输气管道投产置换过程工艺研究进展

第４４卷第６期　２０１５年６月　当　代　化　工　Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｖｏ１．４４．ＮＯ．６　Ｊｕｎｅ，２０ｉ　５　输气管道投产置换过程工艺研究进展　陈磊　，由双海　，马云龙。，马瑛。　（ｉ．中国石油大学（北京）油气管道输送安全国家工程实验室，北京１０２２４９；　２．辽河石油勘探局油田建设工程一公司，辽宁盘锦１２４０００；　３．中国石化石油工程设计有限公司北京分院，北京１０２２００）　摘　要：对目前国内输气管道在投产过程中气体置换现状进行了分析，重点介绍了比较常见的置换工艺，　并从安全、效果以及现场实际操作难易程度等方面，考察了不同置换方式的优缺点，确定了不加隔离器的氮气　置换方法为最佳的置换工艺。此外还重点介绍了输气管道投产置换过程气体混合规律的研究进展和成果，通过　对目前研究现状分析，指出了各研究手段的利弊，在今后的研究过程中需对各置换参数进行更加深层次的研究，　不仅要有理论推导和数值模拟，更要对所得结果与现场进行反复验证和修正。　关键词：输气管道；置换；工艺；混合规律；数值模拟　文献标识码：　Ａ　文章编号：　１６７１—０４６０（２０１５）０６—１３０１—０３　中图分类号：ＴＥ　８３２　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｇａｓ　Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　Ｄｕｒｉｎｇ　Ｇａｓ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ　ＣＨＥＮＬｅｉ　，ＹＯＵＳｈｕａｎｇ－ｈａ＃，ＭＡ　Ｙｕｎ—ｌｏｎｇ￣，ＭＡ　Ｙｉｎｇ￣　（１．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｕｒ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｓａｆｅｔｙ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙ　ｔｏｆ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０２２４９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｌｉａｏｈｅ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ　Ｏｉｌｉｆｅｌｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｎｏ．１　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｐａｎｊｉｎ　１２４０００，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｓｉｎｏｐｅｃ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｂｒａｎｃｈ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２２００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｇａｓ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｇａｓ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎｉｎｇ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｃｏｍｍｏｎ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｓａｆｅｔｙ，ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｄｉｉｃｕｌｆｙ　ｏｆ　ａｃｔｔｕａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｉｓｏｌａｔｏｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｍｉｘｉｎｇ　ｒｕｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｅｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｉｔ’Ｓ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｄｅｅｐｌｙ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｆｕｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ，ａｎｄ　ｆｉｅｌｄ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｇａｓ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ；Ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎ；Ｐｒｏｃｅｓｓ；Ｍｉｘｉｎｇ　ｕｌｒｅ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　管道建成后输气管道的投产置换是其投入运行　的关键环节，为确保管道运行安全，新建成的天然　气管道正式投用前必须采用惰性气体置换输气站及　管道内的空气…，当置换管段末端内氧气含量低于　２％时，满足天然气输送条件，管道置换合格　，目　主要采用加隔离器和不加隔离器的氮气隔离置换方　式ｐ　，两种置换工艺的特点如下。　（１）隔离器置换工艺，该种工艺又分为双隔离　器置换工艺和单隔离器置换工艺，即采用隔离球或　清管器将空气与天然气隔开，以阻止天然气与空气　前，国内对置换工艺中各参数以及气体混合规律缺　乏研究，相关行业规范以及国外文献资料较少，因　此对置换过程的置换参数以及气体混合规律的认识　和研究具有重要的意义。　直接混合，达到安全操作的目的，这种工艺虽然采　用隔离器将空气与天然气隔开，但增加了气体运动　的阻力以及置换的成本。双隔离器置换工艺原理如　图１所示。　１置换方式对比分析　１．１置换方式　（２）不加隔离器置换工艺，是指在管道置换过　程中不使用隔离器或清管器，采用氮气将空气与天　然气自然隔开，使天然气、氮气和空气在管道中自　然形成三个区域，因此也叫气推气置换方法，我国　西气东输管线置换过程就采用此种方法，并取得了　比较不错的效果，打破了以往认为只有采用双隔离　器才能达到最佳效果的认识，现场发现采用不加隔　近些年来，我国输气管道投产置换过程通常采　用注氮气的方式，管道现场利用液氮蒸发获得氮气，　并将其注入管线中，避免天然气与空气直接混合，　不会使天然气达到爆炸极限，以保证投产的安全性。　收稿日期：２０１　５－０４－０２　作者简介：陈磊（１９８９一），男，辽宁锦州人，中国石油大学（北京）在读研究生，研究方向：油气集输及地面工程。Ｅ－ｍａｉｌ：ａｌｅｉｊｙ０９１２＠１２６．ｃｏｍ。　第４４卷第６期　陈磊，等：输气管道投产置换过程工艺研究进展　参考文献：　１３０３　离器的置换方式，建立基于投产的流体力学数学模　型，并利用差分求解，虽然所得结果与西气东输实际　Ｌ　Ｉ　ｊ　Ｋｏｉｎｅｅｋｅ　Ａ，Ｋｒｅｕｚｉｇ　Ｒ，Ｂａｈａｄｉｒ　Ｍ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｍｏｄｉｉｆｅｒｓ．ａｄｓｏｒｂｅｍｓ　ａｎｄ　ｅｌｕｅｎｔｓ　ｉｎ　ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｆｌｕｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ　ｉｎ　相吻合，并未与其他管线进行验证分析，因此计算方　法及模拟手段并未具备普遍的规律，但在某种意义上　也为该工艺方式的推广提供一定的理论基础。　ｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ　ａ，１９９７，７８６（１）：１５５—１６１．　［２］王仁安，胡云翔．超临界流体萃取分馏法分离石油重质油们．石油学报　（石油　口工），１９９７，１３（１）：５３—５９．　［３］付先惠，王孝刚，孟庆华，等．输气管道置换优化研究【Ｊ１．管道技术与设　３结语　目前，氮气置换在国内已有很多成功的经验，　备，２０１２，１：９—１　１．　［４］薛继军，张鹏云，王俊奇，等．输气管道投产置换过程气体混合规律研　究『Ｊ１＿天然气工业，２００６，２６（１２）：１４７—１４９．　但其置换工艺大多根据以往的经验获得，大多参数　的确定也都根据实践应用所得，而室内模拟所得数　据与实际偏差较大，因此对于注氮速度、混气段长　度的准确计算还需要进行深层次的理论研究与计　算，不仅要有理论推导和数值模拟，更要对所得结　果与现场进行反复验证和修正。此外，还应对已有　［５］郭谊民，薛继军．输气管道氮气置换过程气体混合规律数值模拟［Ｊ】＿　石油矿场机械，２００６，３５（５）：３１－３４．　［６］范开峰，王卫强，马跃，等．天然气管道氮气置换过程混气段数值模拟　Ⅱ］．石油化工高等学校学报，２０１３，２６（１）：６３—６７．　［７］段威，，张硕，等．天然气管道投产置换混气段长度的研究ｌＪ】．天然　气与石油，２０１２，３０（３）：２—７．　［８］李刚，杨广涛，李华，等．应用仿真软件模拟天然气管道投产气体置换　的探索ｆＪ１．石油和化工设备，２０１３，１６（８）：４８—５０．　［９］许玉磊，宋晓琴，张一峰，等．输气管道“气推气”投产过程混气规律研　究叨．油气储运，２００８，２７（１）：１　１—１２．　的各种实际参数进行记录、整理和分析，以便为以　后其他管道安全投产积累经验。　（上接第１３００页）　由表３可知，与５２　ｍｍ管道相比，管道内径变　为６８　ｍｍ，最高井口回压减小了１２％；管道内径变　为８０ｍｍ，最高井口回压减小了２０％。由此可知，　管道直径的选取对井口回压影响较大。　此产液温度影响很小。因此，保证环路安全稳定运　行，降低井口回压可根据以上研究结果调整相关影　响运行参数。　参考文献：　［１］于春兰，李强．井口回压对生产的影响及控制措施【Ｊ］．中国石油和　化工标准与质量，２０１２，４：１５３．　２结论　通过定量分析，研究了９种因素（计量问回油　压力、出液温度、产液量、掺水量、掺水温度、结　蜡厚度、粘度、管径、管道长度、凝固点）对环路　压降的敏感度。研究结果表明：计量间回油压力、　管道长度、掺水量、掺水温度、凝固点、管径、结　蜡厚度为主要影响因素；其次是粘度和产液量；在　［２］刘野．降低抽油机井井口回压工艺方案【Ｊｌ＿石油石化节能．　２０１３（０８１：４９—５０．　［３］闻洪生．降低抽油机井井口回压工艺研究叨．内蒙古石油化工．　２０１３（０６１：１３３—１３５．　［４］刘晓燕，张艳，刘立君．特高含水期油气水混输管道压降计算方　法研究ｆＪ１．工程热物理学报，２００６，２７（４）：６１５—６１８．　［５］刘晓燕，刘立君，郭敬红．高含水期油气水混输水平管路压降试验　不考虑平台井非稳态影响的条件下，由于产液量相　对掺水量小的多，且掺水温度较产液温度较大，因　研究ｆＪ１．热科学与技术，２００５，４（４）：３５２—３５５．　沙特对中印原油输出减少　最新数据显示，今年５月，沙特同时失去对中国和印度的最大原油输出国地位，在亚洲原油市场上的份额面临巨大挑　战。　５月份，俄罗斯对中国原油出口名列第一，供油总计３９２万吨，环比增长２０％；安哥拉名列第二，对华出口原油３２６万　吨，环比增长１４％；沙特仅排第三，对华出口原油３０５万吨，环比减少４２％。　在对印度出口方面，尼日利亚首次打破沙特长达４年的垄断地位，跃居对印原油出口首位，日供油７４．５２万桶；沙特名　列第二，日供油７３．２４万桶。