长输天然气管道氮气置换技术

长输天然气管道氮气置换技术

白忠涛　王福文　董文章(大庆油田建设集团管道公司)

摘要:为了确保天然气管道试运投产过

程中的安全,采用氮气置换的方式对天然气

管道进行试运投产,即先将氮气注入管线,

用氮气作为天然气与空气间的隔离介质,投

产时天然气推动氮气、氮气推动空气进行管

道线路置换,从而使天然气管道达到顺利投

产条件。

关键词:天然气管道;氮气置换;技术

1　氮气置换方式

天然气管道投产前对管道的前段约20km左右采用气推气的方式进行氮气置换,即向管道内直接注入氮气,用氮气推空气的方法对管道内的空气进行氮气置换。在天然气投产时,仍是采用气推气的方式,既天然气推动氮气、氮气推动空气的方法对管道全线进行置换。

例如:大庆至哈尔滨天然气管道工程线路DN700管道全长77173km,沿线设有双合首站1座、哈尔滨末站1座和线路截断阀室3座,采用管道内不加清管器直接气推气的置换方式。

2　氮气置换设备的选择

目前氮气置换设备常采用的是液氮罐车,通过对液氮加热汽化进行氮气的置换工作。另外还有车载氮气生产设备,设备在现场直接将生产的氮气注入管道。

庆哈管道工程考虑到置换工艺的简单、方便,选择了600-615DF型氮气生产车,氮气生产车生产能力为600m3/h。

3　置换对氮气的要求及氮气量的计算

(1)对氮气的要求。长输天然气管道置换对氮气的要求:氮气出口温度必须高于5℃;注到管道里氮气中的含氧量要低于2%。

(2)氮气量的计算。庆哈管道对双合首站及双合首站至1#阀室的151866km管道进行氮气置换,根据氮气置换管路容积计算氮气用量。置换完成后压力达到0104M Pa,共需用氮气量约为8900m3。

若采用液氮时,1t液氮转化为1个标准大气压、5℃状态下的氮气体积为808m3。4　氮气置换过程

(1)注氮地点的选择。全线只选择一个注氮口,地点选择在首站,氮气顺气流方向进行置换。

(2)计算氮气与空气混气头到达阀室时间。根据氮气的流速,计算出氮气至空气混气段气头到达阀室的预计时间,方便操作人员按时在阀室进行气体检测等操作。庆哈管道工程于2007年11月20日10时开始氮气置换,氮气至空气混气段气头到达1#阀室的预计时间为20时10分。

(3)氮气置换操作方法。将注氮车连接首站管道,注氮过程中,在下游阀室进行引气放空。首站先置换主管道,当在出站的管道上检测到纯氮气后,分别对放空和排污管线进行置换,方法是将DN50以上阀门打开30%后立即关闭、DN50及以下阀门全开然后关闭。

根据测算氮气与空气混气头到达阀室的时间。提前在阀室用0～25%便携式含氧量分析仪在管道上压力变送器或压力表的取样口检测氮气和空气混合段气体的含氧量,当检测到氧气含量从21%开始下降时,证明氮气和空气混气头已到检测点,再继续检测,当检测到氧气含量降至2%时,既可认为管路内是纯氮气,然后停止放空直至管路压力升至0104M Pa时氮气置换工作完成。

5　天然气置换投产

(1)计算天然气与氮气混气头到达各阀室、场站时间。根据天然气的流速,计算出氮气与空气混气头和天然气与氮气混气段气头到达各阀室及末站的预计时间,方便操作人员按时在场站、阀室进行气体检测等操作。庆哈管道于2007年12月5日投产,投产期间混气段气头到达各阀室及末站实际时间和计划时间基本吻合。

(2)投产置换方法。天然气置换投产采用气推气的置换方式。即天然气推动氮气、氮气推动空气的置换方式。庆哈管道工程投产时直接从哈尔滨末站引气放空,先置换主管线,再置换阀室和场站放空和排污等管线。投产期间用上游供气阀门调节天然气流量,天然气推动提前注入的氮气段开始进行线路、阀室和场站的置换,全线置换期间,分别在下游阀室和场站进行引气放空,并对沿线阀室、场

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站各检测点的检测情况及时进行沿线阀室、场站放空和排污等管线的氮气、天然气置换。

根据上游供气能力、管径及天然气流速,测算出每小时的供气量。投产时控制天然气流量,保证管道中天然气流速不大于5m/s。

根据测算的混气头到达各阀室和场站的时间,提前在下游的阀室和场站进行气体检测,先用便携式含氧量分析仪在主管道上检测氮气含量,当检测到纯氮气时,立即对放空和排污管线进行氮气置换。然后再接着采用量程为0～100%的便携式可燃气体检测仪对氮气与天然气混气段进行检测,当氮气与天然气混气段通过检测地点时,混气段的天然气含量将从0逐渐上升,当天然气含量高于99%时,即可视为管道内气体已为纯天然气,接着对放空和排污等管线进行天然气置换,直到全线阀室、场站主管线和放空及排污等管线各检测点都检测到纯天然气为止。待全线平均压力升至约为012 M Pa时,天然气置换工作全部结束。

(3)升压检漏及试运行。当天然气置换完成后,开始全线升压,当全线平均压力约为110M Pa 时,首站停止进气24h,进行全线稳压检漏,经检查无异常后再继续升压至工作压力410M Pa,开始72h试运行,试运行正常后,置换投产工作全部结束。

(栏目主持　张秀丽)

(上接第35页)819m,通过PRO/II软件流程模拟计算系统压力降,从而得出重沸器的安装高度。模拟计算得出:ΔP1=-313395E-2;ΔP2= 010950E-2;ΔP3=114506E-2;ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3=-117939E-2,即:ΔP=(-117939E-2×100)/(595116/1000)=-3101 (M Pa)。

H x/(H x+ΔP)=519/(519-3101)=2104

所以由计算结果得出结论:安全系数大于115～2范围,初定稳定轻烃塔底重沸器519m的安装高度合理。

4　结语

基于PRO/II流程模拟软件的计算准确、模型丰富、使用方便等优点,建立的重沸器压力平衡计算方法,大大简化了重沸器在以往设计中复杂繁琐的计算过程,提高了设计的准确性,对于设备的正常运转、优化工艺流程起到了至关重要的作用。

(栏目主持　张秀丽)

(上接第36页)③恒荷+活荷;④恒荷+活荷+温度荷。

(4)结构设计分析。平面张弦梁结构的受力特性实际上相当简支梁的受力特性。从截面内力情况来看,张弦梁结构与简支梁一样需要承受整体弯矩和剪力效应。根据截面内力平衡关系,张弦梁结构在竖向荷载作用下的整体弯矩由上弦构件的压力和下弦拉索的拉力所形成的等效力矩来承担。由于张弦梁结构中通常只布置竖向撑杆,且下弦拉索不能承受剪力,从2根竖向撑杆之间截面内力平衡关系来看,其整体剪力基本由上弦构件承受。因此上弦构件除了整体弯矩效应产生的压力外还承受剪力以及由剪力产生的局部弯矩效应。

(5)结构设计分析结果。采用有限元分析软件ANS YS对张弦梁结构进行了强度及刚度分析,得到张弦结构中各种杆件的最大受压应力、最大拉应力值、结构的位移和变形情况,最终确定结构的各种杆件的截面尺寸。

(6)地震作用分析。对张弦梁结构进行了自振特性分析和时程响应分析,获得结构前几阶控制周期及其对应振型。从结构的时程响应和自振周期来获得地震作用对结构的动力性能和整体刚度的影响的程度。

4　结语

由于张弦结构对于设计工程师来说还是一个比较新的结构形式,同时对张弦结构受力特点也存在不同的理解,本文试图从设计规范的角度给出了张弦梁结构的一般设计步骤,并对张弦梁结构的建模、荷载工况及动力响应给出了一般的分析。但是由于本文仅是从设计的角度出发,对张弦梁结构的结构加工放样以及结构施工阶段要求等方面的内容,没有给出具体分析。

参考文献

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出版社,1997.

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构学术交流会论文集.北京:中国建材工业出版社,2002.38-

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(栏目主持　张秀丽)

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