天然气长输管道气推气投产工艺混气段影响因素

天然气长输管道气推气投产工艺混气段影响因素

赵复涛

中石化中原石油工程设计有限公司河南郑州457001

摘要：随着我国经济在快速的发展，社会在不断的进步，在我国输气管线建设发展过程中，如何通过天然气长输管线置换投产技术保障输气管线的安全性是现阶段研究的重点，而加强对天然气长输管道气推气投产工艺混气段形成过程的分析，了解对于混气段影响的因素，可以提升运行的效果，保障天然气长输管道混气段控制工作的有效开展。对此，文章主要对天然气长输管道气推气投产工艺混气段影响因素进行了简单的探究分析。

关键词：天然气长输管道气推气投产工艺；混气段；影响因素

引言

干燥法是天然气长输管道干燥最早采用的方法，陆上和海底的许多天然气管道都是采用该法干燥投产。虽然该工艺对环境以及带有内涂层的管道具有一定的影响，但是其适用不同管径的管道干燥，以及与之后的投产工艺衔接好等优点，仍然是其它干燥工艺无法比拟的，尤其是在海底输气管道的干燥投产。干燥剂法干燥投产是由多个清管器组成的“清管列车”完成，工艺的关键在于清管列车的控制，由于压力估算的偏差导致清管列车速度过快会导致清管球偏心运动，造成卡球，干燥剂的大量窜漏。从而影响干燥效果，甚至导致干燥投产失败。清管器的压降和窜漏量一般都是采用估算值，可能与实际情况存在一定误差，本文介绍了清管器运行压降和窜漏量的理论计算，为干燥方案中清管器的选择和操作提供依据。

1混气段的形成

在长输天然气管道气推气投产工艺过程中，可以忽略管道直径因素。在管道的径向中因为有的气体具有一定的扩散作用，就会导致其出现混气段的问题。要想了解其存在的混合规律，必须要对其进行系统的探究分析，了解运行的状态以及规律。在长输天然气管道气推气投产工艺中，管道在初期的时候，氮气进入到管道中与空气产生的混气长度相对较短，同时其轴向的浓度梯度则相对较大。随着整个置换工作的开展，越来越多的氮气就会进入到管道之中，其在与空气混合之后，其浓度就会逐渐的降低，随着时间的不断增长，氮气与空气混合的范围会不断拓展，这样氮气在整个长输天然气管道中的浓度数值就会呈现一个持续递进的“子弹头”形状。而长输天然气管道在运行开始的短时间内，其氮气的摩尔浓度会显著下降，在其接近一定距离之后，其浓度近乎为零，这样就会导致氮气与空气的接触面呈现对流扩散的状态，继而产生混气段。

2影响因素

2.1流态对混气段的影响

当气体流速处于层流时，混气段会增大，主要原因是在层流时管内横截面流速分布呈抛物线型，管中心处流速为管内平均流速的两倍，径向速度梯度大，导致管中心的流体以“棱锥形”楔入前行流体中，增大了混气长度；而湍流流态下后行流体呈“子弹头”状楔入前行流体，因而湍流时混气少，同时在湍流状态时管道横截面上的流速分布较为平坦，径向速度梯度小，使得湍流时的混气长度小于层流。同时在投产过程中，层流的置换时间远远大于紊流置换所用时间，层流置换会延长投产周期，因此在天然气管道投产置换中应避免出现层流状态，并且也应尽量不要在投产置换中停输，否则会很大程度地增加混气量。

2.2流速对天然气长输管道气推气投产工艺混气段的影响

天然气长输管道在实际投产过程中，要保障流速效率的适宜性，如果流速过低，就会导致其整个气体的流态长期的处于层流的状态之中，这样就会直接的增加混气段，也会延长其投产的时间与周期。在湍流状态中，必要对混气长度在流速中的实际变化趋势进行分析，了解其内在规律。通过时间分析可以了解到，在天然气长输管道的置换开始过程中，混气的长度增长速度相对较快，而在置换工作的开展过程中，其增长的速度就会逐渐的减慢，渐渐的平衡。在相同工况之下，天然气中的氮气以及氮气与空气的混合长度会基于其速度的不断提升而增长，同时天然气长输管道置换的速度越快，混气长度的增长速度也就越来越快。主要就是因为在置换工作开展过程中，其分子扩散以及对流扩散长期的出现，导致空气与氮气的混合在不断的进行，而在天然气长输管道的置换开展过程中，因为管内速度中的梯度以及浓度数值最大，同时在其置换操作中会逐渐的呈现平衡的状态，混气长度的变化速度会呈现缓慢的状态，在整体的置换速度不断提升的时候，湍流度就会增加其对传质的效果，其对流扩散的系数在不断的增大过程中，也会直接增大混气的长度。

2.3管道背压对混气长度的影响

在相同的流速下，背压分别为常压（表压为0）和0.05MPa两种情况下，置换管长1.5km、管径0.5m的天然气管道随着压力的增大，混气长度会有所增大，但是变化不明显。但在实际投产中，由于背压的增大，势必加大气推气推进过程中的主力，致使气推气速度减小，导致混气长度增大。

2.4管长对天然气长输管道气推气投产工艺混气段的影响

在相同的状况之下，管径与流速相同的天然气长输管道的长度不相同，这个时候天然气与氮气的含量、氮气与空气的混气长度则会基于整个管长的增大而不断的提升，但是其速度则会缩减。在速度增加的过程中会基于管长增长而逐渐减缓速度。究其原因主要就是因为在相关条件因素一致，管长不同的时候，在天然气长输管道中的对流扩散系数相似，但是因为天然气长输管道长度越长其置换的时间就会越长，对此其混气段的长度也就会不断的提升，分子扩散与对流扩散管道中速度的梯度以及浓度的梯度基于其置换的不同就会逐渐的减少，这样混气段的增长长度就会缓慢的减少。

2.5其他因素对混气段的影响

天然气长输管道气推气投产过程是一个非常复杂的过程，它还会受地形条件、放空点等因素的影响，主要原因是：在置换过程中，对于大落差输气管道，管道的起伏因为流体处于爬坡阶段，气体重力的存在会使得密度较大的气体向下运动加剧，而密度较小的气体的会产生向上运动，致使气体在垂直方向产生运移，所以当密度较大的气体在前端而密度较小的气体在后时，管道的起伏会使得混气量有所增加，同时因地形起伏导致背压增大而导致气推气速度减小，增加混气量；同时气推气投产过程中由于放空点的减少，增加管道背压的同时导致气推气过程推进速度减小，导致混气量增加。

结语

天然气长输管道气推气投产工艺混气段的影响是多方面的，流态、流速、背压、管径、管长、地形条件、放空点等因素是相互影响的。根据川气东送管道投产经验，在管径一定的情况下，背压的大小往往对流速造成影响，而流速直接对流态造成影响，流速过低造成气体层流而混气量增大。在湍流状态下，流速增加，混气长度也会逐渐增大，特别是流速超过10m/s后，混气长度增长尤其较快，同时置换的管径越长，管道混气段也越长。因此在天然气长输管道实际投产过程中，应在沿线设置合理的放空点、减少管道背压，调节合适的天然气流量进入管道内，控制天然气流速，根据置换管段长度注入一定的氮气量，保证满足投产需要。

参考文献：

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