航煤管道投产过程中干燥技术的应用

纪荣亮

（中航油京津冀管道运输有限公司，天津 300308）

北京大兴国际机场供油工程津京第二输油管道起自天津滨海新区塘沽首站，经武清站，终于北京大兴国际机场，承担为北京大兴国际机场供应航空煤油的任务。目前管道正在进行施工过程中，2019年建成并投入使用。

航空煤油中含有的游离水，在高空飞行过程中可能结冰，冰晶会堵塞燃油系统管线，影响发动机的燃料供应；水会引起金属腐蚀，使设备设施强度、刚度降低；水环境会为微生物的滋生营造条件，微生物的繁殖会干扰仪器仪表的正常运行、严重的会引起微生物腐蚀。与其他管道相同，航煤管道投产前必须进行水压试验，也可以进行水联运。水试压或水联运后，通过自然排水和清管器清扫，可以去除大部分水分，但在地势较低管段的积水和附着在管壁的水膜仍很难通过机械的方法加以清除，残留在管道中水会与航空煤油掺混，使油品中的含水量超标。因此，在管道投油前，可考虑增加管道扫水和干燥环节，尽量去除水分残留，达到航煤管道运行条件。建议投产流程如图1。

图1 投产流程

1 管线干燥方案分析

空气干燥法是采用经过除油、过滤和脱水，形成露点达到-40℃的干燥纯净压缩空气，利用泡沫清管器辅助对管线进行吹扫干燥，使管道内壁附着的水分及管道低洼处积存的液态水蒸发，持续不断地使用干燥的空气进行置换，将管道内的湿空气排出管外，从而达到干燥管道的目的。

1.1 最优干燥长度确定

依据天然气管线干燥施工的经验，每段干燥长度通常不超过100km。京津冀输油管道塘沽-武清、武清-北京的站间距分别为127km和70km，塘沽-武清段需分为两段进行干燥，武清站后按照站间分段干燥即可。

管线干燥过程发生的费用主要有压缩机运行中产生的电费和干燥空气费用以及设备搬运安装费，可以用数学表达式表示如下：

其中，F1、F2、F3分别为压缩机电力费用、干燥气体费用，以及设备搬运安装费。

其中，

η为压缩机效率；T为空气温度，k；P1为压缩机出口压力，MPa；P2为管道出口压力，MPa；x为干燥管道的长度，km；δ是干燥前管道内壁水膜厚度，mm；H1为露点为-20℃时气体的含水量，g/m3；Q是压缩机组流量，m3/d；HS代表饱和空气的含水量，g/m3；H0为露点为-40℃干空气的含水量，g/m3；C1是电价，元/(kW·h)。

其中，t为干燥耗时，h；Q1为干燥气体流量，m3/min；可通过下式计算得到：

设备安装搬运费与搬运距离、设备安装费用有关：

其中，L为管道总长度，km；Y为设备安装费，元；C是运费，元。

因此可建立最数学模型如下：

该式的最优解即为最优干燥长度。

1.2 管道干燥费用的影响因素

管道干燥的成本，除电费、运输费、安装费等固定费用外，还受清管后残留水膜厚度、干燥过程中管道出口压力等因素的影响。本部分以京津冀管道参数为例进行分析。计算中假定环境温度下饱和空气含水量为9.309g/m3，露点为-40℃干空气的含水量0.1192g/m3，压缩机效率为48%，电费0.6元/(kw·h)，干燥空气费用0.4元/m3，安装费用每台套10000元。对各因素进行对比分析。

（1）残留水膜厚度的影响。通过使用清管器，可以使管道内大部分残留水排出至管外，清管器的作用效果将直接影响管线干燥成本，通过数学模型对比，分析了不同水膜厚度对干燥成本的影响趋势，具体数据如表1。

表1 不同水膜厚度下的干燥成本

通过分析可以发现水膜厚度越小，干空气吹扫干燥成本就越小，但在工程实际中大幅降低水膜厚度不易实现，通常水膜厚度为0.08～0.1mm。

（2）干燥管段末端出口压力下的影响。管道干燥时通常采取微正压吹扫的方式，末端出口压力通常不高于0.25MPa，不同压力下管道干燥成本分析如图2。

管道出口压力越大干燥总成本越小。出口压力在0.1MPa以下时，升高压力对于成本有明显影响，超过0.1MPa后，成本降低有限。因此，建议干燥过程中，选用0.1MPa为适宜出口压力。

1.3 干燥时间估算

在确定水膜厚度、管道出口压力及空压机排量后可通过下面公式计算管道干燥所花费的时间。

图2 不同出口压力下的成本变化

式中，m为管道内残留水的质量，单位kg；ω为干空气的除水能力,单位kg/h；ΔH为质量传输势差，单位kg/h。

当水膜厚度在0.08mm的情况下，管道内含水量为24864kg。在管道首站及武清站放置干燥设备，干燥管段长度分别为127km和70km，计算干燥时间如表2。

表2 干燥时间

2 结语

以京津冀航煤管道为例，分析了液体管道干燥的初步方案，分析了影响干燥成本的因素。在管道内壁残留水膜厚度为0.08mm，干燥管段末端出口压力设定为0.1MPa情况下。外管线干燥成本为约为35万元，干燥时间约为87小时。