中贵天然气管道工程中卫-南部段投产技术.pdf

2 0 1 4 正 第2 期 管适技木 P i p e l i n eT e c h n i q u e 5设各 a n d E q u i p m e n t 2 0 1 4 N o ．2 中贵天然气管道工程中卫一南部段投产技术 温晓峰1 ，许琛琛1 ，安矗2 ，游泽彬1 1 ．中石油管道分公司，河北廊坊0 6 5 0 0 0 ；2 ．中石油西南管道分公司，I Ⅱl J I I 成都6 1 0 0 0 0 摘要中责线途经地区地质条件复杂，加之管道输送要求多样，导致油气管道投产．y - 艺制定难度较 大。文中针对q - z 一南部段高落差 多处落差在5 0 0m 以上 管道的高压降输送工艺要求，对该部分管 道投产方案进行优化，最终制定出两级调压、多级注醇的投产方式，并在止L - y - - 艺条件下合理确定了注氮 量和注醇量。此部分管道投产后，运行阶段的测试结果非常理想，实现了高落差管道在高压降输送要 求下的稳定运行。 关键词天然气管道；投产；两级调压；注氮量；注醇量 中图分类号T E 8 3 2文献标识码B 文章编号1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 4 0 2 0 0 1 4 0 2 C o m m i s s i o n i n gT e c h n o l o g yo ft h eZ h o n g g u i N a t u r a lG a sP i p e l i n ei nt h eZ h o n g w e i t o - N a n b uB r a n c h W E NX i a o f e n 9 1 ，X UC h e n ．c h e n l ，A NY a 0 2 ，Y O UZ e b i n l 1 ．P e t r o C h i n aP i p e l i n eC o m p a n y ，L a n g f a n g0 6 5 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．P e t r o C h i n aS o u t h w e s tP i p e l i n eC o m p a n y ，C h e n g d u6 1 0 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o ni nm o s ta r e a ． w h i c hn e a rt h eZ h o n g g u il i n ea r ec o m p l e x ．C o u p l e dw i t ht h ed i v e r s i t yo fd e - m a n d sf o rp i p e l i n et r a n s p o r t a t i o n ，t h eo i lg a sp i p e l i n ep r o d u c t i o np r o c e s si sd i f f i c u l t ．I nt h i sp a p e r ，c o n c e r n i n gh i g hp r e s s u r ep i p e ’ l i n ep r o c e s s i n gr e q u i r e m e n t si nt h eZ h o n g w e i t o - N a n b ub r a n c h f a l lo fm o r et h a n5 0 0mi nm a n yp a r t s ，t h ep i p e l i n es c h e m ei s o p t i m i z e d ，u l t i m a t e l yd e v e l o p i n gam u l t i s t a g e ，m u l t i p l ea l c o h o li n j e c t i o na n dp r o d u c t i o nm o d e ，a n di nl i g h to ft h et e c h n o l o g i c a l c o n d i t i o n s ，t h ei n j e c t i o nc a p a c i t yo fa l c o h o la n dt h ei n j e c t i o nc a p a c i t yo fn i t r o g e na r er a t i o n a l l yd e t e r m i n e d ．T h ea f t e rr u n n i n gt e s t r e s u l t sa r ev e r yi d e a l ，r e a l i z i n gt h es t a b l eo p e r a t i o na tah i g hp i p e l i n ep r e s s u r ed r o pu n d e rt h ed e m a n do fh i g hp r e s s u r et r a n s p o r t a t i o n ． K e yw o r d s n a t u r a lg a sp i p i n g ；p u t t i n gi n t op r o d u c t i o n ；t w o s t a g ep r e s s u r ea d j u s t m e n t ；i n j e c t i o nc a p a c i t yo fn i t r o g e n ；i n j e c t i o ne a ’ p a c i t yo fa l c o h o l 1 管道工程概况 中贵联络线工程干线全长16 1 3k m ，设有输气场 站1 4 座，阀室7 3 座。其中，中卫一南部段管长约8 6 8 k m ，设计压力1 0M P a ，设有输气场站7 座，阀室3 8 座， 该管段线路条件差，沿线地形错综复杂，并存在多处 超过5 0 0m 的大落差，给该段管道的投产运行带来诸 多问题。 2 投产控制方式的确定 中贵线中卫一南部段的投产难点主要来源于主 干线气源的高压力，高压的存在使得注氮置换时极易 造成管道内的高压差，从而产生冰堵，影响安全投产。 目前在投产中控制冰堵的方法主要有电伴热、蒸汽 车加热、注醇、一级或两级调压法。为排除安全隐患， 收稿日期2 0 1 3 0 7 1 9收修改稿日期2 0 1 3 1 0 1 2 该段管道投产中最终采用调压和注醇的方式来控制 冰堵。 根据测试，中贵线来气的的压力约为9 ．3M P a 、温 度约为1 8 ℃、水露点一1 5 ℃．据以往设计经验，压降 为1 ．0M P a 时的温降约为5 ．5 ℃．所以根据来气温度 以及水露点条件，其最大压降可满足6 ．0M P a 而不产 生冰堵。因此，针对中贵线一南部段输送要求，采用 两级调压的方式即可满足要求。 3 调压工艺设定 中贵线中卫一南部段投产主要采用两级调压和 注醇的方式防止冰堵的产生。 3 ．1 调压点设定 两级调压的控制方式可将压降台阶设为9 ．3 ～ 4 ．0M P a 、4 ．0M P a 一常压，最大压降为5 ．3M P a ．由于 中卫首站建有调压阀，且中卫首站之后的1 阀室的旁 万方数据 第2 期温晓峰等中贵天然气管道工程中卫一南部段投产技术 1 5 通旋塞阀具有投产调流能力，因此将中卫首站设为一 级调压点，1 撑阀室设为二级调压点。 3 ．2 调压工艺设定 在采用两级调压的投产控制方式时，首先需用天 然气置换中卫首站至1 阀室间管段，并将此管段升压 至4 ．0M P a 后，再通过1 阀室作为二级调压点，对1 阀室下游管段进行天然气置换。由于在天然气置换 中卫首站至1 阀室间管段时，中卫首站调压阀前后压 差约为9 ．3M P a ，大于6M P a ，极易出现水合物并形成 冰堵。因此，在中卫首站至1 阀室升至4 ．0M P a 前需 注醇，以防止冰堵的产生。 4 注醇量确定 4 ．1 水溶液中最低甲醇的浓度 水溶液中最低抑制剂的浓度c 。可按H a m m e r s c h m i d t 公式计算 C m - 鬻 1 A t t l t 2 2 式中c 。为达到给定的天然气水合物形成温度降，抑制 剂在液相水溶液中必须达到的最低浓度 质量分 数 ，％；A t 为根据工艺要求而确定的天然气水合物现 场温度降，℃；M 为抑制剂相对分子质量，肘甲醇为3 2 ；K 为常数，K 甲醇为12 9 7 ；￡，为未加抑制剂时，天然气在管道 或设备中最高操作压力下形成水合物的温度，对于节流 过程，则为节流阀后压力下天然气形成水合物的温 度，o C ；t 为天然气在管道或设备中的最低操作温度，即 要求加入抑制剂后天然气不会形成水合物的最低温度， 对于节流过程，则为天然气节流后的温度，℃． 计算得c 。为4 5 ．8 ％，天然气中液态水含量约为 0 ．1 2g ／m 3 ．因此，天然气中液相中甲醇量约为0 ．0 5 5 g ／m 3 ． 4 ．2甲醇的气相蒸发量 甲醇易于蒸发，故在气相中的损失量必须予以考 虑。根据甲醇在使用条件下的压力和温度，按式 3 计算出甲醇的气相蒸发量q 。为 口，坐罂1 0 6 3 g E2 ■了一x L j ， u 1 式中g 。为按向体系注入浓度为C 。计的含水甲醇在 气相的损失量，k g ／d ；o r 为甲醇在最低温度和相应压力 下的天然气中的气相含量，k g ／1 0 6 m 3 ；q 。。为体系中的 天然气流量，m 3 ／d ；C 。为向体系注入含水甲醇的浓 度，％。 计算得甲醇气相蒸发量约为0 ．0 1g ／i n 3 ． 4 ．3 甲醇的总用量 所需注人甲醇量0 ．0 6 5g ／m 3 ，由于实际工程中尚 存在一些未知因素，甲醇的实际用量取计算值的3 倍， 因此实际甲醇用量为0 ．1 9 5g ／m 3 ，即1 0 4n 1 3 天然气配 3L 甲醇即可满足要求。共需注醇量约为3 6 0L ． 5 注氮量确定 5 ．1 置换方案优选 由于管道投产选择两级调压的控制方式，首先需 将中卫首站至1 阀室间管段进行天然气置换，该段置 换完成后管道中的气体状态如图1 所示。 厂] 纯夭然气广] 纯氧气广] 纯氨气广] 箧㈢釜㈢釜剧到 图1 管道中的气体状态 考虑以下2 个方案 1 中卫首站注氮至3 阀室，在天然气置换中卫 首站至1 阀室期间，在1 阀室将中卫首站至1 阀室 管段的氮气放空。 2 中卫首站注氮至2 阀室，在天然气置换中卫 首站至1 阀室期间，推动氮气置换2 阀室至3 阀室 之间管段，当3 阀室检测到纯氮气头时，关闭1 阀室 去下游阀门，剩余氮气在1 阀室放空。 方案1 操作简便，但在1 阀室将中卫首站至1 阀 室管段的纯氮气放空，会造成很大的浪费。 方案2 的经济性明显优于方案1 ，但采用方案2 的难点在于中卫首站至1 阀室的间距为3 2 ．6k m ，2 阀室至3 阀室的间距为3 1 ．0k m ．在天然气、氮气置换 过程中，当l 阀室检测到纯天然气头时，3 阀室并未 检测到纯氮气头，会导致投产失败。 为了保证投产安全且经济可行，投产采用方案2 。 一般管道的注氮压力为0 ．0 2 0 ．0 5M P a ，在中卫首站 注氮至2 阀室时，将氮气封存压力定为0 ．0 5M P a ． 5 ．2 注氮量确定 在中卫首站注氮至2 阀室，注氮量为管容的7 ％。 由于管道的放空量较大，选择在3 8 阀室放空部 分氮气，因此以置换至3 8 阀室的时间为准，表l 为置 换时气头到达部分场站阀室的时间，根据表1 可计算 出置换至3 8 阀室所剩余纯氮气段为2 5 ．8k m ，即氮气 混气量约为管容的4 ．5 ％。考虑在天然气氮气混气段 和氮气空气混气段问应留有部分纯氮气段，则长输管 道投产中注氮量为管容的6 ％一7 ％即可满足要求。 下转第1 8 页 万方数据 18 P i p e l i n eT e c h n i q u ea n dE q u i p m e n t M a t ．2 0 1 4 图5 是安装工况下管线上所有节点所占许用应力 的应力比率变化趋势图。 图5 安装工况应力比率分布图 从图5 可以看出，安装工况下，最高应力发生在弯 管4 附近，说明弯管是应力分析的关键点。同时，此工 况下最高应力所占应力比率为2 8 ．3 ％。根据输油管 道工程设计规范G B 5 0 2 5 3 2 0 0 3 规定，钢管的许用 剪应力不应超过其最低屈服强度的4 5 ％，支承外载荷 作用下的许用应力 端面承压 不应超过其最低屈服 强度的9 0 ％，可见此管道设计满足强度和柔性要求。 同理，将试压工况下管线上所有节点一次应力、 二次应力、综合应力所占许用应力的应力比率绘制应 力比率变化趋势图，可以得出试压工况下综合应力 和一次应力最高应力产生点相同，都产生在弯管1 附 近，说明压力载荷是试压工况下的主要影响因素。此 工况下最高应力所占应力比率为4 3 ％，满足规范要 求，满足管道设计的强度和柔性要求。 将运行工况下管线上所有节点一次应力、二次应 力、综合应力所占许用应力的应力比率绘制应力比率 变化趋势图，可以得出综合应力和二次应力最高应 力产生点相同，都产生在弯管2 附近，说明温度是运行 工况下的主要影响因素。同时也再次证明了弯管是 应力分析的关键点。此工况下最高应力所占应力比 率为7 2 ．6 ％，满足规范要求，满足管道设计的强度和 柔性要求。 3 结束语 从应力分析数据可以得出 1 无论何种工况下，弯管是应力危险的关键点。 虽然安装、试压、运行工况的最高应力点产生在不同 的节点，但都集中在弯管处。 2 不同工况的应力影响因素不同。分析数据表 明，温度是安装和运行工况的主要应力影响因素，压 力是试压工况的主要应力影响因素。 3 运行工况的应力比率远大于安装和试压工况 的应力比率，可采取以下措施来降低应力比率在弯 头附近设置锚固点，阻挡直段位移；加厚弯头壁厚或 增大弯曲半径；在横向变形段弯头附近设置软回填， 加大弹性臂长等。 参考文献 [ 1 ]唐永进．压力管道应力分析．北京中国石化出版社， 2 0 1 0 1 1 2 4 ． [ 2 ]王明春．油气输送管道应力分析及应变设计研究[ 学位 论文] ．成都西南石油大学，2 0 0 6 ． [ 3 ] 邓道明．管道轴向应力校核浅析．石油规划设计，1 9 9 5 4 2 9 3 0 ． [ 4 ] 黄坤，吴世娟，卢泓方，等．沿坡敷设输气管道应力分析． 天然气与石油，2 0 1 2 ，3 0 4 1 4 ． [ 5 ]杨立雷，王荣敏，张振宇，等．埋地输油管道应力分析及锚 固墩设计．石油和化工设备，2 0 1 1 ，1 4 1 2 2 3 2 5 ． 作者简介吴新果 1 9 8 4 一 ，助理工程师，主要从事油气储运方 面的研究工作。E ．m a i l a n y w a y 4 1 2 5 1 6 3 ．t o m 上接第1 5 页 表1 管道部分场站、阀室的气头到达时间 6 结束语 综上可见，中贵天然气管道工程的中卫一南部段 高落差管道投产所面临的来气的高压差，以及因此而 需要确定的注氮量、注醇量等，给管道的投产设计带 来了困难。中卫一南部段的投产实践成功克服了以 上不利因素，可为其他天然气管道投产提供参考。 参考文献 [ 1 ] G B5 0 2 5 1 - - 2 0 0 3 输气管道工程设计规范． [ 2 ] S Y ／T5 9 2 2 - - 2 0 1 2 天然气管道运行规范． [ 3 ] G B5 0 3 6 9 - - 2 0 0 6 油气长输管道工程施工及验收规范． [ 4 ]Q S Y G D 0 2 0 8 ．2 2 0 1 2 输气管道投产方案编制导则第 二部分天然气管道． [ 5 ]姜进田，高斌．中乌天然气管道A 线绕行段天然气置换 投产．油气储运，2 0 1 1 8 6 1 4 6 1 8 ． [ 6 ]刘建新，李刚川．川气东送管道江西支线的投产置换．油 气储运，2 0 1 1 4 2 7 6 2 7 8 ． 作者简介温晓峰 1 9 8 4 一 ，助理工程师，硕士，研究方向为天 然气管道运行。E - m a i l 2 8 9 1 6 0 0 9 5 q q ．c o r n 万方数据