天然气长输管道的干空气干燥技术

张宽

摘要：本文论述了干燥施工在长偷管线中的应用的必要性，介绍了如何选择适合的干燥施工技术，并针对干空气干燥法的施工工序及施工方法。

关键词：天然气;长输管道;干空气;干燥技术

1 天然气管道干燥技术的必要性

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。

2 国内外干燥技术发展现状

国外天然气长输管道干燥技术起步较早，发展迅速，干燥方法多样。采用的方法主要有干燥剂干燥法、气体（空气、氮气、天然气）干燥法和真空干燥法。目前国外任何一条高标准的管道，无论是气压试验还是水压试验，都要进行干燥处理。我国天然气长输管道干燥技术起步较晚，由于对天然气长输管道内液态水和水蒸气的危害性认识不足，20世纪90年代以前建成的天然气长输管道，投产前都不进行干燥处理。90年代以后，随着人们对管道干燥必要性的逐步认识，开始对几条重要管道进行了干燥处理。目前的干空气干燥技术还不完善，特别是不能准确地预测封闭期间干燥段内干空气的绝对含水量随时间的变化，从而不能保证封闭期间管道内空气露点低于最低环境温度，这样就可能析出液态水，使得干燥过程前功尽弃。此外，对干燥过程的预测也不准确，给现场施工和管理带来诸多不便。

3 天然气管道的干燥方法

3.1 干空气干燥法

原理是当干空气在管道中流动时含水量低的空气很快吸湿，直到饱和。但随着空气在管道中的继续流动，压力逐渐下降。压力的下降导致其吸水的饱和浓度增加，于是空气将继续吸水，直至其最终从管道尾端排出。

3.2 真空干燥法

真空干燥方法是在控制条件下应用真空泵通过减小管内压力而除去管内自由水的方法。其原理是创造與管内温度相应的真空压力，使附着在管内壁上的水分沸腾汽化。利比亚管道工程应用该方法的实践证明，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。

3.3 干燥剂法

干燥剂法一般用甲醇、乙二醇或三甘醇等吸水性很强的醇类物质作为干燥剂，干燥剂和水可以任意比例互溶，从而达到除水、干燥的目的。同时，所形成的溶液中水的蒸汽压大大降低，残留在管道内的干燥剂可降低水合物的形成温度，所以又是水合物抑制剂，能抑制水合物的形成。

4 干空气干燥技术

4.1 干燥原理

干空气干燥法的原理就是利用露点为-40℃的干空气带走管道内残留水分来达到干燥的方法。露点为-40℃的干空气，标准状况下水分含量为 0.1757g/m3。而在现场环境温度下，管道内空气的水分处于饱和状态，假定现场温度为15℃，其饱和状态的水分含量为 12.83 g/m3。两个水分浓度差的存在使干空气能够吸收饱和空气中的水分。不断输入的干空气能够使管道内残留水分蒸发为水蒸气，带出管道。监测管道出口的空气露点，当其小于现场温度下空气的露点时，此时表明管道内部已经没有液态水。继续通入低露点的干空气，直到预定的露点设定值，管道干燥完成。

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。

（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。

2.2 干燥工艺

空气经压缩并经空冷器冷却，在缓冲/分液罐分离出大部分水分，然后进入干空气撬的入口过滤器，进一步除水、除油后，进入A干燥器，空气中的水分被碳分子筛吸附，空气变为低露点的干空气，出A干燥器后分两路，大部分经出口过滤器过滤后进入用户。一部分进入B干燥器，带走饱和碳分子筛中的水分，实现B干燥器的再生。而后B干燥器开始吸附，这样AB干燥器交替生产出低露点的干空气。露点为-40℃干空气进入管道，带出其中的水分，实现管道的干燥。

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