淺談新建天然氣長輸管道的干空氣干燥技術

彭新凱 田彩剛 李文波 牛勝彬 婁志 倪寧

摘要：本文以新建的塔里木油田公司克拉蘇氣田輸氣管道工程（大北-克拉2段）為例，介紹了天然氣長輸管道干空氣干燥法的工藝原理、工藝流程、干燥設備以及影響干燥效果和時間的因素進行了論述，對以后類似工程提供了參考依據。

關鍵詞：新建天然氣長輸管道干空氣干燥技術

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

為了排除新建天然氣長輸管道的隱患和缺陷，投產前必須進行試壓，用水作介質進行管道試壓，在試壓清管后管道內仍殘留有少量的水。在投產前如果不進行干燥，將影響輸氣質量及輸氣效率，嚴重時可能會發生管道水（冰）堵造成質量安全事故。因此，新建天然氣長輸管道在投產前，必須進行干燥處理。目前，國內外常見的干燥方法有：干燥劑法、真空法和干空氣法，其中干空氣干燥法以其使用安全便捷、成本低廉、經濟實用、效果好等優點，在我國新建長輸管道干燥中得到廣泛應用。

塔里木油田公司克拉蘇氣田輸氣管道工程（大北-克拉2段），全線位于新疆阿克蘇地區拜城縣境內，起點為大北處理廠、終點為克拉2清管站，線路長度88.6km，主線路管材型號D813×11mm。本工程是為西氣東輸輪南首站提供可靠的起源，對促進經濟發展、提高人民生活水平、加強民族團結及促進社會穩定等方面均具有重要意義。

本文以新建塔里木油田公司克拉蘇氣田輸氣管道工程（大北-克拉2段）的管道干燥施工為例，對新建天然氣長輸管道干空氣干燥法工藝原理、工藝流程、干燥設備以及影響干燥效果和時間的因素等方面展開了論述。

1干空氣干燥法工藝

1.1干燥原理

干空氣干燥法：利用露點低于-40℃的、流動的干空氣帶走管道內殘留水分來達到管道內部干燥的目的。即：干空氣進入管道后，會被水蒸氣飽和成為飽和空氣，這樣一部分水被帶出管道；不斷地輸入干空氣并監測管道出口的空氣露點，直到其小于預定的值，此時則表明管道內部已無液態水，管道已處于干燥狀態。

長輸管道的干空氣干燥技術，其動力來源于干空氣與濕空氣之間水蒸氣含量的差值，差值越大，干空氣吸濕的速度越快，干燥也越快，因此干燥過程與濕空氣的性質參數是有密切關系的。

1.2影響干燥時間的主要因素

采用干空氣法干燥新建天然氣長輸管道時，影響其干燥時間的主要因素如下：

（1）水的分布狀態。水在管道中分布得越均勻，水與干空氣的交換面積就越大，干濕空氣越容易飽和，干燥時間就越短。新建天然氣長輸管道中水的理想分布狀態是一層均勻的水膜，但實際上管道中水的分布是不均勻的，管道底部（特別是低洼處）的水要多一些。因此，在干燥初期，先使用泡沫清管器進行清管、以使管道中的水盡可能地攤開而形成一層均勻的水膜。一般情況下，管道中的水分布不均勻時，干燥時間將變長。

（2）管道內壁的初濕度。初濕度越小，干燥時間越短。管道內壁的最初濕度與管道內壁的水膜厚度、管道低洼處存水量有關。因此，新建長輸管道的內壁初濕度越低，越能縮短管道干燥的時間。

（3）干空氣的最初含水量。理論上使用的干空氣越干，干燥時間越短，但在實際干燥過程中一般采用露點溫度為-40℃～-50℃的干空氣，很少采用更低露點的。因為露點低于-50℃的干空氣對縮短干燥時間的能力越來越小，而相應的制取費用越來越高。

（4）干空氣的流量。干燥時間隨干空氣流量的增加而縮短；但管道中干空氣的速度也不宜太快，否則干空氣與新建長輸管道內的濕空氣不能充分混合，出口輸出的空氣不是飽和空氣反而增加了干燥時間，同時，增加流速不僅需要更大排量的空壓機和制取干空氣的設備。因此，干空氣的流速有一最佳范圍。根據相關資料：干空氣的流速一般控制在2～5m/s的范圍內。

（5）飽和空氣的含水量。在干燥的大部分過程中，管道出口的空氣是飽和的，飽和空氣的含水量越高，單位體積的空氣帶出水分的量越大，干燥時間越短。飽和空氣的含水量與溫度和壓力有關，溫度越高，壓力越低，飽和空氣的含水量越大。因此使用低壓的（接近大氣壓）、熱的（溫度一般為40～50℃）干空氣效果最佳，但溫度不能太高，否則管道前部熱的飽和空氣會在管道后部冷卻使一部分冷凝出來水反而影響干燥效果。

2干燥工藝參數

2.1干燥工藝選擇

采用干空氣干燥法時，實際施工工藝有兩種：一是，在通干空氣吹掃的同時、間隔一定時間通泡沫清管器輔助干燥；二是，只用干空氣連續低壓吹掃。前一種工藝由于泡沫清管器的輔助作用，干燥速度較快，但由于泡沫清管器較易磨損，一般只適用于干燥距離較短的管道，一般地應用在一次干燥的最長距離在150km以內；后一種工藝可一次干燥很長的管道，據資料記載，采用此工藝干燥的最長管道的距離長達620km，但要求空壓機和制取干空氣設備的規模很大。

針對本工程的現場實際，我們采用第一種工藝進行干燥，具體為以下六個步驟：初步擦拭→中間擦拭→初步干燥→深度干燥→密閉穩定、觀察→驗收。

2.2確定干空氣需求量

最初干燥時，裝入泡沫清管器“列車”（每組按5～10個不等），對管道內部的水分進行擦拭。一般地，泡沫清管器的運行速度宜控制在3km/h～6km/h，泡沫清管器運行時發球段內的空氣壓力為0.1MPa左右。計算得出：

理論上，需要的干空氣最大流量約為49.1m3/min（即：2948.5m3/h）；

實際上，需要的干空氣最大流量約為63.8～98.2m3/min；因為，在實際運行過程中，泡沫清管器前端是會漏氣的，根據本工程以前使用泡沫清管器進行深度清管時的經驗數據--漏氣量約占總進氣量的30%～50%。

3干燥設備選型

3.1 空壓機

根據上述計算得出的需要干空氣流量63.8～98.2m3/min，結合單臺空壓機的型號及使用功能，選定“低壓、大排量的空壓機并聯使用的方案”，確定：采用3臺英格索蘭公司XHP1070機型，輸出風量為30m3/min，壓力為0.7MPa，3臺空壓機并聯使用，可滿足氣量要求。

說明：已考慮了“空壓機輸出的風經干燥設備，有10～15%風量損失”的情況。

3.2 干燥設備

干燥設備由風冷卻器、油水分離器、干燥機（干燥能力：120m3/min、供氣壓力：0.6MPa）、粉塵過濾器、在線露點儀、流量計等組成。從空壓機輸來的壓縮空氣，經填充高效表面干燥劑的空氣干燥器，空氣露點出口達到-40℃，干燥器間實行自動切換，保持空氣連續流動。

3.3 干燥清管器

多孔狀聚氨酯輕型泡沫清管器，密度約為20～30kg/m3，最小長度為管道直徑的1.5倍，外形為子彈型，無涂層。

3.4 露點儀

選用芬蘭品牌vaisala露點儀（型號：D170、量程：-60～60℃）。

4掃水效果檢驗

為了保證干燥順利進行，在管道干燥施工前，使用泡沫清管器進行深度清管效果檢驗；在泡沫清管器發送前和接收后稱重，連續兩個排摸清管器含水量均不大于1.5D/1000kg（1.2kg）為合格；否則需進行深度清管作業，直至合格后、交付干燥作業。

5 干空氣干燥

在發球端的發球筒內，裝填一組泡沫清管器（一般5～10個為一組），用露點≤-40℃的干空氣推動，利用泡沫清管器攤開、吸收管道中的殘留水，反復發射泡沫清管器組，直到泡沫清管器增重不明顯，末端露點達到-20℃以下，即符合干燥驗收標準。

在末端露點達到-20℃以下（一般取-24℃），同時最后一枚泡沫清管器到達末端后，關閉發球筒、收球筒上的閥門，升壓至50～70KPa密閉4小時使管線內的干燥空氣與潮氣充分混合吸附。密閉試驗后，露點升高不超過3℃為合格；不合格時，繼續進行干燥作業，直至合格為止。對整個長輸管道系統進行密封保護并標識，干燥施工完成。

6 干燥過程中常見問題及采取的措施

6.1 干燥段水量超標

當干燥施工中出現干燥段水量超標情況時，一般采取加大發球密度的方法，將間隔時間成倍縮減，直到收到的泡沫球增重不明顯為止，經實際驗證效果顯著。雖然多消耗泡沫球，但是減少了干燥時間，既節約了大量油耗，又保證了工期。

6.2 鋼絲刷清理銹泥

對于沒有內防腐的管道，水壓試驗后管道內壁上會有厚厚一層銹泥，在干燥過程中很難將其中水分干燥，即便管道末端露點達到了要求，由于銹泥中的水分陸續蒸發，使得干燥達不到密封靜止的驗收標準。因此在干燥過程中可以發射帶鋼絲刷的機械清管器清理銹泥，能加快干燥速度，提高干燥質量。

6.3 高落差管道干燥

對于高落差管道干燥，清管器在陡降情況下，應采取背壓措施，消除清管器運行速度猛帶來的影響，保證山區地段管道干燥順利進行。

7 結束語

通過對本工程全線干空氣干燥施工的探索、實踐，現場連續發送泡沫清管器組共9次、總共耗時12天時間完成了全線的干燥施工作業，比國內以往類似工程干燥施工縮短了近一半的干燥時間。摸索出了“在通干空氣吹掃的同時、間隔一定時間通泡沫清管器輔助干燥”的施工經驗、積累了一定的數據，節約了成本，為以后類似工程積累了經驗、數據，具有借鑒及推廣意義。

參考文獻：

[1] Q/SY GJX131-2012 《油氣管道工程線路工程施工技術規范》；

[2] GB50369-2006 《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》。