海底输气管道干空气干燥工艺技术

如何建立描述干空气干燥过程的机理模型，准确预测干燥时间，大程度地提高干空气干燥效果，是干燥方案设计和干燥工程技术管理的关键。
干空气干燥工艺机理模型干空气干燥过程是瞬态过程，涉及相平衡理论、热力学原理等诸多技术，为了建立干空气干燥工艺数学模型，考虑到干空气压力较低、温度不高等工程实际工况，对干燥过程做以下简化假设：①干空气沿管道的流动是稳定的，管道内的压力分布可按照单相气管路进行计算；②干空气可作为理想气体来处理；③水蒸发引起的温降可忽略不计；④管壁液膜的厚度均匀一致。
海底环境温度受海水影响变化小。为了降低干空气露点、提高干燥效果，多采用冷冻/再生组合式干燥器，干空气温度接近大气温度。一般被干燥的海底输气管线直径较大，干空气流量较低，干空气进入海底输气管线后温度很快会降至海底输气管线的环境温度，因此干空气在海底输气管线中的流动可被近似认为是等温气体流动。
据上述假设，分别对管壁上的液膜和空气中的水蒸气运用质量守恒定律，从而得出下列方程：表示单位长度管道空气一水接触面积；q表示单位时间、面积水的蒸发质量；A表示管道截面积；P表示空气密度；r*表示水蒸气质量浓度；q表示空气质量流速；x表示距离。
采用下式计算液体的蒸发速率干燥空气中水蒸气的饱和摩尔浓度；Ky表示系数，可按Chilton*Colbum公式进行计算体雷诺数；MW，表示水分子的分子量；MWa表示空气分子的分子量。
当出口处空气的湿度达到规定露点温度（例如，一40*C）时，停止供气并将管道两端封闭。此时虽然管道的两端己基本干燥完毕，但在中间部分仍会有部分的水以液态形式存在，所以管道内部必然有一个扩散平衡的过程。这是一个空气一水蒸气间分子扩散过程。
在封闭管道两端后，近似认为管道内部的温度T和压力很快进入平衡状态。此时，分子扩散速率与浓度梯度呈正比，即分A在A、B混合物中的扩散系数，m2/s；dg表示浓度梯度，kmol/m4.海底输气管线干燥工艺应用1凝析气田位于南中国海的西南部，与海南省陆地之间的距离约为104km，大水深70m.东方1一1气田开发阶段建成2条天然气管道，分别为天然气外输管道和平台间生产管道。其中，外输管道敷设于陆地和中心平台（CEP）之间，管道直径为533.4mm，长度为105.859km；平台间生产管道连接CEP和无人值守生产平台一E（WHPE），管道直径为304.9mm，长度为3.6km.东方1一1海底输气管线于2003年8月1日投产，平台间生产管线选择了干空气干燥工艺，外输海底输气管线由于投产时间紧而选择了三甘醇干燥剂干燥方案。
1.平台间海底输气管线干空气干燥工艺应用一1气田生产管道经过实施除水工艺，排水效果非常好，假设管壁液膜的平均厚度为0. 1mm.采用干空气吹扫法对管线进行干燥，干燥过程要求管道出口处空气的露点达到一40C以下。干燥所用的干空气露点为一60C环境温度25C终端压力为0bar（表压）（1bar=0.1Pa）。模型预测的不同操作工况下的干燥时间见表1.表1干燥时间预测结果表干空气流量（m3/h）干燥总时间（h）此，在操作过程中应尽量保持持续低压吹扫，以缩短干燥所需的时间。显然，在采用干空气吹扫法进行干燥时，随着气量的加，干燥所需的时间会相应地减小。但是，气量的加意味着需要投入更多的设备以及能耗费用；且由可看出，干燥所需的时间与输入气量并不严格呈反比关系，采用大气量时的投入费用与干燥时间之比要低于小气量时的比值。
因此实际应用时需根据具体要求来决定干空气的输入量。
当干空气流量分别为4000m3/h和7000m3/h时，管道的干燥过程如、3所示。
2.外输海底输气管线干空气干燥工艺预测海南东方1一1海底外输管道除水后对其进行干空气干燥。管道周围的环境温度取为25C（6、7月份）管壁液膜的平均厚度取为0. 1mm.控制不同气量和管道末端压力pz，采用露点一60C的干空气干燥外输海底输气管线至海底输气管线出口空气露点达一40C预计所需要的干燥时间见。
干空气气量（mVh>不同工况下东方1一1外输海底输气管线干燥时间比较中的3条曲线可以看出：随着管道中的压力的大，干燥所需的时间也会相应加。因（3），此时的q己经几乎为0随着流动的继续进行，气体由于摩阻损失而压力逐渐下降，使得cs加，q也因此而大，所以管壁的水又开始蒸发。因此才出现了如、3所示的曲线。
气量大后，干空气在流动中的压力下降就会更为明显，压降对整个干燥过程的影响就会加。因此，对比和可以看出：气量越大，干燥过程就越不均匀，且后干燥部位逐渐向管道入口处靠拢。
当气量为4000m3/h时，预测干燥阶段结束后管道内剩余水的质量为10.732kg，干燥的后部分位于管道约75km处，即以75km为界，之前的空气露点为一60*C，之后的为一40*C.通过计算可以得知，当管道全线露点一致时测得的空气露点应为一28.5C.根据吸水模型计算得到的吸水时间（空气一水蒸气接近平衡的时间）超过78.0h对于长距离的外输管道，封闭管道两端后由于压力分布而引起的宏观流动使得空气一水蒸气间的平衡过程加快，可以肯定，工程上实际的吸水时间少于78.根据经验，工程上通常设定吸水时间为24h，为了加快平衡速度，再次用干空气吹扫24h，终测得的空气露点就能够满足低于一20C的干燥要求。
结论采用干空气吹扫法对海底天然气管道进行干燥时，整个过程是不均匀的。气体流速越快，管道越长，则不均匀的程度就越明显，且后干燥部位会逐渐向管道入口处靠拢。
气量的加在一定程度上可以缩短干燥所需的时间，但投入费用与干燥时间之比也会相应下降。因此，在实际操作时须根据现场设备、时间要求等具体条件来决定气量的大小。
降低管道末端的压力、保持持续低压吹扫可以缩短干燥所需的时间。
对于距离较短、可以忽略压降影响的管道，通过对吸水模型中分子扩散公式进行离散化可以预测出吸水所需的时间。