李 亭芳 中国石油天 然气管道局第四工程分公司， 河北廊坊0 6 5 0 0 0 [ 摘要] 论述 了当前新建 天然。 管 曲 备砷干燥方 法，对 目前使 用的干 空气干燥法 、药剂干燥法和 真空干 燥 法的原理 、工艺及技 术避 曩 j 个绍 较 ．提 出了在管道干燥 中大量应用 真空干燥 法的建议 [ 关键 词]天然 气管道 ；真 千 噪；更 宅度 ；露 点 [ 中图分类号] F E 9 7 3 ． B [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 09 7 5 2 2 0 1 2 0 4 0 3 5 1 0 3 1 干燥在天然气管道安全运行上的重要性 利用管道输送天然 ．是陆地 f 大精输送天然气的唯一方式 。在世界管道总长中，天然气管道 占一 半多。输气管道是个连续密 『才 J 的输送系统 ，从输送 、储存到用户使用 ，天然气均处于带压状态 ，故而管 道一 旦破 裂 ，释放 能 大 ．撕 裂 长度 较 长 ，排 出 的天然 气遇有 明火还 易酿 成火灾 [_ J ] 。因为 天然气 管道 在 出厂前，通常 已进行压力试验，在焊接完成后 ，又经过整体 的高于其设计压力的强度试验及严密性试 验 ，所以，管道本身凶为材质和焊接质量的缺陷发生管道破裂的几率微乎其微 ，除了在管道投产运行时 人为破坏造成管道破裂外 ，天然气管道破裂主要问题出在投产前干燥不彻底而引起的管道腐蚀 、管材强 度下降上 。现在管道试压都采用水压试验 ，在试压完成后 ，要进行排水干燥 ，若干燥不彻底 ，管道内还 有水存在 ，不仅会引起管内壁和附属设备的腐蚀 在高压下 ，天然气内的氢、硫等离子与水结合形成酸 性物质 ，腐 蚀 管道及 附属 设 备 ，而且 在一定 温度和 压 力下 天然 气 还 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凹 ] 。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 。 避免这些问题的方法是在新建管道水压试验后进行严格的干燥 ，彻底除去管道中的游离水和水蒸汽。国 外对新建管道的干燥非常重视 ，要求也很高。研究证实 ，在管道干燥至露点一2 0 ℃以下时 ，管道内壁的 腐蚀几乎已经停止 ，可以有效地保证管道的寿命 J 。 2 常 用的管道干燥技术介绍 2 ． 1干 空气 干燥 法 于空气干燥法是 目前国内管道干燥的主要方法 。其原理是利用空压机供气给干燥机产生低露点的干 空气推动泡沫清管器进入管道，泡沫清管器将管道内积聚的水推开形成水膜 ，管道内的水分被泡沫清管 器后 面 的干空 气 吸收 ，湿气 由空气 流带走 。通 过源 源不 断地 输入 干空 气并 监测 管道 出 口的空气 露点 ，当 其小于预定值时表明管道已经干燥。影响干燥时间的主要 因素有水膜厚度 、环境温度下饱和湿空气含 量、干空气的湿气含量 、干空气的质量和体积流量以及管道的长度 、粗糙度 ，沿线弯头弯管的数量等。 干空气干燥的优点是对于单一口径直管段能达到很好 的干燥效果 ，干燥时间相对较短 。但其局限性是配 套设备多 ，占地面积很大 ，需要消耗大量的燃油来制取干空气 ，故而成本高 ；而且在管线低洼存水的地 方及管径不一 、管路错综复杂的场所干燥效果很不理想 ；尤其在南方沿海地区湿热多雨 的环境下 ，干燥 机效率下降，生成的干空气质量和数量有很大的降低 ；若所干燥的管道距离很长 ，由一端吹进的热的干 [ 收稿日期]2 0 1 2 0 32 2 [ 作者简介]韩春华 】 9 8 1 一 ，男 ，2 0 0 5年河北建筑工程学院毕业 ，助 理工程 师，现从 事天然气管道干燥施工工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 5 2 石油天然气学报 * 油气管道工程 2 0 1 2 年 4月 空气到另一端时，已含有相当多的水分，特别是由于进气一端温度较高 ．在该处水蒸汽分压未饱和的热 空气 ， 在向另一端运动时，随着温度降低 ，水蒸汽分压变饱和，无法再继续吸收管道 内的水分 ，水蒸汽 开始凝结成水 ，使得距离干燥机越远的管道 ，干燥效果越不好 。 2 ． 2 药剂 干燥 法 药剂 甲醇或L- - 醇等干燥法是采用具有吸水性很强的药剂进行管道干燥 。干燥药剂费用相对较 高，干燥药剂 如甲醇等还是毒害神经系统和心血管系统的剧毒物质 ，而且其常用的醇类物质具有易 挥发、易燃 、易爆的特点；在管道运行之初 ，残留在管道 内的干燥剂使得天然气气质会受到影响。现在 国内已经限制使用该方法。 2 ． 3真空 干燥 法 真空干燥法是 目前 比较先进的干燥方法。用真空干燥法干燥管线在国外很普遍 ，效果很好。我国真 空干燥法干燥管线首次应用是在中山～珠海天然气管道工程上进行的，取得 了很好的效果。该方法是根 据水的沸点随压力的降低 而降低 ，在压力很低的情况下 ，水可 以在很低 的温度下 沸腾并剧烈蒸发 汽 化 。真空干燥就是利用这一原理不断地用真空泵从管道中抽气以降低管道中的压力，直至达到管壁环 境温度下的饱和蒸气压，使残留在管道内壁上的水沸腾而迅速蒸发，同时将水蒸汽抽出管道 ，达到干燥 的目的。真空干燥结束后 ，如果需要马上投产 ，可以直接输入天然气 ，因为真空状态下管道内的含氧量 接近零 ，安全投产是可行的。如果管道需要长时间放置，可以用氮气或干空气填充。 综上所述 ，真空干燥法的优点是①干燥 的可靠性高，全线降压干燥 ，管道 中所有的水都可 以除 去 ；②干燥后的管道能达到很低 的露点；③因只在管道的一端作业，所以设备占地小 ；④对于难以用于 空气干燥的多汇管管道 如站场非常有利 ，而且 与干燥剂 干燥法相 比安全且不会产生 明显的废物 ； ⑤进度易于掌握，管道内为负压 ，易于气体输入完成投产 ；⑥施工技术实用有效 ，适用范围广，效果检 验可靠 ；⑦设备先进 、自动 化程度高 ；⑧施 工无污染 ，完全符合 HS E标准 ；⑨ 完全适应野外 施工 ； ⑩施工费用合理。 通过以上 3种干燥方法的比较可知 ，真空干燥法以其强大的优越性必将成为今后管道干燥的首选方 法 ，应大范围应用于今后的天然气管道干燥中。下面主要对真空干燥法进行详细介绍 。 3 真空干燥的过程 真 空干燥 法 干燥管 道 的过程 ，通 常分为 3个 阶段 。 1 第 工阶段预真空阶段在初始抽气降压阶段 ，管道压力 由大气压降到管壁环境温度下水的 饱和蒸气压 ，此时大部分空气已被抽出，如果管道存在较大的漏点 ，此时可以发现并修补 。这个阶段只 是将管道内的空气抽出，使管道内空间减压 ，该过程所用时间很短 。 2 第 Ⅱ阶段 真 空干燥 阶段 当该 管道空 间 的水 蒸 汽分 压达 到 管 壁环 境 温度 下 水 的饱 和蒸 汽 压 时 ，即相 对湿 度为 1 0 0 时 ， 水 分子离 开液 面 的几 率 与水 分 子 返 回液 面 的几 率相 等 。空 间 中水 分 子 的密 度保持动态平衡 ，宏观的表现为液态的水不再蒸发L 5 ] 。打破这种平衡的方法有 2种一是提高温度，使 饱和蒸汽压上升 。当相对湿度小于 1 0 0 时，水分开始继续蒸发 ，这种方法在天然气管道干燥过程中无 法实现。二是降低管道环境中的绝对水蒸汽压力 ，即采用抽真空的方法降低特定空间内的水蒸汽分压 ， 即降低该空间内的相对湿度。相对湿度越低 ，水分蒸发的速度也就越快 。由于真空泵仍在不断抽掉管道 内的空气并向外排出，因此促使管内压力不断降低 ，水不断蒸发 ，蒸发出来的水汽所产生的压力将补充 被真空泵抽走的水蒸汽分压。水的大量蒸发和真空泵的不断抽取 ，使管道的压力动态保持在饱和蒸气压 状态 ，这个过程将持续到所有的水蒸发完为止。管道内的压力取决于泵的抽速、液面的总表面积、管道 内的温度 ；干燥 的快慢取决于管道内相对湿度的大小和真空泵组的排水蒸汽的能力。在干燥过程 中，压 力总体来说是保持在一定很小的范围内的，这是 由于大量蒸发的水蒸汽不断补充被抽走的水蒸汽所致。 在这一过程的末期 ，压力也会略有缓慢的下降 ， 这是 由于液面不断缩小且管道内温度略有降低所致 。 在真空干燥过程前，若管道排水效果不好 ，某些低点或站场内的工艺管线存在大量的明水 ，就要在 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 4期 韩春华等 真空干燥技术在新建天然气管道上 的应 用 3 5 3 干燥过程中适时地停下真空泵，密闭几个小时后再起机，观察管道内的真空度反弹变化情况。这是因为 水在蒸发时需从周 围环境中吸热 ，损失的这部分热量将 由管道系统从周围的环境中吸热补充 ，如果抽真 空的速度太快 ，将导致蒸发吸热的速度远大于系统从环境中吸热的速度 ，这时系统温度将下降，严重时 将 导 致管 道 内壁 结 冰 ，需要 停机 化冰 ，让管道 从周 围环 境 中吸取 热量 ，有 利于 管道 内的水 分尽 快被 真空 泵抽出。但由于通常管道干燥过程相 当长 ，周围环境使管道有足够的时间将热量补充过来 。除非局部积 存大量的明水 ，否则不会引起管道内温度明显迅速降低而引发的结冰现象 。这个阶段是管道内的水分大 量蒸发被真空泵抽 出排掉的过程 ，如果管道内水量较多且局部积聚 ，持续时间将会相对较长 ，所以在管 道水压试验完成后 ，管道干燥开始之前 ，管道除水应该尽量做好 ，保证管道内不会大量聚积液态水 ，便 于干燥 的顺 利 进行 。 3 第Ⅲ阶段 深度干燥阶段在最后的干燥阶段，管道 中的水都 已蒸发 ，随着真空泵抽真空的 继续 ，压力开始下降 ，此时 由于几乎所有的空气已被抽 出，而且管道 内壁所有的液态水已蒸发 ，可以直 接根据真空度计算露点 ，也可以向管道内注入氮气或低露点的干空气密闭后测量管道的露点。一旦达到 预定 值 ，就可 以认 为管道 已经干燥 ，干燥 作业 可 以停止 。这个 阶 段持续 的 时间也 很短 。 真空干燥结束后 ，可直接引入天然气完成投产。当在短期 内无法将天然气引入管道时 ，一般先注入 氮气 ，使其充满管道并保持微正压，以避免发生泄漏 ，保证管道干燥的效果 ，有利于时机成熟时天然气 的安 全顺 利投 产 。 4 真空干燥的工期 真空干燥的工期预测可以按照理想气体状态方程进行初步计算 ] 。 例如 用真空干燥法将j 2 『 6 6 0 ram管道 内水含量 降至露点 一2 O ℃，管道长度 6 4 k m，埋地温度 1 O ℃， 真空泵采用德国莱宝 L e y b o l d 公 司生产的真空泵 ，其规格型号为 R A1 3 0 0 0 F U／ 3 S V1 2 0 0 ，排量为 1 3 0 0 0 m。 ／ h 。通 过计 算 ，真空 干燥 法 3个 阶段用 时分 别为 7 ． 1 、9 2 ． 3 、4 ． 9 h ，合计 用 时 1 0 4 ． 3 h 。 可 见 干燥 时 间很 短 ，有利 于节 省工期 。实 际干燥 过程 中 ，因为 管道 试压完 成后 的扫水 阶段 ，很 难将 管线 内的水清扫成满足干燥起始条件 的厚度为 0 ． 1 mm水膜 ，往往会有大量的明水 ，所 以干燥时间会有 延长 。但 因为真空干燥过程在管道的全线同时发生 ，所 以干燥也很快 。 5 真空干燥法的前景展望 天然气 以其极高的热效率 、清洁环保 ，在我 国一次能源构成改进规划中占有极其重要的地位 。加速 发 展天 然气 是 国家重 大 的能 源 战略 。我 国在 1 9 8 5 ～ 2 0 0 2年 间 ，天 然 气 消 费 的平 均 增 速仅 为 4 ． 9 ，天 然气 占全部能源的比例 1 9 8 5年仅为 2 ． 2 9 ／ 6 ，到 2 0 0 2年也仅为 2 ． 4 9 ／ 5 。直到 2 0 0 3 2 0 0 9年 ，随着西气东 输一线 、忠武线等一大批天然气主干管道陆续竣工投产 ，我国天然气的平均消费增速达 1 7 ． 2 ，占一 次 能源 比重也 大 幅增加 至 3 ． 9 。我 国天然 气产 业 的快速 发展 仅是 一个 新 阶段 的开始 。环 境压 力 和快 速 的城市化极大地扩大了天然气市场。在未来十几年甚至更长的时间天然气需求将高速增长，预计平均增 速将达 1 1 ～1 3 。据有关部 门分析 未来几年 内，我国天然气需求增长将快 于煤炭和石油。到 2 0 1 5 年 ，需求量将达到 2 6 0 0 1 0 i n 。 ，占整个能源构成的 1 O 。现在我国油气行业正在加快建设东北、西 北、西南 、海上 4大进 口油气战略通道；统筹境 内外天然气 含 L NG 、煤层气 、煤制天然气等资源， 加快建设川气东送 、中亚及西气东输二线 、中缅 、青藏输气、陕京三线、东北天然气管网、涩宁兰复 线 、榆林一 济南 、川东北一 川西等天然气管道 ；新建青 岛、宁波 、唐山、珠海等 L NG接收站及 配套管 道 。“ 十二五”期 间，随着西气东输二线 、三线以及大型管网的建设 ，必将使我国步入管道工业发达国 家的行列 ，真空干燥技术 以其优越 的特点必将成为管道干燥的主流 。我 国的管道干燥工作者将与全世界 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 。 下转 第 3 5 8页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 油气管道工程 2 0 1 2 年 4月 第 1 列的任意 1列 ，但位置要错开；⑤第 2张管道安装记录表的第 1道焊 口须用 VL OO KUP函数读取。 4 结 语 在陕京三线涿州增援段 1 2 ． 0 6 k m管线施工的竣工资料编制中，在原始施工数据收集完整 、准确的 前提下 ，项 目部竣工资料小组人员通过使用 VL OOKUP函数，轻松快捷 的完成 了管道安装记录表 ，原 来由几人花费数月完成的工作 ，现在 由一人在几天内就能轻松完成，最大程度地避免了可能由于人的疏 漏而造成的错误 ，节省了大量的宝贵时间，明显提高了工作效率 。 E x c e l 函数中，还有许多函数能有效应用在竣工资料编制 中，方便数据录入 ，核查数据 的准确性， 这些函数有待于在今后的工作 中发掘 、学习并应用。 [ 编辑] 宋换新 上接 第 3 5 3页 [ 参考文献] [ 1 3刘宁 ．天然气管道 断裂事故分析 [ D ]．西安 西北大学 ，2 0 0 6 ． [ 2 ]左景伊 ．腐蚀数据与选材手册 [ M]．北京化学工业 出版社 ，1 9 9 5 ． E a ]顾安忠 ，鲁雪生 ．液化天然气技术手册 [ M]．北京 机械工业出版社 ，2 0 1 0 ． E 4 ] 国家发展和改革委员会 ．天然气输送管道干燥施工技术规范 [ M]．北京 石油工业出版社 ，2 0 0 8 ． [ 5 ]黄春芳 ．天然气管道输送技术 [ M]．北京 中国石化 出版社 ，2 0 0 9 ． [ 6 ]刘涛 ．最新真空设备 、真空材料设计计算与生产新技术新工艺及测量 、检漏标准的实用手册 [ M]．北京 北方工业 出版社 ，2 0 0 6 [ 编辑] 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m