天然气长输管道储气升压平衡干燥工艺

安治国

（中国石油天然气管道局国内事业部，河北廊坊 065000）

0 引言

天然气管道建设施工中，站间干燥作为施工的最后一道工序，其主要作用是清除试压后管道内的残留水，这对于管道的安全投产起着至关重要的作用。如果管道内存有积水，不仅使管道内壁 （如焊道）产生腐蚀，还可能与所输天然气中的杂质 （如H2S、CO2）生成水合物，水合物越积越多，最终可能导致堵塞，影响管道的正常运行，甚至造成管道瘫痪。

西气东输二线管道工程东段施工过程中，受多种因素的影响，管道安装工期被多次压缩，对关键线路关键工序产生很大影响。对于一些控制性工程，如隧道、定向钻，受空间和地质等不确定因素影响，难以采用增加人力、设备资源等赶工措施，使得管道干燥工序的施工时间没有调整的空间。

经过研究分析，决定采用以截断阀室为节点，对未连通段两端相邻段先期分段干燥，然后利用截断阀门关断对已干燥完管段进行储气升压，待整体贯通后利用储气压力对未干燥段进行吹扫干燥，以达到露点要求的施工方法。该干燥工艺在西二线东段输气工程中进行实施，既有效地保证了干燥质量，又缩短了施工周期，保证了按期投产，取得了良好的实施效果。

1 储气升压平衡干燥的基本原理

储气升压干空气干燥主要是利用低露点空气对管道进行低压连续吹扫，使残留在管道内壁及低洼处的水以水蒸气的形式进入干空气，并随着干空气排出的过程。管道内水汽压力与外部输入干空气的水汽压力之间的差值越大、管道内水气化的动力越大，气化速度越快。进入管道内的干空气的露点越低，则含水量也越低，管道内干燥动力越大。注入管内的干空气压力越高、流量越大，干空气在管道内流动速度越快，则管道干燥速度越快。干燥时间越长，干燥效果越好。

管道内残余水被干空气干燥的过程是吸热过程，热源来自管道周围的大地，通过管壁传导，水分子获得足够热量，转化为分子动能，在干空气内低压水汽的压力差值驱动下，进入干空气。因此，干燥的速度和质量与干空气的露点、流量有很大关系。

在西气东输二线管道工程中，管道干燥的验收标准是管道末端出口处空气露点不高于-20℃，注入干空气的露点不高于-40℃。

2 储气升压平衡干燥工艺的应用

在西气东输二线东段工程江西段施工中，由于隧道、河流采用不同规格的管材，管道施工的工序安排也有不同，因此对管道的整体贯通产生很大影响，致使管道站间不能按期贯通，因工期紧迫，若等贯通后再进行干燥则干燥周期根本无法保证。

针对不能实现正常站间贯通干燥的情况，决定将临近的截断阀室作为节点进行站间分段干燥，采用储气升压平衡干燥工艺进行干燥，以解决工期紧迫的问题。

在管道待干燥段无法正常贯通时，在相邻具备条件的施工段先期进行干燥，然后封存升压，当待干燥段贯通后再进行平压吹扫以达到露点要求；若因各种因素的影响，储存压力干空气未能使待干燥段达到露点要求，或密闭封存检验不达标时，可启动干燥设备进行短时间的补气干燥，以迅速解决问题。储气段的压力、长度可根据干燥设备的工作参数、待干燥段的长度和气候环境等综合因素进行计算。

储气段与待干燥段均以阀室为分界点，选择阀室的预留注氮点作为注气点；如果临近站场，则选择站场内某个阀门作为注气点。选择待干燥段下游的阀室放空管作为排气点，因待干燥段已经无法加泡沫球进行干燥吹扫，则必须严格控制该段的深度扫水质量，验收标准应高于规范标准一个等级，并且储气段的储气量应考虑干空气与湿空气混气段造成的损失，应在计算结果基础上，适当提高储气量，根据工程实践一般增加5%～8%。

3 储气升压平衡干燥工艺应用案例

在西气东输二线东段施工中，按照施工总体部署和施工技术规范要求，对吉安站 （以下简称A）和赣州站 （以下简称B）之间的管段进行密闭干燥。但由于密岭1#隧道和密岭2#隧道因施工条件困难，无法按照正常工期达到贯通条件，达不到站间干燥的条件。

通过分析，可以将A和B之间的145#阀室（以下简称C）、146#阀室 （以下简称D）作为关断节点，先对已经连通站场和阀室间的管段A—C和B—D段进行干燥，减少整体管段内的残余水量。

3.1 干燥区段划分

A—B段干燥施工按照施工进度分为3段：A—C、B—D和C—D，干燥分段如图1所示。

（1）第一段 （A—C）。A—C段长度为91.3 km，线路施工按照工期节点完成，具备干燥施工条件。干燥施工结束后，关闭C阀室的截断阀门。考虑到A—C贯通段距离较长，将此段作为储气升压段，待C—D贯通后，利用A—C干燥段储备的干空气进行吹扫，达到干燥的目的。

（2）第二段 （B—D）。B—D段长度为50 km，具备干燥施工条件，干燥施工结束后，关闭D阀室截断主阀。保留0.05～0.07 MPa微压进行密闭封存。

（3） 第三段（C—D）。C—D段长度为25.2 km，受2条隧道施工的影响，不能按照原计划完工，且又为关键路径，根据工期安排，只有1天的干燥时间。

待C—D段管道焊接完成，且当A—B段完全贯通后，打开C阀室的截断阀门，利用A—C段储备的干空气进行吹扫。若A—C段储备的干空气量不够，则可以继续从外界充气。

3.2 储气段充气量的计算

3.2.1 计算依据

将A—C段作为主储气段 （管径为1 219 mm，壁厚17.5 mm），B—D段作为备用储气段2、C—D段作为待干燥段。

根据干燥设备性能参数及工程实践经验，干燥罐最大工作压力为0.6 MPa，受设备性能降效及安全系数影响，储气段最高储气压力可达到0.5 MPa，经济压力为0.35 MPa。密岭1#、2#隧道段共7 km未被干燥，其余18 km均进行过干燥，但盲板打开后与大气相连，进行连头时间约2天左右，被认为失去了原干燥效果。虽干燥效果不好，但管道内残余水量明显减少。

管道干燥露点按-20℃，设备提供干空气露点为-40℃，地温取平均温度10℃，不考虑温差影响。深度扫水后管道内空气质量，按照无明水且空气湿度达到饱和状态为计算标准。

3.2.2 干燥前管道内残余含水量计算

根据相关文献记录，管道内表面的水膜厚度一般为管道内涂层的4～6倍，此处水膜厚度取0.05 mm，管道内壁含水量计算公式为：

式中M0——干燥前管内残留水量/kg；

D——管道内径/m；

L——管道长度/m；

δ——管道内表面水膜厚度/m；

ρ——水的密度，取1 000 kg/m3。

则C—D段干燥前管道内含水量为：

3.2.3 干燥结束时管道内存留水量计算

经查表1可知，露点为-20℃时气体的含水量为1.074 g/m3。

表1 大气露点—含水量关系 （饱和空气）（部分表格截取）

干燥结束后管道内残留水量计算公式为：

式中M1——干燥结束后管道内残留水量/kg；

H1——露点-20℃时干空气的含水量/(g/m3)。

C—D段干燥后管道内残留水量为：

3.2.4 干空气的干燥能力计算

式中H——干空气干燥能力/（g/m3）；

HS——露点10℃时饱和空气的含水量/（g/m3）；

H0——露点-40℃时干空气含水量/（g/m3）；

计算得干空气干燥能力为：

3.2.5 待干燥段需要干燥空气总量计算

式中G0——干燥气体总量/m3。

计算得C—D段需要干燥空气总量为：

因无泡沫球隔离吸附，至少考虑2 km混气段气体体积G1，其计算公式为：

计算得

则C—D段需要储气的标准方量GT为：

3.2.6 储气段选择及校核计算

当气体温度T不变时，由气体状态方程可得：

式中P1——A—C段储气压力/MPa；

V1——A—C段管容/m3；

P2——C—D段储气压力/MPa；

V2——C—D段管容/m3。

P2取0.1 MPa

可得：

即储气段压力为0.509 MPa。

根据干燥设备的性能参数，单独选择A—C段满足储气要求。

根据上述计算方法，B—D段单独储气压力为0.93 MPa，也能够满足干燥要求；但干燥罐额定工作最大压力为0.6 MPa，无法满足要求，因而该段不能满足单独储气要求。

3.2.7 综合经济性储气方式计算

在实际施工中，根据设备的性能，储存压力越高，升压越慢，耗费燃油越多，经济性越差。根据现场试验性测试，压力升至0.35～0.4 MPa后，升压缓慢，0.35～0.4 MPa为经济储气压力，在客观条件允许的情况下，可以按照经济压力0.35 MPa测算，选取储气段长度。

由式 （6）、式 （7）得经济压力下储气管道长度计算公式为：

即储气段理论长度为133 km。

因 A—C段长度 91.3 km，B—D段长度为50 km，两段总长度为141.3 km，满足经济压力下的储气长度要求，故在实际施工中采用两段联合储气方式进行干燥施工，如图2所示。

在实际施工中，考虑干燥完成后，管道内应保持微正压维持干燥质量及减低温度变化等综合因素的影响，储气压力按照0.35 MPa实施。待干燥段贯通后，首先释放A—C段干燥空气进行吹扫，打开C阀室阀门平压供气，在D阀室由放空管进行放空，平压完成后，释放B—D段干燥气进行吹扫，在D阀室由放空管进行放空，并进行露点检测。

经实践检验，储气升压干燥工艺实施效果良好，施工数据基本与计算数据吻合，待干燥段干燥后露点值 达到-21.3℃，满足管道干燥验收标准要求。

4 结束语

采用储气升压平衡干燥工艺，在西二线东段施工工期紧的情况下有效地解决了线路安装与干燥施工的矛盾，将站间干燥作业按照阀室间距为最小单元进行分段，采取线路贯通一段，干燥施工一段，封闭一段，利用相邻段储气升压方式进行干燥气源储备，保证贯通后短时间内达到干燥要求，确保了管道按期投产。

储气升压平衡干燥工艺充分采用时间统筹方法，与线路实施交叉施工，在保证干燥质量的前提下，有效地缩短了投产关键工期，降低了投产安全风险，具有较高的使用和推广价值。

[1]高发连.天然气管道干燥施工方法[J].油气储运，2004,（10）：43-45.

[2]李献军.西气东输管道试压与干燥施工技术[J].石油工程建设，2004，30（01）:20-23.