气液分离装置在输气管线不停产清洗中的应用

气液分离装置在输气管线不停产清管中的应用

张严甫葛延超刘福治

（河南中拓石油工程技术股份有限公司，濮阳，457001）

摘要：利用PIG物理清管技术对输气管道不停产清管时，末端排出液体和易燃易爆气体混合在一起，处理不当不仅会造成环境污染，甚至会引起爆炸。通过对气液分离装置的研究、设计与施工应用，总结出了输气管道不停产清管时气液混合物排放处理的方法。

关键词：煤层气管道；不停产清管；在线清管；气液分离装置；PIG物理清管引言

煤层气、天然气等输气管道投产后，由于气体含水量高等原因会出现管道内积液等问题。积液将会聚集在低洼地带，降低了气体有效输送截面积，导致输送压力升高、管道两端压差明显增大、管输效率降低；积液的存在还会腐蚀管壁，在一定压力和温度条件下还可能形成水合物造成冰堵等事故，积液的存在严重影响着集气管线的安全、高效运行，甚至会造成事故[1-5]。在管道运行过程中，对运送湿气的管道，通过清管可以清出管道内的水[6]。由于输气管道往往不能停产进行清管，通常采用不停产在线清管技术进行清管。在线清管时积液将随可燃性气体同时排出，排污系统气液分离是确保安全施工最为关键的环节。本文以山西铭石煤层气管道不停产清管工程为例，介绍了气液分离装置工作原理，装置结构设计，以及在清管中的应用效果。

1 概况

晋城煤业集团西区瓦斯东送输管道工程即李庄首站——机关末站煤层气输送管线，起点为沁水县嘉丰镇李庄首站，终点城区北石店镇机关末站，地势起伏较大。最高海拔1028.5m；最低为775m。相对高差约470m，项目区大部分分布在海拔800m 以上。

设计主干线一条，支线两条，干线设计压力为4.5MPa，干线全长45.2Km，管

径为φ508×7.1mm，材质选用X60(L415MB)。沿途共设输气站4座，分别为李庄压气站（李庄首站）、成庄矿分输站、古书院矿（张岭）分输站、机关末站；煤气站3座，分别是古书院矿煤气站、王台煤气站和凤凰山矿煤气站。

图1 管道高程图

该管线在李庄首站和机关末站内分别设有发收球筒装置，可利用站内收发球装置实现在线不停产清管。

该管线自2008年投运以来运行情况较好，管道压损符合要求，李庄首站至成庄分输站压损一直不超过0.2MPa。自2012年以来，该管道压损逐渐增大，最大压差达到0.4~0.5 MPa，目前李庄站的输气压力为1.3~1.5 MPa，成庄分输站进站压力0.96 MPa左右，古书院矿（张岭）分输站进站压力0.95 MPa左右，机关末站进站压力0.93 MPa左右。

2 不停产清管排污工艺

2.1 管线积液情况分析

根据各站的压力和站与站之间的压差情况，可以确认李庄站和成庄之间管线内含有大量的水；成庄分输站进站、古书院（张岭）分输站进站压力、机关末站进站

压差很小，可以确定含水很少。

2.2 排污工艺设计

带有排空排污装置的施工点共有三处：成庄分输站、古书院（张岭）分输站、机关末站。古书院矿（张岭）分输站有200m³排污池，成庄分输站进站和机关末站进站都不具备排污的条件，因此选定古书院矿（张岭）分输站具备作为排污点。

图2 古书院（张岭）分输站进站排污流程示意图

根据估算，管道内积液量在100-200m³之间，从上图可以看出古书院（张岭）分输站排空设备只有排空管没有点火装置，如果采用现有的流程进行排污，气液混合物一定会从现有的放空管排排向高空，散落污物污染站内设施，而且所排出可燃性气体也无法点燃，排出的气体聚集将会有爆燃的危险，这种情况下必须改造现有的排污流程，加装气液分离装置，以确保排污过程安全环保。

3 气液分离装置原理

气液分离装置根据旋风离心式分离原理和重力式分离原理而设计。气液混合物一定的速度、方位和角度进入装置内部后，沿着筒体内壁做周向流动，由于气体与液体的密度不同，而气体将会向上运动从装置上部排气口排出，液体会在重力作用向下运动从下部排液口排出，从而达到气液分离效果。

当清管器在管线内行走球速产生剧烈波动时，将导致排污管线排出流体速度瞬间猛烈变化，造成临时排污管道震动、移动或甩动等风险[7]。由于气体可压缩性大，气液分离装置内气体聚集的上部弹性空间可以起到缓冲作用消除排出流体速度剧烈

图3 气液分离缓冲装置原理示意图

4 气液分离装置结构

气夜分离装置主要由如下几部分组成：

（1）装置筒体；（2）进口；（3）排污出口；（4）排泥出口；（5）排气出口；（6）内部导流分离结构；（7）液位计；（8）压力表；（9）支腿；（10）固定环。

根据气液混合物流速来确定装置筒体直径和高径比、气液混合物进口直径、排污口直径径、排气口直径；根据清管时最大可能的工作压力确定筒体设计压力。

装置筒体高径比，除了满足工艺要求外，还应考虑运输、施工安装等要求。

排污口以下留有污泥沉淀空间，最底部要排泥出口。

5 施工应用与效果分析

5.1 排污流程改造

将气液分离装置安装在站场连接至排空立管的管线上，其进口与站场工艺管线相连接，排气出口连接至排空立管，排污管线连接至排污池。为了确保清管过程中，

可燃性气体大量排出后聚集而爆炸，在排空立管安装点火装置。

图4 改造后站场清管排污流程示意图

图5 清管施工中的气液分离装置

5.2 应用效果

在晋城煤业集团铭石输气管道不停产清管中，通过气液分离装置排出积液超过200m³。清管完成后，管道两端压力差降低至0.2MPa以下正常压损范围内。气液分离装置不但起到气液分离作用，还起到明显缓冲作用，排污管线工作稳定，无震动。清管过程没有影响管道输送，安全环保。

表1 排污点排污控制数据参照表(单位：MPa)

5.3 安装使用注意事项

气液分离装置应该垂直安装并做加固，以防止风力、气液冲击力等造成装置摆动、倾斜。安装位置应高于排污池入口，以防止排出液体倒流。装置上安装的阀门应密封效果好，操作灵活方便。操作人员应密切观察装置内液位，通过调节进口、排气口、排液口阀门开度使装置内液位处于正常范围之内，防止排出液体进入排空立管和排污管。注意观察排污压力表和火焰燃烧情况，一旦装置内压力接近装置允许操作压力，应调小进口阀门或调大排气（液）口阀门开度，使装置内压力维持在安全操作范围以内。

清管过程和发球端、各监测点人员联系，监控清管器运行位置和控制球速。5.4 排气压力、外界风力和火炬火焰对清管的影响

为防止排出可燃性气体聚集，清管过程排出可燃性气体全部由放空管排放并点燃。当排气压力在一定范围内，排出可燃性气体才能正常燃烧，压力过大时，火炬火焰将会熄灭，在该项目清管过程中，当压力达到0.2MPa火焰长度大约5米，开始出现熄灭的倾向。所以，应控制气液分离装置进口阀门开度，调整排气压力，确保排出气体完全燃烧。排气压力限制了球速，从而使PIG球后期的球速比过成庄分输站之前慢了很多。下图片的火焰是压力0.05MPa时的情况。