天然气场站管道干燥方法研究

刘凯 王波 杨硕林

(1.山东化工职业学院，山东 潍坊 261100；2.山东农业工程学院，山东 济南 250100)

0 引言

为了消除新建设的天然气场站内管道存在的隐患和缺陷，在投产运行前需要对场站管道进行严密性与气密性压力试验，当用水作介质进行场站管道试压时，试压结束后管道内壁会存留一层薄薄的水膜，水膜厚度与场站管道内壁的粗糙度大致相当，厚度约小于等于10µm。天然气场站在正式投产前若不清除管道中的游离水，投产后容易导致管道内壁腐蚀，形成天然气冰堵，降低管道的输气能力，影响输气质量，同时损坏管道连接设备，甚至引发安全事故。

1 天然气场站管道干燥的意义

天然气场站运营单位对内部管道的投产前干燥重视程度日益明显，虽然我国在管道干燥理论研究取得了一定的成效，但是到实地场站干燥的应用还存在诸多问题。随着国内天然气管道里程不断增长，管道干燥的市场日益扩大，如何采用因地制宜的干燥方法，提升场站管道干燥效率，成为当前管道干燥技术的难点。通过对比研究国内与国际现阶段的管道干燥技术并对它们开展横向对比分析，总结出天然气场站管道干燥效率高、效果好、周期短、性能强的干燥方式，为天然气场站安全运行奠定坚实的基础。

2 天然气场站管道干燥措施

2.1 干燥剂干燥

(1)干燥原理。依据使用试剂的不同可分为甲醇干燥、乙二醇干燥、三甘醇干燥。利用三种干燥剂与水进行互溶的特性来降低溶液中水的饱和蒸汽压，还能够降低水合物的形成温度，留存在管道内的干燥剂又起到抑制水合物形成的作用，从而变成水合物抑制剂，达到场站管道除水、干燥的目的。在实际现场应用时，鉴于干燥剂的成本，一般选用甲醇作为干燥剂。

(2)干燥工艺。干燥剂法对天然气场站管道进行干燥一般采用气推法。由于天然气场站内工艺管道具有单位空间内管道布置密度大并且管道间交叉穿越、场站内直线管道里程短、管道连接设备较多等特点使得站内管道无法实现清管器推送干燥剂，只能采用气推法。醇类干燥剂干燥法采用的动力推动气多为氮气或天然气，严禁使用干空气。未投产的天然气场站可使用氮气作为动力源，对于即将投产或已投产天然气场站可采用天然气作为动力推动气。醇类干燥剂采用注射装备在动力气源头处一同注入场站管道，同时要在场站管道干燥的末端安装积水设备，干燥剂用量通常是管道中残留水量的3～4 倍，残留水量的计算需要根据除水后水膜厚度算出以水膜形式存在的水量，加上可能在低洼地段存留的当量水量。

(3)适用范围。醇类干燥剂能用于天然气长输管道场站及城市管网门站的不同管径、不同长度的管道干燥。干燥过后会造成管道内壁残留一层薄膜，地势较低段会存留一定量的醇类混合物，混合物中会含有部分游离态的水，天然气中的酸性气体遇到存留的水会生成酸性物质，使管道内部产生应力腐蚀，危害管道的安全运行，所以醇类干燥法不适用于含硫天然气场站的干燥。醇类具有易燃、易爆、剧毒等特性，现场操作的技术难度比其它干燥方法大，对天然气气质影响较大。

醇类干燥法是天然气场站管道干燥最早采用的方法，当今世界各国对环境保护要求严格，醇类干燥法使用越来越少。

2.2 气体蒸发干燥

气体蒸发法是采用流动的干燥气体把残留在管道内壁以及低洼处的水带出管道达到干燥的目的。流动干燥气体可分为天然气干燥法、氮气干燥法、干空气干燥法。

(1)天然气干燥法。天然气干燥法是在场站内管道试压排水并完成氮气置换后，采用天然气的流动将管道内残留的游离水带出管道达到干燥的目的。这种方法多用于输送压力较低、管道口径较小、输送距离短并且当地地温相对较高的场站。现今，我国天然气场站管道都为大口径尺寸，此方法不适用现代场站的管道干燥。天然气干燥法存在水合物聚集缩小天然气流通面积，降低局部压力造成水合物聚集地冰堵，管道中游离水会与天然气中的酸性气体发生结合形成酸性物质，对管道内涂层及环焊缝产生应力腐蚀。天然气干燥持续周期长，增加了输送天然气的水含量容易使气质不达标。

(2)氮气干燥法。采用氮气将管道内残余的游离水带走而达到干燥目的。鉴于场站现场是的工作环境，氮气只能采用液氮汽化生产，液氮生产的氮气水露点低于-70℃。此方法氮气耗量较大，成本高，氮气排放量大，会有排气口周围人员窒息的隐患。氮气干燥通常用于城市门站、矿井集输场站、小口径场站。此方法不适用于大口径天然气长输管道的场站干燥。

(3)干空气干燥法。干空气干燥法是采用露点低于-40℃的干空气将管道内残留的游离水带走从而的方法。干空气进入场站管道后会被残余的游离水饱和成湿空气，一部分水分随空气被带出管道。在场站管道的出口端要不断监测出口空气的水露点，直至达到干燥预定值，表明管道处于干燥的状态。

场站管道残留的水量不同，没有内防腐层的管道干燥可采用干空气干燥。采用干空气进行干燥，管道内壁的游离水很容易被干气吸收，它不但适用于小口径场站，也适用于大口径天然气长输管道场站。

2.3 真空干燥

(1)干燥原理。利用水在低压工况下实现低温沸腾汽化的特性实现干燥。采用真空泵从管道中抽气降压，直至达到管壁温度下水的饱和蒸汽压，留在管道内壁上的水会因为饱和蒸气压降低而产生沸腾并且迅速汽化，跟随空气一同排出。

(2)干燥工艺。首先要降低管道压力，对场站管道开展排气降压，除去管道残留的水蒸气和空气，管道内部压力降低使得水的饱和蒸气压降低。其次进行管道游离水蒸发工艺，管内压力达到游离水的饱和蒸汽压，游离水沸腾蒸发，随着真空泵使管内压力不断降低，水分也不断蒸发弥补压降损失，该工艺步骤是真空赶在的主要过程，耗时较长。最后为真空干燥过程，在此之前要保证管道中的水已全部蒸发，真空泵持续工作使得管道内部压力再次降低直至所有的空气已被抽出，计算管道中的水露点，达到验收标准后，管道干燥完成。

(3)适用范围。真空干燥法一般用于小直径管道及局部管道的干燥。此外，真空干燥效果好、安全性高、成本小，是理想的干燥方法。在场站干燥过程中，各种工艺管线尺寸不同、错综相连，管道中会有一些死水并不能采用气体蒸发干燥方法进行干燥，如果一直用干气进行吹扫，不仅需要的时间长，并且干燥效果不理想。真空干燥很好的解决这种问题，结合气体蒸发干燥，场站管道内部水分会被彻底干燥。

3 结语

天然气场站管道交纵复杂，场站空间受限，管道连接设备较多导致部分国内外先进干燥技术无法在场站中应用，本文探究出适用于天然气场站管道干燥的方法，能够大大提高场站管道干燥作业的效率，保障输气场站顺利投产运行。综上所述天然气场站管道干燥方法有以下特点：场站管道在试压排水结束后，会存在部分游离水，没有内防腐层的管道水与管道空气结合会发生电化学腐蚀，有内防腐层的管道游离态的水会使内涂层变软甚至降解，缩短管道运营寿命，降低场站管道运行的安全系数；干燥剂干燥法是天然气场站管道干燥应用较早的方法，但醇类干燥剂会破坏管道内涂层，其应用越来越少；采用干空气对场站管道进行干燥，管道内壁的游离水很容易被干气吸收，气体蒸发干燥不但适用于小口径场站，也适用于大口径天然气长输管道场站，经济性能高；真空干燥法可适应站场各种口径的工艺管线，即使管线连接复杂，也能保证较好的干燥效果。