长输管道真空干燥抽气段和盲段干燥长输管道真空干燥抽气段和盲段干燥

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西安交通大学能源与动力工程学院 作者:何 凯

  新建天然气长输管道真空干燥过程中容易出现抽气段被迅速干燥,而盲段液态水沉积难以被干燥的现象,导致达不到干燥要求。本文针对该现象,建立了数学模型,从根本上分析上述问题产生的原因和影响因素。此外,详细阐述了真空干燥机理,并以此为基础,结合数学模型,分析了管道内径、管内温度、真空干燥机组抽速等对长输管道最长干燥段的影响。根据分析结果并结合工程实践,提出长输管道真空干燥优化方案。

  新建天然气长输管道投产前须进行管道水压试验以排除管道制造隐患和缺陷,试压结束后需要对管道进行清管,但是清管后仍会有少量液态水残留。残留的水易造成管道冰堵,严重影响管道输气效果。因此天然气长输管道投产前干燥过程显得尤为重要。长输管道真空干燥法相比于传统的干燥剂法和流动气体蒸发法具有干燥可靠性高、不留死角、效果好、环保性能好、适应性强等优点。该技术在20 世纪80 年代已被国外掌握,且发展迅速,至今国外长输管道真空干燥技术已经非常成熟;然而该技术在国内仍处于起步阶段,工程实践过程中许多问题仍有待解决。例如对长输管道进行真空干燥时,管道与真空泵机组连接的一端气体被迅速抽走而具有较高的真空度,而管道远端的盲段很难达到要求的真空度,造成液态水无法蒸发而在此沉积,工程上往往需要介入其他干燥方式以达到干燥要求。本文即探求上述问题产生的原因及优化方案。

1、真空干燥机理

  根据水的沸点随压力变化而变化的原理,当压力降到一定程度时,水会沸腾蒸发变成汽态。真空干燥就是利用真空泵抽吸密闭管段内的气体,当管道中的压力降低到对应温度下水的饱和蒸汽压时,管段内液态水就会沸腾蒸发变成蒸汽最终被真空泵抽出,从而实现管道干燥。

  在对长输管道进行真空干燥过程中,管道内的压力变化如图1 所示,其中显示出真空干燥包括3个阶段。

真空干燥的长输管道压力变化曲线图

图1 真空干燥的长输管道压力变化曲线图

  ①初始阶段。该阶段中,真空泵从管道内部不断抽气,除去试压后残留在管内部的液态水和空气,使管道内部压力下降至管内温度下水饱和蒸汽压力。

  ②蒸发阶段。该阶段是干燥的重要阶段,当管道内部压力达到水的饱和蒸汽压力时,残余在管道内部的水开始大量蒸发。由于真空泵不断抽气,使管道内部压力不断降低,水分会不断蒸发,来弥补管道内部压力。

  ③真空干燥阶段。在该过程中,压力继续下降,直到达到真空泵最低工作压力。这一阶段要求管道各点密闭性很高。当管道内的所有空气被抽出,内部的水蒸汽全部蒸发,管道内部的压力可以看作水蒸汽的压力,当管道露点达到设计要求露点时,真空干燥结束。

4、结论

  本文探讨了长输管道真空干燥过程中出现的管道盲段液态水无法及时蒸发抽出的原因,在数学模型的基础上。分析了不同条件下,真空干燥机组所能干燥的最长管长,并与国外长输管道真空干燥实例对比验证模型的合理性。

  (1) 长输管道真空干燥作业,应尽量使被干燥管道的实际长度L 小于lmax,否则长于lmax 管段l re液态水沉积无法干燥,若L 大于lmax ,则应将L 分段干燥,被分成的小段长度小于lmax ;

  (2) 管道内径对lmax有着重要影响,在一定的抽速和温度下,最长干燥段随管道内径D 的增大迅速增大,而且内径越大,对应最长干燥段增加越快。因此真空干燥更适合应用于大管径长输管道工程中对于小管径管道,如内径300 mm 以下管道,最长干燥段很短,真空干燥有很大的局限性;

  (3) 小抽速对应的最长干燥段明显长于高抽速对应的最长干燥段,因此若干燥过程中已经出现盲段液态水沉积现象,可采用降低真空干燥机组抽速方法继续抽气,如多级真空机组关闭第一级真空泵,然而此方法势必延长真空干燥工期,抽速降到原来的一半,则抽气时间增加约一倍,宜权衡后采用;

  (4) 管内温度较高时最长干燥段较长,而真空干燥抽气过程中由于管内水分蒸发带走热量,会使管道内温度下降,严重时甚至使管道内结冰,此时l 管段最大值大大减小,极有可能出现干燥不彻底现象,所以,真空干燥过程中应实时监测管内温度,若管内温度较低,接近结冰点0 e℃时则应关闭真空干燥机组,密封管道,让管道在自然状态下回温一段时间,待管道与外部环境传热使管道温度恢复到外部环境温度后再启动真空干燥机组继续干燥;

  (5) 待干燥长输管道铺设过程中应尽量避免焊渣滞留在管道内,降低管内等效粗糙度,从而减小管道内壁摩擦系数,以减少沿程阻力损失,同时应尽量少用弯管和连接管等阻力元件,以减小局部阻力损失。

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