管道干空气干燥理论计算数学模型(一)
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摘要: 目前采用先进的露点仪可方便、准确、快捷地测出露点,查表后即可知含水量。忠武输气管道从安全运行、净化厂输入天然气的含水量、干燥成本及国外输气管道干燥情况等多个角度进行了论证分析,最终确定为不高于—25 ℃露点对应的含水量。 一、 管道干空气干燥理论计算数..

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    目前采用先进的露点仪可方便、准确、快捷地测出露点,查表后即可知含水量。忠武输气管道从安全运行、净化厂输入天然气的含水量、干燥成本及国外输气管道干燥情况等多个角度进行了论证分析,最终确定为不高于—25 ℃露点对应的含水量。
一 、 管道干空气干燥理论计算数学模型
干燥理论复杂多变且可操作性差,为了便于管道干燥,采用了先进的露点测定仪测定露点,确定每立方米的含水量使之计算简化,提高效率和准确性。假设如下。
(1) 干空气和湿空气的性质符合理想气体定律。
(2) 管道内壁的温度等于环境温度。
(3) 管道内壁的水膜厚度是均匀的。
(4) 管道中空气的饱和露点与环境温度(地温)相等。
(5) 由于水分蒸发引起的管道内壁温度的降低对干燥时间的影响忽略不计。
管道干空气干燥理论计算式见表2 。计算式中水膜厚度δwater是一个重要参数,直接关系到干燥效率。水膜厚度是指管道水压试验放水后,采用清管器除水、泡沫清管器擦拭后,理想状态将水均匀铺摊在管道内壁上形成的水膜厚度。据国外文献介绍,水膜厚度与管道内壁的粗糙度大致相当,新建管道内壁的粗糙度一般在50~150 μm 之间,有内涂层的管道内壁粗糙度不高于10~30 μm。另外,管道内壁越光滑、清管器的密封性能越好,水膜厚度就越小。
考虑管壁水膜由嵌入水和吸附水两部分组成,即δwater = 0. 5 μ+ a (μ—表面粗糙度; a —吸附水厚度) 。吸附水厚度a 值与内环焊缝余高、清管器种类质量及除水擦拭效果、管道内壁表面粗糙度、管道内水的性质、地温、管道高差等多个因素相关。例如,西气东输管道,在现有清管方法和装备的基础上,泡沫清管器在50 km 以上运行一次增重1. 5 kg 时可以开始干燥,此时的平原地带、山区地带水膜厚度分别为40~60μm、50~80μm。

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二、影响管道干空气干燥效率的主要因素
1 、 管道干空气干燥方式
管道采用直板式或皮碗式清管器除水、泡沫清管器擦拭后,管道干空气干燥方式有两种,一种是直接采用干空气吹扫,另一种是采用干空气推着泡沫清管器前进。实践证明,在对京石输气管道、西气东输管道进行干燥时,采用后一种的效果好于前一种。
2 、 干燥管道分段长度的选取
管道干燥分段长度应该有一个合适的范围。一次干燥长度太短,则导致干燥效率不高,干燥设备的搬迁费用很大,但长度太长会导致干燥设备的处理能力很大,普通设备无法满足要求,需要购置大型设备,还会直接增加干燥施工的难度。因此,在工程中,干燥管道的长度应根据站场、阀室的布局以及现场试压情况来确定干燥的管道长度。综合考虑,陆上天然气管道干燥段的最佳长度为80~150 km。
3 、 干空气的最初含水量
理论上,使用的干空气越干,干燥时间越短。但在实际干燥施工时一般采用露点为- 40~ - 50 ℃的干空气,很少采用低于该露点范围的干空气,这是因为露点低于- 50 ℃的干空气对缩短干燥时间的能力越来越小,而相应的制取费用越来越高。不同露点的干空气和干燥时间的关系见图1 。

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