海底天然气管道排水和干燥工艺若干问题分析.pdf

第 4 2卷第8期 2 0 1 3年 8月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a ] I n d u s t r y V o 1 ． 4 2 ， N o ． 8 A u g u s t， 2 0 1 3 海底天然气管道排水 和干燥工艺若干问题分析 王凤娟 ，付 闯 ，陈 锐 I ．中国石油大学 北京 ，北京 1 0 2 2 4 9 ； 2 ． 辽河石油勘探局 大连石油储运项 目管理部 ， 辽宁 盘锦 1 2 4 0 0 0 摘 要为了防止投产过程中形成水合物堵塞管道，天然气管道在投产之前必须进行排水和干燥处理。而 海底天然气管道不能像陆上管道一样进行分段施工干燥 ，加大了干燥的难度。由于我国的海底管道干燥工艺起 步较晚，干燥过程中存在窜漏、卡堵 、清管器速度难以控制 、无内涂层管道排水干燥效果差等技术问题。分析 了上述问题的起因，并结合一些国内外具体投产实例提出了相应的解决方法。为我国海底天然气管道的干燥提 供了可借鉴的经验。 关键词海底天然气管道；投产；水合物；干燥工艺；技术问题 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 3 0 8 1 1 5 5 0 3 Ana l ys i s o n De wa t e r i ng a nd Dr yi n g Pr o bl e ms o f Of f s ho r e Ga s Pi pe l i ne s W A NGF e n g - j u a n ． F U C h u a n g ， C H E NR u i 1 ． C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m， B e ij i n g 1 0 2 2 4 9 ，C h i n a ； 2 ． L i a o h e P e tr o l e um E x p l o r a t i o n B u r e a u ，L i a o n i n g a a n j i n 1 2 4 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o p r e v e n t t h e g a s p i p e l i n e f r o m f o r mi n g h y d r a t e s ， t h e g a s p i p e l i n e mu s t b e d e wa t e r e d a n d d ri e d i n p r e - c o mmi s s i o n i n g s t a g e ． Offs h o r e g a s p i p e l i n e C an ’ t b e e n d r i e d s e g me n t e d l y a s t h e l a n d g a s p i p e l i n e ， wh i c h h a s i n c r e a s e d t h e d i ffic u l ty o f d r y i n g p r o c e s s ． As t h e d r y t e c h n i q u e s o f o ffs h o r e g a s p i p e l i n e s t a r t u p l a t e i n Ch i n a ， the r e a r e s e v e r a l s i g n i fic ant p r o b l e ms i n the d r y i n g p r o c e s s ， s u c h a s b l o wb y , b l o c k a g e ， t h e s p e e d c o n tro l o f p i p e l i n e p i g s ， p o o r d r y i n g e ffe c t o f t h e p i p e l i n e wi t h o u t i n t e ma l c o a t i n g ．I n t h i s p a p e r ,r e a s o n s t o c a u s e a b o v e p r o b l e ms we r e c o mp a r a t i v e l y a n a l y z e d ， a n d t r e a t me n t me a s u r e s we r e p u t f o r wa r d a c c o r d i n g t o t h e e x a mp l e s a t h o me an d a b r o a d ， wh i c h C a l l o ffe r s o me q u o t a b l e e x p e rie n c e s f o r the d r y p r o c e s s o f s u b ma r i n e g a s p i p e l i n e i n O Ur c o u n t r y ． Ke y wo r d s Offs h o r e g a s p i p e l i n e ； Co mmi s s i o n i n g ； Hy dra t e s ； Dr y i n g p r o c e s s ； T e c h n o l o g y p r o b l e m 天然气管道水试压后进行通球扫线 ，管道低洼 地段、管内壁上以及水蒸气等各种残存水难以完全 清除干净，它们会腐蚀管道内壁以及附属设备，污 染所输送产品， 形成天然气水合物阻塞管道。 因此， 海底天然气管道在投入运行之前，必须进行干燥处 理。但实践中容易出现窜漏、卡球、清管器速度难 以控制以及无内涂层管道干燥效果差等问题 ， 结合 国内外典型 的投产实例对上述 问题 的原 因进行分 析，给出相应的建议，为以后海底输气管道投产提 供一定的借鉴。 1窜、偏 清管器或者清管列车在运行 的过程 中与管道 的 密封性不好，会导致窜漏，从而影响除水干燥的效 果，例如平湖至上海输气管道投产前的清管干燥过 程中发生了气体的前窜造成干燥剂三甘醇的大量丢 失 。分析国内外投产案例 ，可以从 以下几个方面缓 解清管过程窜漏的发生。 1 ． 1 选择合适的清管器 良好的清管器选型时保证排水与清管作业取得 良好效果的关键 ，摩擦阻力小 ，密封 l生能好 ，则液 体泄漏量就小。 皮碗式清管器密封能力差 ，一方面，皮碗过盈 量大时与管壁摩擦增大 ，造成皮碗 的磨损 ，减小与 管壁之间的密封性 ；另一方面，如果发生卡堵事故 采用倒流的情况下 ， 清管器会 “ 翻转 ” ， 产生的拉力 将造成皮碗撕裂， 皮碗在管道中位置偏离中心，前 缘朝下会破坏管道的内涂层，因此不推荐使用皮碗 式清管器对管道进行排水干燥处理。 直板式清管器 密封盘 是简化清管和防止倒 流的安全备选清管器，具有较强的通过能力，不易 发生卡堵事故，一旦发生堵塞情况，可以反向吹扫 收稿 日期2 0 1 3 - 0 7 1 3 作者简介王凤娟 1 9 9 0 一 ，女，北京昌平区人，2 0 1 2年毕业于中国民航大学油气储运专业，现为中国石油大学 北京 油气储运在读研究生 研究方向为海上油田的海底管道投产与运行保障技术 ， E - m a i l m a k c i m l u c k l 6 3 ． c o m 。 1 1 5 6 当 代 化 工 2 0 1 3年 8月 解堵 ；密封性能较好 ，经过直管段时，产生的泄漏 量可以忽略不计 ；相对于皮碗式清管器 ，逆向流动 影响小 ⋯。东方 l l 气 田海底管道输气管线选用由 聚氨酯材料制成的双向直板式清管器对管道进行排 水和干燥处理， 清管器有效长度 1 ．6 D ，清管结束后 未发生气体窜漏现象，能满足长距离海底输气管道 排水和干燥剂干燥要求 。 裸体泡沫清管器由高强度聚氨酯材料直接用模 具发泡成型 ，外层采用低密度聚氨酯 ，无弹性保护 膜 ，有很好的收缩性和吸湿性 ；内层采用高密度聚 氨酯材料 ，形成外表层质地柔软 ，内芯强度高的双 重结构， 变形量可达 6 0 ％， 对管道和设备的损伤小， 通过能力强 ，不易卡在管道 中。常与双向直板型清 管器联合使用 ，既能达到较高的吸水性能 ，还能防 止窜漏。锦州 2 0 2凝析气田海底管道投产时联合 使用了双向直板型清管器和裸体泡沫清管器对管道 进行排水与干燥处理 ，取得 了满意的效果 。 1 ． 2 改造清管器 影响清管器窜漏特性的因素有 导向板、密封 板的布置及清管器的长度 ，为保证清管器不发生卡 堵且能顺利通过大 口径三通 ，一般设计清管器有效 长度为 1 ． 4 5 ～ 1 ． 6 D 。 当清管器通过弯头时，密封盘实际上呈椭圆形 剖面，密封盘轴线与弯头直径中心线的距离越大， 椭圆剖面越明显 ，相应密封性越差 ，因此要根据管 线长度 、直径 、弯头曲率半径等具体情况对清管器 适当改造 ⋯。 Z e e p i p e管道对标准清管器进行改进 ， 将有效密 封长度设计为 1 ． 4 5 D，把原来在密封盘外侧的导向 盘改成每个盘组合的两侧各有一个导向盘，至少装 设 4个导向盘，将两个聚氨酯密封盘面对面安装 ， 以保证密封盘的密封性能；每个清管器的两端各有 一 个密封盘组 ， 在安装时为盘连接螺栓装上密封垫 ， 在接触的盘与盘之间涂以硅类化合物进一步降低窜 漏 ；运行结果显示 ，在一个弯头处的静态窜漏量减 少了5 0 倍， 运行压差从 6 0 0 0 0 P a 上升到9 0 0 0 0 P a ， 密封性有较大改观 。 1 ． 3 采用组合型清管器 充分利用每种清管器的优势，组合成能改善干 燥效果的组合型清管器。例如可以在清管器头部安 装一个蝶形皮碗，同时在尾部配置 3 4 个高密封双 向直板，能有效地解决清管器磨损造成的气液窜漏 问题；同时根据管道残余水量多少，考虑是否在组 合型清管器前面和后面配置泡沫清管器 ，组成清管 列车 ，能更大程度地将管道 内水分推成水膜 ，降低 水膜厚度 ，加大水与干空气的接触面积 ，使水分能 充分蒸发到干空气中， 从而整体上提高除水效果 。 1 ． 4 使用凝胶 清管列车的第一个段塞中填充水基凝胶， 具有 润滑性能和清漕 眭能 ，最后一个段塞 中填充甲醇凝 胶段塞 ， 具有密封性能。 Z e e p i p e 海底管道采用该方 式 ，通过对清管器间隔进行跟踪监测 ，发现清管器 密封性能很好，没有气体窜漏到清管列车内。上海 平湖气田海底输气管道只在前部设置三甘醇凝胶， 结果后部清管器发现大量气体前窜，说明凝胶有较 好的密封作用 。 1 ． 5 合理控制清管列车运行速度 如果推动清管列车前进的压力过高 ，使清管列 车运行速度过快 ，不仅要消耗更多 的能量 ，而且速 度越高摩擦越剧烈，产生的热量会降低清管器的屈 服极限，使清管器的磨损量增加，清管列车越易发 生窜漏。因此海底管道进行除水作业时，要合理控 制清管列车速度 ，一般控制在 0 ． 6以下。 2 无内涂层管道深度除水效果差 无 内涂层管道的清洁度较差 ，影响清管列车的 除水能力， 分析已有的海底输气管道投产案例可知， 内壁粗糙度越小、清管器密封性能越好，残存的水 膜厚度就越薄，管内滞留水量越少，进行除水干燥 后效果越好 。据国外经验 ，有内涂层的管道水膜厚 度比无 内涂层管道小 l 倍以上 ，因此对于无内涂层 的管道，为提高其干燥效果 ， 应采取一定的方式提 高管道 内壁 的清洁度。 2 ． 1 采用具有特殊装置的清管器 常用的方法是在除水清管列车中配备带刷子或 带磁铁 的清管器 ，均置于清管列车的前端 。例如英 国一 欧洲内联海底天然气管道 ，在双 向扫线清管器 上安装刷子，能有效的将管道内壁的浮锈和附着较 松的氧化物刮离后推出管道 ，利用清管器上的磁铁 将铁渣类杂质吸走。这样不仅可以提高管道内壁的 清洁度，而且减少了内壁上残存水的量，使管道达 到很到的干燥度 。 2 _ 2 清管列车用净水分隔 深度排水过程中清管列车用净水分隔， 从而洗掉 管壁上海水试压遗留的盐， 减少管壁上的杂质， 提高 管道内壁的光滑度。 例如欧洲北海 E u r o p i p e 海底天然 气管道采用该方法取得了较好 的除水干燥效果。 3 卡 堵 海底管道可能因外力影响而产生局部变形 ，或 第 4 2 卷第8期 王凤娟， 等 海底天然气管道排水和干燥工艺若干问题分析 1 1 5 7 者在维修后没有进行过全程清管管内残留杂质较 多，或者清管器选型不合理，导致在运行过程中， 磨损严重，侧翻及偏心运行，当发生窜漏时，清管 列车速度逐渐减慢，最终会在阀门器件或弯道处发 生卡堵。 3 ． 1合理选择清管器类型 机械清管器变形余量小，不能很好的适应管道 的变形及弯头等特殊地段，容易在管道中卡堵；而 目前的海底管道长度相对较短，比较适合采用通过 能力强、 密封性能良好且携带液体潜力大的清管器， 带涂层的泡沫清管器具有如上优点，即使发生卡堵 事故，可以用增压的方法将其挤破，降低了作业风 险。同时，合适的清管球参数 过盈量、涂层厚度 和长度 因管道而异 ⋯。我国渤西南海底输气管 网以凝胶材料和聚氨酯泡沫材料为基础开发了加强 型带涂层泡沫清管器，综合了泡沫清管球密度小、 持液性能好、 弹性高和聚氨酯材料耐磨性高的特点， 运行距离达到 9 8 k m，实际使用效果 良好，达到了 预期效果 。 3 ． 2 将测径和置换／ 干燥分开进行 卡堵产生的一个重要原因是清管器速度过低， 气液窜漏后造成清管器停止运行并可能追尾。测径 时要求清管器运行平稳 ， 采用水作为推动介质，而 置换、干燥采用的动力是气体，如果窜漏严重则会 造成清管器追尾 ，导致清管器运行不平稳 ，因此测 径和置换／ 干燥过程应分开进行。 3 ． 3 控制相邻清管器距离 相邻清管器距离不小于 2 0 0 m，防止因泄漏使 清管器速度降低而产生追尾，前后清管器之间产生 径 向力发生卡球事故。 4 清管列车运行速度控制 清管列车运行速度过陕 影响除水效果， 速度越高 摩擦越剧烈，产生的热量会降低清管器的屈服极限， 使清管器的磨损量增加，清管列车越易发生窜漏。 清管列车速度的控制通常通过调整管道入口的 进气量实现。即通过时时调整管道人口压力和进气 量达到控制清管器速度的目的。假设清管列车运行 过程中密封性良好， 不发生窜漏，则运行的距离为 T 一 1 r D P 式中 一清管列车运行的距离 ，n Q n 一清管列车发出后累计进气量 ，I n ； D一输气管内径，n ； 、 标准条件下的压力和温度 ； z一清管过后管段 内气体的平均压力，温度和压缩系数 。 清管列车的运行速度可用 以下式子估算 V L I t 同时绘制 出压力一 运行里程 、速度一 运行里程的 图 ，通过 图可以反映出清管列车的运行状态 ，与入 口气体流量相配合共同控制清管列车的速度在一定 的范围内。 5 结 论 1 双向直板型清管器和裸体泡沫清管器配 合使用，不仅能有效的防止窜漏，而且还具有很好 的吸水效果。 2 合具体的管道对清管器进行适当的改造 能有效 的防止窜漏。 3 }青 管列车的头部和尾部的段塞采用凝胶填 充， 不仅能防窜漏，而且还起润滑的作用， 减轻清管 器与管道内壁的磨损程度。 4清管列车的速度一般控制在 0 ． 5 一 l m ／ s范 围内较合理，速度太大，磨损严重窜漏量加大，速 度过小具有卡堵的风险。 5谢 于无 内涂层管道在干燥之前要先通球扫 线以提高管内清洁度。 参考文献 [ 1 ]张琳 ，苏欣．伴生气管线的清管器优选研究【 J 】 ．西南石油大学学 报 ，2 0 0 8 ，3 0 2 1 5 1 1 5 4 ． [ 2 ]曹学文，等．东方 1 - 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