水下海管干燥作業(yè)時(shí)露點(diǎn)影響因素分析

高 磊，呂小翔*，馬國強(qiáng)

（海洋石油工程股份有限公司安裝事業(yè)部，廣東 深圳 518000）

在水下海底管道預(yù)調(diào)試作業(yè)中露點(diǎn)反映的是海管的干燥程度即海管中殘余的水量。殘余水量過多會增加輸送天然氣的雜質(zhì)，并在一定壓力、溫度下形成水合物，減小管道流通面積，嚴(yán)重時(shí)甚至可能堵塞海管。本文結(jié)合南海某水下管線干燥過程中出現(xiàn)的問題對影響露點(diǎn)的因素進(jìn)行分析，對預(yù)調(diào)試干燥作業(yè)提供參考。

1 預(yù)調(diào)試干燥作業(yè)

1.1 除水

除水作業(yè)指的是試壓合格后使用清管球?qū)９苓M(jìn)行清管排水，盡量除去管道中的游離水，最終只剩下管壁上一層厚度為0.05～0.10mm 的水膜，一般管壁越光滑，清管球密封效果越好，水膜越薄[1]。

1.2 干燥

工程上常用的干燥方法為以下三種：

1）真空干燥法。利用水的沸點(diǎn)隨著壓力的降低而降低，壓力降低時(shí)水可以在很低的溫度下沸騰并蒸發(fā)、汽化這一原理，不斷的用真空泵從管道中抽氣，降低管道壓力，使管道內(nèi)壁的水迅速蒸發(fā)，隨后將水蒸汽抽出管道，達(dá)到干燥的目的。

2）干燥劑法。使用甲醇、乙二醇、三甘醇等作為干燥劑，用以吸收海管中的水分。干燥劑和水可以任意比例互溶，所形成的溶液中水的蒸汽壓降低，從而達(dá)到干燥的目的。

3）流動(dòng)氣體蒸發(fā)法。干燥氣體在管道里與殘留在管道內(nèi)壁及低洼處的水接觸后，使水蒸發(fā)進(jìn)而達(dá)到干燥的目的[1]，流動(dòng)的干燥氣體包括：干空氣、低露點(diǎn)的氮?dú)狻?/p>

本次南海某水下管線預(yù)調(diào)試干燥作業(yè)選擇干空氣干燥法，干燥效果好壞的量化反映就是露點(diǎn)溫度（Dew point），露點(diǎn)值越低則海管的干燥程度越高。在石油天然氣工程中露點(diǎn)的定義為在溫度一定的情況下，開始從氣象中分離出第一批液滴的壓力，或在壓力一定的情況下，開始從氣象中分理處第一批液滴的溫度[2]。

2 露點(diǎn)影響因素分析

2.1 檢測方法

目前主流的檢測露點(diǎn)方法包括：計(jì)算法、測量法[3]。

2.1.1 計(jì)算法

露點(diǎn)、溫度、相對濕度的關(guān)系如公式（1）。

式中：Td為露點(diǎn)（℃）；T 為環(huán)境溫度（℃）；RH/100 為相對濕度（%），a、b 為常數(shù)。

2.1.2 測量法

本項(xiàng)目使用的儀器為DM70 鏡面式露點(diǎn)儀，測量原理：氣流經(jīng)過鏡面時(shí)，借助二氧化碳?xì)怏w的膨脹實(shí)現(xiàn)冷卻，其溫度可以人為降低并準(zhǔn)確測量。鏡面溫度被冷卻至有凝析物產(chǎn)生時(shí)，鏡面開始結(jié)露；當(dāng)?shù)陀诖藴囟葧r(shí)，凝析物會隨時(shí)間延長逐漸增加；高于此溫度時(shí)，凝析物則減少直至消失，此時(shí)的鏡面溫度為露點(diǎn)。

使用儀器測量露點(diǎn)時(shí)，影響因素如下：1）環(huán)境溫度。過高的環(huán)境溫度，導(dǎo)致鏡面溫度迅速上升，鏡面上的凝析物消失過快，測量值比實(shí)際值高。2）氣流流速。過快的氣流流速導(dǎo)致通過鏡面的壓力降低，含水量不變時(shí)，壓力降低則露點(diǎn)升高。氣流速度建議控制在60L/h，該流速下通過露點(diǎn)儀的壓力不會有明顯下降。3）人為因素。現(xiàn)場人員對儀器的使用不熟練，且檢測能力不統(tǒng)一。

2.2 壓力

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，增加氣流流速在一定程度上可以縮短干燥作業(yè)所需要的時(shí)間，但水的蒸發(fā)會吸熱。因此只是增加流速可以短期、局部的加速蒸發(fā)海管內(nèi)的水，同時(shí)由于吸熱量增加，管溫會降低，又會減緩水的蒸發(fā)速度；而且增加干空氣的流速就需要更多的壓縮機(jī)及制氮機(jī)，會導(dǎo)致氣流的壓力上升。由上文知道，氣流的壓力降低其吸水飽和度增加即吸濕性增強(qiáng)，反之即為—空氣流的壓力上升則其吸水飽和度降低即吸濕能力減弱。由此，注入干空氣的壓力增加會在一段時(shí)間后導(dǎo)致吸濕能力下降。故干燥作業(yè)時(shí)需要尋找干空氣的流速臨界值，來實(shí)現(xiàn)最快的干燥速度及最大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 相對濕度

相對濕度的概念如下：空氣中水汽壓與相同溫度下飽和水汽壓的百分比得數(shù)是一個(gè)百分?jǐn)?shù)。

表1 是氣壓一定時(shí)相對濕度-環(huán)境溫度-露點(diǎn)溫度三者之間的關(guān)系表。從表1 中看出：

1）當(dāng)相對濕度保持不變時(shí)，環(huán)境溫度越高，對應(yīng)的露點(diǎn)溫度也越高且露點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度的差值在逐漸減小。

2）當(dāng)相對濕度趨近于100%時(shí)，即空氣中的水汽含量已經(jīng)接近于飽和，則環(huán)境溫度于露點(diǎn)溫度相同；當(dāng)相對濕度小于100%，即空氣中的水汽含量低于飽和值時(shí)，環(huán)境溫度一定高于露點(diǎn)溫度。

3）環(huán)境溫度保持不變時(shí)，相對濕度越大，對應(yīng)的露點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度的數(shù)值逐漸趨于一致。且環(huán)境溫度越高時(shí)該特征越明顯。

結(jié)合公式（1）看出，RH 越大，函數(shù)的分子變大，分母減小，則露點(diǎn)值Td 增大，當(dāng)RH 取值無限接近100%時(shí)，露點(diǎn)和環(huán)境溫度基本相同。在實(shí)際的干燥作業(yè)過程中要盡量選擇相對濕度較低的時(shí)間段。

2.4 其他因素

影響干燥效果的其他因素包括：管道的殘留水量等。

管道殘留水量與管道的路由、管道內(nèi)壁的粗糙度及清管球的密封性有很大關(guān)系。若管線路由的拐點(diǎn)較多，則表明該管線有較多的低洼點(diǎn)多。相對于平管段而言，排水作業(yè)更難將管線低洼點(diǎn)的水排干凈，故殘留水量越多，干燥作業(yè)的難度增大，需要的作業(yè)時(shí)間也增長。

清管球可用作于排水作業(yè)，且其密封性對使用清管球來排水的排水作業(yè)有著決定性的影響。清管球的密封性越好，則排水作業(yè)后海管內(nèi)壁水膜的厚度越小，則表明海管中殘留水量越小，有利于干燥作業(yè)。

海底管線的內(nèi)壁越粗糙，排水作業(yè)后水的滯留點(diǎn)越多，海管中的殘留水量越大。而殘留水量越大，需要干燥的時(shí)間也就越長，不利于干燥作業(yè)。

表1 相對濕度-環(huán)境溫度-露點(diǎn)溫度表

3 結(jié)語

新海底輸氣管道系統(tǒng)投產(chǎn)前進(jìn)行干燥作業(yè)是很有必要的，本文結(jié)合南海某水下管道項(xiàng)目分析干燥作業(yè)中的各個(gè)因素對露點(diǎn)的影響，即對干燥效果的影響得到以下幾點(diǎn)：

1）不能在太陽直射的情況下使用露點(diǎn)儀，測量露點(diǎn)時(shí)要調(diào)節(jié)氣體的流速不能過快，建議流速為1L/min。

2）溫度一定時(shí)，升高壓力干空氣的吸濕能力降低，則管中殘留水分增加，露點(diǎn)升高。

3）氣壓一定時(shí)環(huán)境溫度及相對濕度越低則露點(diǎn)越低。

4）清管球的密封性越好，管道越光滑則殘留水量越小，同等條件下的干燥作業(yè)所需的時(shí)間也就越短。