1排水干燥工艺设计
1.1排水干燥工艺
荔湾３１气田登陆管线口径大、距离长、高差大，干空气干燥的时间较长，如果采用常规的机械清管排水之后再利用干空气干燥的方法，需要具有很大处理能力的制取干空气的设备，而且能耗较大。如果采取机械清管排水之后再进行真空干燥的方法，因平台空间限制导致真空泵等设备只能布置在陆地终端，在长距离管线一端采用真空泵抽吸时气体流阻较大，干燥效率低，干燥时间长。如果采用机械清管排水之后再进行干燥剂干燥的方案，工期较短，但干燥剂用量较大，经济性低，干燥效果难以保证。这是因为，干燥剂干燥在排水之后单独进行，第一个清管器之前只有少量水存在，清管器前方的大量空气是可以压缩的，清管器前方气体流量难以调节，而且因荔湾３１气田登陆管线起伏较大，清管器运行很不平稳，清管器过度磨损后容易造成试压水的后窜、空气的前窜以及干燥剂的泄漏，降低了干燥剂的干燥效率。根据荔湾３１气田海管的投产要求及现场条件，设计了排水干燥工艺：排水与干燥剂干燥合并一次完成，并借助凝胶进行密封，利用露点不高于－６０℃的干空气推动水基凝胶和干燥剂组成的清管列车进行排水干燥。排水和干燥合二为一更容易使管道干燥成功的原因为：第一个清管器之前有大量水存在，产生较大的水柱压力和摩擦阻力，使清管器运行平稳；同时由于水是不可压缩的，因而管线末端的节流阀可以很好地起到调节流量的作用，使清管器运行不会超速，减小清管器的磨损。另外，研究表明干空气与干燥剂干燥合并能够较大程度地缩短工期，加快投产进度，带来时间效益与经济效益［５］。
1.2排水干燥清管列车布置方案
荔湾３１气田海管的清管列车主要实现除盐、排水及干燥等功能。通过对常用干燥剂的物性、干燥能力、毒性和安全性等方面进行研究对比，筛选出三甘醇作为荔湾３１气田海管干燥所用的干燥剂，清管列车依次有淡水车厢和三甘醇车厢，并用干空气推动。为防止三甘醇窜漏，在淡水车厢与三甘醇车厢之间放置水基凝胶车厢用于密封和润滑。清管器的间距是由所需介质的体积决定，同时为了防止清管器之间由于介质泄漏发生碰撞，相邻清管器的间距不能小于２００ｍ。干燥剂的用量及段塞数对干燥效果的影响至关重要，每段三甘醇段塞的体积由经验公式计算获得，为１２８７７ｍ３。取每段三甘醇段塞体积为１３０ｍ３，即长度约为３３０ｍ时能够满足每段段塞长度不小于２００ｍ的要求。根据工程经验，为保证干燥效果，使用三甘醇段塞的个数不小于３段，计算得到的清管后各段的三甘醇质量分数见表１，可见最后一段的三甘醇质量分数达到了９６％以上，说明使用３段体积为１３０ｍ３的三甘醇段塞可以保证干燥效果。 根据上述计算结果设计的荔湾３１气田海管清管列车布置方案见表２，其中１～５、９、１０号清管器选用的是４个导向板和６个密封板的双向直板清管器；为最大程度防止三甘醇泄漏，６～８号清管器选用４个导向板和１０个密封板的高密封清管器。同时，１号清管器与１０号清管器组装清管器跟踪仪信号发射器，必要时可以对清管器位置进行跟踪。
1.3凝胶选择
根据天然气管道干燥工程需要，在选择凝胶时既要考虑满足密封隔水的要求，又要考虑容易施工、环保、无毒、易生物降解、易排放等诸多因素，最终选择了成胶性能良好的改性瓜尔胶凝胶体系［８］。瓜尔胶是一种溶胀高聚物，水是其通用溶剂，水解产物无污染、粘度低，它能以有限的溶解度溶解于与水混溶的溶剂中，如醇类液。在国内，东海平湖气田预投产干燥中，在干燥列车中的三甘醇段塞之后布置了三甘醇凝胶段塞。考虑到荔湾３１气田海管排水和干燥合并一次完成，如果试压水窜漏到三甘醇段塞会极大地降低三甘醇的质量分数，影响干燥效果，所以在排水干燥列车中三甘醇段塞前方布置水基凝胶来隔离试压水与三甘醇，起到密封堵水的作用。经过实验室选型研究，配制无机硼酸盐及改性硼化物作为凝胶保护剂，按０３２％的比例配制改性瓜尔胶溶液，充分搅拌溶解水化，控制瓜尔胶溶液ｐＨ值在８左右，然后加入１０％的凝胶保护剂，充分搅拌混匀，即得所用凝胶。实验室采用旋转粘度计测得该凝胶体系粘度６７００ｍＰａ·ｓ，并且具有良好的稳定性，放置１０ｄ之后粘度值略微有所降低。此外，因为荔湾３１气田浅水段登陆管线试压水为海水，海水中含一价金属盐，瓜尔胶的无机盐兼容性能使其在排水干燥中保持稳定性。改性瓜尔胶粉是由瓜尔豆经过深加工制成的一种天然多糖改性后的产品。瓜尔胶粉的聚合物分子是由甘露糖链和半乳糖分子构成，是一种能溶于冷水的氢化胶体，是无毒、易生物降解的优质增稠剂；其凝胶保护剂主要由无机硼酸盐及改性硼化物组成，无毒无害，经大量稀释后不会对环境造成不利的影响。
1.4干燥设备选型
排水过程中推动清管器所需要的压力主要由静水压头、沿程摩阻、清管器摩擦阻力、出口背压组成。当排水清管列车运行至立管底部时，静水压力达到最大值。由荔湾３１气田管线路由图可知，该气田中心平台发球装置为管道系统的最高点，高于海平面１９０ｍ，管线最低处为立管底部，水深１８９１ｍ，静水压力为２０ＭＰａ。假定排水速度为０５ｍ／ｓ，排水初期管线内充满试压水，流动摩阻最大，根据Ｄａｒｃｙ公式可以计算沿程摩阻损失为０９８ＭＰａ。考虑高密封双向直板清管器的摩擦阻力为００５ＭＰａ，排水清管器列车由１０个双向直板清管器组成，故清管列车的摩擦阻力为０５ＭＰａ。清管器运行过程中可以通过调节出口流量，调整出口压力，控制清管器运行速度，取出口背压为０１ＭＰａ。荔湾３１气田海管清管列车清管器运行过程中压力变化如图１所示。 从图１可以看出，当清管器运行至立管底部时，所需的推动清管器列车的压力最大为２６９１ＭＰａ。控制清管器到达立管底部时的速度为０５ｍ／ｓ，需要干空气的流量约为３２０ｍ３／ｍｉｎ，压力为２６９１ＭＰａ。因此，选择空压机时，按照效率８５％选择空压机的排量与压力。根据要求，进入管道的干空气含油量小于００１ｍｇ／ｍ３，喷油空压机增加除油过滤器经过处理后可达到无油要求。 选择干燥器时，处理量为再生气量的８％～１２％。此次排水干燥需要将空气干燥处理至露点－６０℃以下。由于单独制冷干燥很难达到如此低的露点，而单独采用固体干燥剂干燥则所需的干燥剂量会很大，干燥设备的体积也会相应增大很多，因此荔湾３１海管排水干燥中采用组合式管道专用压缩空气干燥机，它是集换热器、风冷型高效空气冷却器、油水分离器、除油除尘过滤器、冷冻式干燥机、吸附式干燥器为一体，橇装在标准集装箱内，具有净化效率高、操作方便的特点。
2应用效果
排水干燥列车到达荔湾３１气田中心平台之后，第１个三甘醇段塞窜漏较为严重，该段塞只有少量三甘醇液体，而第２、３个三甘醇段塞未见明显窜漏现象，三甘醇段塞基本保存完好。根据本次项目施工的验收要求，现场对３个三甘醇段塞分别取样，采用密度法初步检测三甘醇含量是否达标之后再对取样瓶密封，返回陆地依据《ＧＢ／Ｔ６２８３—２００８化工产品中水分含量的测定卡尔·费休法（通用方法）》测量三甘醇含水率。结果表明，３段三甘醇段塞的含水率检测分别为６８％、４９％、１７％，即最后的三甘醇段塞质量分数达９８３％，远高于验收标准中规定的三甘醇段塞质量分数大于８５％的要求。三甘醇段塞质量分数检查合格、海管密闭２４ｈ之后，连续在中心平台和陆地终端检测管线内部露点，露点稳定后的最终检测结果为－２７℃，远低于验收标准中规定的露点低于－５℃的要求，排水干燥取得了令人满意的效果。
3结论
本文设计的三甘醇干燥结合干空气干燥的干燥工艺效果可靠，施工工期短，适用于荔湾３１气田大口径、长距离的海管。应用效果表明，采用水基凝胶对排水干燥列车中三甘醇段塞进行密封隔水，能有效保障海底输气管道排水和干燥剂干燥效果。另外，水基凝胶具有润滑管线的作用，可以防止清管器与管线由于摩擦过大，造成清管器磨损和变形。
作者：倪超 单位：海洋石油工程股份有限公
