干空气干燥技术在长输天然气管线中的应用

摘要：天然气作为价格低廉、清洁环保的能源已被广大民众所接受，天然气的广泛应用将有效地改变我国的能源结构，拉动国民经济使之健康快速发展。为了确保天然气长输管道安全高效的运行，天然气管道投产前必须要进行的一道工序是管道干燥。

关键词：输气管道；干空气；干燥技术；应用；

阐述了长距离天然气管道干燥的必要性， 目前天然气管道常用的干燥方法，建立了干空气干燥数学模型，分析了影响管道干燥效果的几个主要因素。针对某输气管道，详细介绍了干空气干燥技术及应用。

一、天然气管道干燥技术的重要性

天然气管道在投产之前，一般要通过试压一除水一干燥一置换一投产五个步骤，其中管道试压就是保证天燃气管道质量的必要手段。在内容上管道试压分为强度试验和严密性试验俩部分;在试压介质上由于气体介质压缩性导致爆炸等风险，所以一般采用各国水或其他经过批准的液体;在试压方法上，由于一般天燃气管道距离都较长，所以采用的是分段试压法。天然气管道在采用水试介质压后，常通过一些简单的处理方法如通球扫线等，来进行除水，但堆积在低洼地段、附着在管壁以及以气体形式存在的各种残存水却难以清除，而这些积存的水和水蒸气将对整个天然气的管道天然气运输产生许多诸如管道内部腐蚀、堵塞管道、降低天然气和供气品质下降之类的不良影响。因此，在天然气长输管道中的积水有着极大的危害性，在管道投入运行之前，必须进行干燥处理，才能保证其长期、安全、稳定地运行。。

二、天然气管道的干燥方法

1.干燥剂法。一般采用甲醇、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汽压大大降低，从而达到干燥的目的。残留在管道内的干燥剂同时又是水合物抑制剂，能抑制水合物的形成。在实际应用过程中，由于乙二醇和三甘醇的价格费用较高，因此一般选用甲醇作为干燥剂。甲醇干燥剂可采用天然气或氮气作为推动力，在两个清管器间夹带一定体积的甲醇，形成一定的甲醇浓度梯度，从而达到彻底脱水干燥的目的，这就是国外常用的两球法。在两球法的基础上又发展了三球法，三球法能使残留在管内壁上的液膜中甲醇浓度高于两球法，且甲醇损耗量小于两球法。

2.流动气体蒸发法。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，进而达到干燥的目的。这种气体可以是干燥的空气、氮气或天然气，因此流动气体蒸发法又可以分为干空气干燥法、氮气干燥法、天然气干燥法。

3.真空干燥法。真空干燥法是在控制条件下应用真空泵通过降低管内压力而除去管内自由水的方法，其原理是创造与管内温度相应的真空压力，以使附着在管内壁上的水分沸腾汽化。通过利比亚管道工程的实际应用，采用该方法干燥长输管道的时间远大于干空气干燥法，将其用于站场管道干燥效果好于干空气干燥法。针对忠武输气管道，专家们在充分分析各种干燥方法的工作原理、干燥工艺、适用范围、优缺点的同时，还考虑了干燥效率、经济、安全、环保等诸多因素，最终选定采用流动气体蒸发法中的/干空气干燥法0对忠武输气管道进行干燥。

三、管道干空气干燥理论计算数学模型

干燥理论复杂多变且可操作性差，为了便于管道干燥，采用了先进的露点测定仪测定露点，确定每立方米的含水量使之计算简化，提高效率和准确性。假设如下。（1）干空气和湿空气的性质符合理想气体定律。（2）管道内壁的温度等于环境温度。（3）管道内壁的水膜厚度是均匀的。（4）管道中空气的饱和露点与环境温度（地温）相等。（5）由于水分蒸发引起的管道内壁温度的降低对干燥时间的影响忽略不计。管道干空气干燥理论计算式见表2。计算式中水膜厚度Dwater是一个重要参数，直接关系到干燥效率。水膜厚度是指管道水压试验放水后，采用清管器除水、泡沫清管器擦拭后，理想状态将水均匀铺摊在管道内壁上形成的水膜厚度。据国外文献介绍，水膜厚度与管道内壁的粗糙度大致相当，新建管道内壁的粗糙度一般在50～150 Lm之间，有内涂层的管道内壁粗糙度不高于10～30 Lm。另外，管道内壁越光滑、清管器的密封性能越好，水膜厚度就越小。考虑管壁水膜由嵌入水和吸附水两部分组成，即表面粗糙度;a-吸附水厚度）。吸附水厚度a值与内环焊缝余高、清管器种类质量及除水擦拭效果、管道内壁表面粗糙度、管道内水的性质、地温、管道高差等多个因素相关。例如，西气东输管道，在现有清管方法和装备的基础上，泡沫清管器在50 km以上运行一次增重1.5 kg时可以开始干燥，此时的平原地带、山区地带水膜厚度分别为40～60 Lm、50～80。

四、输气管道干燥技术应用

1.干燥系统。干燥系统主要由额定排气量为4 300 m3/h的高压大排量移动式空压机、风冷型高效空气冷却器、微热变压吸附式再生空气干燥器、粉尘过滤器、便携式露点仪、清管器、收发球筒等设备组成。

2.工艺流程。作业段水试压合格-安装清管器发射和接收装置-空气干燥净化设备的布置、连接和调试-仪器仪表的校对-管道除水-管道擦拭-初步干燥-深度干燥）密闭稳定观察）验收。

3.干燥程序。（1）前期准备首先在管道两端安装临时收发球筒，作用是干燥时通球，推出管道内的湿空气，同时摊开管道内可能积存的水。其次空压机就位，干燥设备安装调试及临时管道安装。作业段起、终点与调度室间通讯畅通，除水干燥作业所用物资全部到位。监理对管道干燥前的条件进行预验收，同意后开始干燥作业。（2）管道除水天然气长输管道除水是指水压试验后、干燥前的清管操作，其目的是除去管道中的液态水。除水的效果是管道中绝大部分水已被除掉，除个别低洼段外，只在管内壁留下一层较薄的水膜。由于除水后管道中残留的液态水量直接影响后续干燥操作的效果和时间，因此天然气长输管道的除水技术是十分重要的，并且与管道的干燥效果密不可分。为了加快干燥速度，采用空气推动清管列车方式进行，清管列车由直板式和皮碗式清管器组成。（3）管道擦拭在除水操作完成后，管道中大量的水已除去，但仍有不少水聚集在管道底部和低洼地段，需要进一步用干燥的泡沫清管器吸收水分、将水推成水膜，提高干燥速度。管道擦拭是指利用空气推动泡沫清管器将管中剩余积水带出，直到泡沫清管器增重小于1.0 kg为止。为了进一步提高效率，采用干空气推动泡沫清管器进行管道擦拭。（4）初步干燥利用大气压下露点-400c以下的干燥空气推动泡沫清管器对管道进行微正压（0.02 M Pa左右）吹扫，将管中剩余积水带出，直到管道出口处的空气露点有明显下降，初步干燥就完成。（5）深度干燥进一步利用露点-400c以下的干空气对管道进行低压吹扫，直到出口处的空气露点温度低于干燥作业要求的验收露点温度-25 0c，深度干燥结束。（6）密闭稳定观察深度干燥结束时，管道内全是干燥空气，关闭管道两端阀门，将管道置于微正压的环境下密封进行稳定观察，结束后测量露点，如果测得的露点升高不超过5 0c，且不超过-25 0c，认为干燥过程完成，可以申请验收;若露点升高超过5 0c，则应继续进行深度干燥，并重复密闭、稳定观察步骤，直到符合要求。（7）测量在整个干燥过程中，每隔一定时间进行监测并记录进、出干空气的温度、压力、露点、流量。通过对忠武线进行干空气干燥，可以得出以下结论。（1）长距离天然气管道采用干空气进行干燥是最佳选择。（2）干燥时间的长短关键取决于管道试压后扫水效果、泡沫清管器的使用、干空气的排量和最终露点要求。

总之，天然气作为价格低廉、清洁环保的能源已被广大民众所接受，天然气的广泛应用将有效地改变我国的能源结构，拉动国民经济使之健康快速发展。

参考文献：

[1]刘芳，浅谈干空气干燥技术在长输天然气管线中的应用.2021.

[2]张浩宇，干空气干燥技术在长输天然气管线中的应用探讨.2020.