天然气管道氮气干燥置换工艺及实际应用.doc

天然气管道氮气干燥置换工艺及实际应用 摘要：天然气管道干燥技术是天然气管道运输中重要的技术工艺之一，它能够对天然气管道中的水分进行及时的清除，保证管道在干燥的状态下进行运输使用。笔者结合一定的实例，就天然气管道中氮气干燥装置的具体使用工艺，作出以下的论述和探讨。 关键词：天然气管道；氮气干燥；置换工艺 一、氮气干燥置换工艺的特点 天然气管道内游离态的水分存在于管道内，极易与硫化氢、二氧化碳、烃类等天然气组成成分发生反应生成水合物，大量的水合物能够使得输气管道的压降上升，这不仅能给管道阀门带来阻塞的危险，还极大地减小了管道输送天然气的能力。 基于天然气管道中水分存在的诸多危害，在使用天然气管道进行实际天然气运输以前，都要经过一定的干燥处理，我国目前采用的较为广泛的天然气管道干燥方法主要包括干燥剂干燥、真空干燥、干空气干燥、氮气干燥等，其中干空气干燥是适用范围最广的一种干燥方法。与干空气-40℃的露点相比，氮气的露点能达到-75℃之低，所以氮气比干空气具有更优秀的干燥效果。另外，使用干空气进行干燥需要空压机、制备机等装置，有些现场并不适合这些设备的使用，相反氮气干燥就不会存在这样的问题。笔者基于对众多天然气管道干燥方法的研究与分析，从干燥的成本、可靠度、环保、效果等多角度出发，对天然气管道干燥中使用氮气干燥装置取得了合理成果。 使用氮气与干空气进行干燥的机理无甚差别，其主要差异在与干空气相比，氮气的含湿量更低，因此它的干燥效果更理想。液态氮受热以后含水量能达到10-6之低，而干空气即使在达到-40℃的露点（在施工现场比较难达到），其含水量也只有126.8×10-6。除此以外，使用干空气进行干燥，必须依靠各种大型的空压机、冷却剂、干燥器、露点仪、过滤器等设备，大量设备的使用时的其工作噪音巨大，并且由于干空气的流量不大，干燥工作持续的时间也比较长。与之相比的氮气干燥置换，仅仅需要简单的露点仪即可，而且它具有更高效的干燥效果。 二、天然气管道氮气干燥原理和参数 1.干燥原理 使用氮气干燥置换工艺的原理是，首先液态氮通过液氮运输槽车运输到实际需要进行干燥的天然气管道场地，然后再将液态氮和车载空温式汽化器进行连接，使液态氮转变为普通温度下的氮气，之后再使用加热器对氮气进行加热，使其达到55℃左右的温度（此时的干燥氮气已经有-75℃的露点，其含水量仅为10-6），最后再将这些氮气提供给需要干燥的管道装置，另外，在天然气管道的尾端，需要使用露点仪对排出的天然气含水量进行测试。按照我国关于天然气输送的干燥标准，水露点小于-20℃时视为达标。 氮气干燥置换整个过程中涉及的设备主要是低温液体气化器、柴油发电机、水浴式加热器、液氮车、露点仪等。 2.相关参数的确定 考虑在温度为5℃的一个标准大气压状态下对液态氮与氮气的体积进行计算。温度为5℃的一个标准大气压状态下1平方米的液态氮约等于650平方米的氮气；假设干燥置换的实际温度是16℃，则根据我国关于天然气输送的干燥标准，水露点小于-20℃时视为达标，此时饱和水分含量应小于1019×10-6。计算氮气干燥的时间： 输送管道内水膜的含水量:M0=π·（R2-r2）·L·ρ 公式中的R、r分别为输气管的半径和去掉水膜以后的半径，m；L是输气管道的实际长度，m；ρ即水的密度，去1000千克每平方米。 输送管道内饱和水蒸汽的含量：M1=14.334/1000·V 公式中的14.334表示16℃露点时气体的水含量；V是输气管道的水容积。 干燥完成后管道留下的水量：M2=0.8188/1000·V 公式中的0.8188表示-20℃露点时气体的水含量。 实际要干燥的水分为：M=M0+ M1-M2 氮气干燥的实际能力：N=Ns-N0 公式中Ns表示出口温度饱和状态下空气的含水量；N0表示-75℃的露点氮气含水量，实际取0.9683×10-3克/每立方米。 氮气的一小时干燥能力：P=N·Q 公式中Q表示氮气干燥置换处置量，立方米/小时。 干燥所需时间：T=M/P 在进行扫水之后，管道内水膜的厚度大致为其粗糙度的4倍左右，综合多方面考虑后干燥时间按实际计算结果的百分之七十。 氮气干燥置换所需诸如的氮气总量：S=T·Q 二、氮气干燥置换实际测试 1.输气管道特点 选择某天然气输送管道为对象。该管道线路总长度为7.2公里，其间穿过一条河流，穿越河流的部分使用的是旧管道，故可将整个管道分为两段，河流两侧各一段。我们设整个管道的起始点为A，终点为B，依次在两段管道中实施氮气干燥置换，然后接头。氮气干燥置换分别位于起点A和终点B。 2.选取相关参数 假设干燥置换的实际温度是16℃，则根据我国关于天然气输送的干燥标准，水露点小于-20℃时视为达标，保持氮气注入时温度为55℃。在单个干燥项目中的管道为108·10毫米的管道，氮气