浅谈新建天然气长输管道的干空气干燥技术

彭新凯 田彩刚 李文波 牛胜彬 娄志 倪宁

摘要：本文以新建的塔里木油田公司克拉苏气田输气管道工程（大北-克拉2段）为例，介绍了天然气长输管道干空气干燥法的工艺原理、工艺流程、干燥设备以及影响干燥效果和时间的因素进行了论述，对以后类似工程提供了参考依据。

关键词：新建天然气长输管道干空气干燥技术

中图分类号：C35文献标识码： A

为了排除新建天然气长输管道的隐患和缺陷，投产前必须进行试压，用水作介质进行管道试压，在试压清管后管道内仍残留有少量的水。在投产前如果不进行干燥，将影响输气质量及输气效率，严重时可能会发生管道水（冰）堵造成质量安全事故。因此，新建天然气长输管道在投产前，必须进行干燥处理。目前，国内外常见的干燥方法有：干燥剂法、真空法和干空气法，其中干空气干燥法以其使用安全便捷、成本低廉、经济实用、效果好等优点，在我国新建长输管道干燥中得到广泛应用。

塔里木油田公司克拉苏气田输气管道工程（大北-克拉2段），全线位于新疆阿克苏地区拜城县境内，起点为大北处理厂、终点为克拉2清管站，线路长度88.6km，主线路管材型号D813×11mm。本工程是为西气东输轮南首站提供可靠的起源，对促进经济发展、提高人民生活水平、加强民族团结及促进社会稳定等方面均具有重要意义。

本文以新建塔里木油田公司克拉苏气田输气管道工程（大北-克拉2段）的管道干燥施工为例，对新建天然气长输管道干空气干燥法工艺原理、工艺流程、干燥设备以及影响干燥效果和时间的因素等方面展开了论述。

1干空气干燥法工艺

1.1干燥原理

干空气干燥法：利用露点低于-40℃的、流动的干空气带走管道内残留水分来达到管道内部干燥的目的。即：干空气进入管道后，会被水蒸气饱和成为饱和空气，这样一部分水被带出管道；不断地输入干空气并监测管道出口的空气露点，直到其小于预定的值，此时则表明管道内部已无液态水，管道已处于干燥状态。

长输管道的干空气干燥技术，其动力来源于干空气与湿空气之间水蒸气含量的差值，差值越大，干空气吸湿的速度越快，干燥也越快，因此干燥过程与湿空气的性质参数是有密切关系的。

1.2影响干燥时间的主要因素

采用干空气法干燥新建天然气长输管道时，影响其干燥时间的主要因素如下：

（1）水的分布状态。水在管道中分布得越均匀，水与干空气的交换面积就越大，干湿空气越容易饱和，干燥时间就越短。新建天然气长输管道中水的理想分布状态是一层均匀的水膜，但实际上管道中水的分布是不均匀的，管道底部（特别是低洼处）的水要多一些。因此，在干燥初期，先使用泡沫清管器进行清管、以使管道中的水尽可能地摊开而形成一层均匀的水膜。一般情况下，管道中的水分布不均匀时，干燥时间将变长。

（2）管道内壁的初湿度。初湿度越小，干燥时间越短。管道内壁的最初湿度与管道内壁的水膜厚度、管道低洼处存水量有关。因此，新建长输管道的内壁初湿度越低，越能缩短管道干燥的时间。

（3）干空气的最初含水量。理论上使用的干空气越干，干燥时间越短，但在实际干燥过程中一般采用露点温度为-40℃～-50℃的干空气，很少采用更低露点的。因为露点低于-50℃的干空气对缩短干燥时间的能力越来越小，而相应的制取费用越来越高。

（4）干空气的流量。干燥时间随干空气流量的增加而缩短；但管道中干空气的速度也不宜太快，否则干空气与新建长输管道内的湿空气不能充分混合，出口输出的空气不是饱和空气反而增加了干燥时间，同时，增加流速不仅需要更大排量的空压机和制取干空气的设备。因此，干空气的流速有一最佳范围。根据相关资料：干空气的流速一般控制在2～5m/s的范围内。

（5）饱和空气的含水量。在干燥的大部分过程中，管道出口的空气是饱和的，饱和空气的含水量越高，单位体积的空气带出水分的量越大，干燥时间越短。饱和空气的含水量与温度和压力有关，温度越高，压力越低，饱和空气的含水量越大。因此使用低压的（接近大气压）、热的（温度一般为40～50℃）干空气效果最佳，但温度不能太高，否则管道前部热的饱和空气会在管道后部冷却使一部分冷凝出来水反而影响干燥效果。

2干燥工艺参数

2.1干燥工艺选择

采用干空气干燥法时，实际施工工艺有两种：一是，在通干空气吹扫的同时、间隔一定时间通泡沫清管器辅助干燥；二是，只用干空气连续低压吹扫。前一种工艺由于泡沫清管器的辅助作用，干燥速度较快，但由于泡沫清管器较易磨损，一般只适用于干燥距离较短的管道，一般地应用在一次干燥的最长距离在150km以内；后一种工艺可一次干燥很长的管道，据资料记载，采用此工艺干燥的最长管道的距离长达620km，但要求空压机和制取干空气设备的规模很大。

针对本工程的现场实际，我们采用第一种工艺进行干燥，具体为以下六个步骤：初步擦拭→中间擦拭→初步干燥→深度干燥→密闭稳定、观察→验收。

2.2确定干空气需求量

最初干燥时，装入泡沫清管器“列车”（每组按5～10个不等），对管道内部的水分进行擦拭。一般地，泡沫清管器的运行速度宜控制在3km/h～6km/h，泡沫清管器运行时发球段内的空气压力为0.1MPa左右。计算得出：

理论上，需要的干空气最大流量约为49.1m³/min（即：2948.5m³/h）；

实际上，需要的干空气最大流量约为63.8～98.2m³/min；因为，在实际运行过程中，泡沫清管器前端是会漏气的，根据本工程以前使用泡沫清管器进行深度清管时的经验数据--漏气量约占总进气量的30%～50%。

3干燥设备选型

3.1 空压机

根据上述计算得出的需要干空气流量63.8～98.2m³/min，结合单台空压机的型号及使用功能，选定“低压、大排量的空压机并联使用的方案”，确定：采用3台英格索兰公司XHP1070机型，输出风量为30m³/min，压力为0.7MPa，3台空压机并联使用，可满足气量要求。

说明：已考虑了“空压机输出的风经干燥设备，有10～15%风量损失”的情况。

3.2 干燥设备

干燥设备由风冷却器、油水分离器、干燥机（干燥能力：120m³/min、供气压力：0.6MPa）、粉尘过滤器、在线露点仪、流量计等组成。从空压机输来的压缩空气，经填充高效表面干燥剂的空气干燥器，空气露点出口达到-40℃，干燥器间实行自动切换，保持空气连续流动。

3.3 干燥清管器

多孔状聚氨酯轻型泡沫清管器，密度约为20～30kg/m³，最小长度为管道直径的1.5倍，外形为子弹型，无涂层。

3.4 露点仪

选用芬兰品牌vaisala露点仪（型号：D170、量程：-60～60℃）。

4扫水效果检验

为了保证干燥顺利进行，在管道干燥施工前，使用泡沫清管器进行深度清管效果检验；在泡沫清管器发送前和接收后称重，连续两个排摸清管器含水量均不大于1.5D/1000kg（1.2kg）为合格；否则需进行深度清管作业，直至合格后、交付干燥作业。

5 干空气干燥

在发球端的发球筒内，装填一组泡沫清管器（一般5～10个为一组），用露点≤-40℃的干空气推动，利用泡沫清管器摊开、吸收管道中的残留水，反复发射泡沫清管器组，直到泡沫清管器增重不明显，末端露点达到-20℃以下，即符合干燥验收标准。

在末端露点达到-20℃以下（一般取-24℃），同时最后一枚泡沫清管器到达末端后，关闭发球筒、收球筒上的阀门，升压至50～70KPa密闭4小时使管线内的干燥空气与潮气充分混合吸附。密闭试验后，露点升高不超过3℃为合格；不合格时，继续进行干燥作业，直至合格为止。对整个长输管道系统进行密封保护并标识，干燥施工完成。

6 干燥过程中常见问题及采取的措施

6.1 干燥段水量超标

当干燥施工中出现干燥段水量超标情况时，一般采取加大发球密度的方法，将间隔时间成倍缩减，直到收到的泡沫球增重不明显为止，经实际验证效果显著。虽然多消耗泡沫球，但是减少了干燥时间，既节约了大量油耗，又保证了工期。

6.2 钢丝刷清理锈泥

对于没有内防腐的管道，水压试验后管道内壁上会有厚厚一层锈泥，在干燥过程中很难将其中水分干燥，即便管道末端露点达到了要求，由于锈泥中的水分陆续蒸发，使得干燥达不到密封静止的验收标准。因此在干燥过程中可以发射带钢丝刷的机械清管器清理锈泥，能加快干燥速度，提高干燥质量。

6.3 高落差管道干燥

对于高落差管道干燥，清管器在陡降情况下，应采取背压措施，消除清管器运行速度猛带来的影响，保证山区地段管道干燥顺利进行。

7 结束语

通过对本工程全线干空气干燥施工的探索、实践，现场连续发送泡沫清管器组共9次、总共耗时12天时间完成了全线的干燥施工作业，比国内以往类似工程干燥施工缩短了近一半的干燥时间。摸索出了“在通干空气吹扫的同时、间隔一定时间通泡沫清管器辅助干燥”的施工经验、积累了一定的数据，节约了成本，为以后类似工程积累了经验、数据，具有借鉴及推广意义。

参考文献：

[1] Q/SY GJX131-2012 《油气管道工程线路工程施工技术规范》；

[2] GB50369-2006 《油气长输管道工程施工及验收规范》。