国内外天然气长输管道干燥技术(一)

摘要：介绍几种国内外天然气长输管道常见的干燥技术：干燥剂法、流动气体蒸发法和真空干燥法，将各方法进行了对比，并简单介绍了国内的应用情况；其中重点介绍了现在常用的干空气干燥法，包括其基本原理，典型的工艺流程，干空气的制取，分析了影响干空气干燥法的各种因素，并简要说明了干燥合格的标准及注意事项。
 关键词：输气管道  干燥技术  方法  工艺   干空气干燥  原理  优点
 
1引言
 国外管道干燥技术已经发展得很成熟，而对我国来讲是一项新技术。管道干燥常应用在长距离输气管道的施工中，它是用来解决输气管道压力试验后积存在管道内的游离水在输气运行时会增加输送阻力和动力消耗，严重时甚至会产生大量水化物，造成管道内冰堵事故发生的问题。
 如果不在投产前对管道进行必要的干燥，管道内的液态水的存在会降低天然气的输送能力，造成管道输送能力下降，使天然气含水量增加从而导致供气品质下降。具体来说会引起以下几个方面的危害：[1]
 （1）管道中残留的液态水与天然气中的少量酸性气体生成酸性物质，使管道内部产生危害较大的应力腐蚀，影响管道系统使用寿命及其可靠性。
　　（2）管道内的天然气在足够高的压力和足够低的温度下，如果同时存在液态水就有可能形成天然气水合物，影响天然气流动，造成管道和设备的堵塞，严重影响管道的安全运行。
 （3）管道中的液态水在低温时还会造成管道低洼处的冰堵，影响输气量，严重时会造成停输的重大事故。
　　因此在管道投入运行之前，必须进行除水、干燥处理，使管道内空气露点达到规定的要求。
2国外天然气长输管道干燥技术概况
 国外天然气长输管道干燥技术起步很早，发展也较为迅速，干燥方法多样。目前，国外天然气长输管道常用的干燥方法有：干燥剂法、流动气体蒸发法（包括干空气干燥法，氮气干燥法，天然气干燥法）、真空法等。
2.1干燥剂法
 干燥剂干燥法一般用甲醇、乙二醇或三甘醇作为干燥剂,干燥剂和水可以任意比例互溶,所形成的
溶液中水的蒸气压大大降低,从而达到干燥的目的。残留在管道中的干燥剂同时又是水合物抑制剂,能抑制水合物的形成。在应用过程中,由于乙二醇或三甘醇的价格费用较高,故一般选用甲醇作为干燥剂。随着工业生产重视环境程度的不断提高,干燥剂干燥法在工业现场的应用受到一定限制。[1]常采用天然气或氮气作为推动力，在两个清管器间夹带一定的干燥剂，从而达到彻底脱水干燥的目的，这就是国外常用的两球法。在两球法的基础上，国外又发展了三球法，与两球法相比，三球法能使残留在管内壁上的液膜中干燥剂的浓度高于两球法，且干燥剂损耗量小于两球法。[3]
 甲醇干燥的优点是除了小口经管道,其干燥速度最快,可干燥管道的长度仅受限于清管器的性能,可用于陆上和海底管道,在干燥的同时投产,低温环境下同样有效.
 甲醇干燥缺点是单独使用不能到达负露点,对含硫天然气管道和纯石化管道不太适合;由于甲醇和天然气都容易燃烧,因此现场的热工设备的运行安全将受到影响;甲醇易燃,易爆,而且有巨毒.储存运输要求较高,易对环境造成污染和发生安全事故;同时甲醇干燥需要天然气或惰性气体,在实际操作中需要气井或氮气制备设备,难度较大. [2] [3]
2.2流动气体蒸发法[2] [4]
 流动气体蒸发法的原理是：流动的干燥气体在管道里与残留在管内壁及低洼处的水接触后使水蒸发，达到干燥的目的。这种气体可以是干燥的空气、氮气或天然气，所以流动气体蒸发法又可以分为干空气干燥法、氮气干燥法和天然气干燥法。
 其中干空气干燥法需要空压机和空气干燥机配合.与真空干燥法相比,技术要求低,干燥速度短,尤其在吹扫过程中还可以加发泡沫清管器来增大扰动,进一步使水膜摊开,提高干燥速率,缩短干燥时间.
2.3真空干燥法[2] [3]
 真空干燥法是利用水的沸点随压力降低而降低，当压力降到一定低时，水就会在低温下沸腾而蒸发，汽化这一原理。常用做法是用真空泵抽吸密闭容器内的气体，当压力降低到环境温度对应的饱和水蒸气压时，液态水会在常温下沸腾蒸发，水蒸气被真空泵抽出，达到管内除水干燥的目的。
 这种方法的有点是可靠性高,管道中的水斗可以除去,能到达很低的露点,在使用氮气扫线时最低能达到-68℃,设备占地小,在管道的一段作业,这对于海底管道和不能用其他方法干燥的多汇管管道非常有利.不会产生多余的废物,干燥进度容易掌握.易于气体输入完成投产.
 这种方法技术要求较高,只有选择合适得真空泵,才能较好得控制抽气速率.如抽气较快,则管内水蒸发过快热损失较多,容易结冰,反之蒸发慢,效率低,能耗高.干燥时不能同时清管,不适于长距离的小口经管道.
3国内天然气长输管道干燥技术概况
 由于以前对天然气长输管道内液态水的水蒸气的危害认识不够，90年代以前建成的天然气长输管道在投产之前是不直接进行干燥的，随着长输管道建设水平的提高，以及大口径、高压、大排量天然气长输管道的兴建，国内才开始认识到干燥的必要性，因此天然气长输管道干燥技术在我国起步较晚。90年代以后所做的几条重要管道干燥处理：[4]
 （1）1992年建成的上海平湖海底输气管道，内径334mm，长388km，全线采用了凝胶清管器夹带三甘醇的干燥方法进行干燥，最终干燥效果很好；
 （2）1993年建成的海南崖城13-1天然气输送管道，管径711mm，长778km，全线采用了真空法进行了干燥，最终干燥效果很好；
 （3）1997年建成的陕京输气管道，采用甲醇干燥法进行了干燥，干燥不彻底，效果不太理想，导致后来发生水合物冰堵；
 （4）2000年京-石输气管道，管径525mm，长300km，全线采用了干空气干燥，干燥效果很好；
 （5）2001年建成的涩宁兰输气管道，其中9.5km试验段采用了干空气法进行了干燥，达到了预期的效果；
 （6）2002年建成的沧淄输气管道，全线采用了干空气法进行了干燥，干燥效果很好；
 （7）2003年西气东输天然气输送东段（靖边-上海），管径1016mm，长1573km，全线采用干空气干燥，最终露点为-20℃。
3.1干空气干燥法的原理[5][6]
 干空气干燥法是指将干燥空气低压进入管道内进行吹扫,利用的露点空气对水分的吸附能力到达干燥的目的.在理想状态下管道内的水分会被的露点干空气吸附并被后面的干空气吹扫出管道.但在实际中干空气不可能将吸附水分的湿空气全部吹扫出管道.判断干燥的方法是,源源不断的输入干空气并检测管道出口空气湿度或露点,当其小于预定值时,表明已经干燥.另一种检测方法是同时检测管道出口和入口露点,当两者相等时表明已经干燥.
 当干空气在管道中流动时,低露点的干空气很快会吸湿至饱和,但随着空气在管道中的继续流动,压力逐渐下降,压力下降又会使空气的吸水饱和浓度增加,于是空气流将继续吸水,直至最终从管道末端被排出。在一定程度上,增加空气的流速可以缩短干燥所需的时间,但是水的快速蒸发会使得吸热量增加,从而降低了管道中的温度,减缓了水的蒸发速度。同时,增加流速就意味着需要更大规模的制干空气的设备和压缩机,而且会增加管道中空气的压力,压力增加又会导致空气吸湿能力下降。
 干燥合格的标准及注意事项: [1]　
 (1)清管、干燥的合格标准是管道内水膜厚度不大于0.1ｍｍ。

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