水下海管干燥作业时露点影响因素分析

高 磊，吕小翔*，马国强

（海洋石油工程股份有限公司安装事业部，广东 深圳 518000）

在水下海底管道预调试作业中露点反映的是海管的干燥程度即海管中残余的水量。残余水量过多会增加输送天然气的杂质，并在一定压力、温度下形成水合物，减小管道流通面积，严重时甚至可能堵塞海管。本文结合南海某水下管线干燥过程中出现的问题对影响露点的因素进行分析，对预调试干燥作业提供参考。

1 预调试干燥作业

1.1 除水

除水作业指的是试压合格后使用清管球对海管进行清管排水，尽量除去管道中的游离水，最终只剩下管壁上一层厚度为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为以下三种：

1）真空干燥法。利用水的沸点随着压力的降低而降低，压力降低时水可以在很低的温度下沸腾并蒸发、汽化这一原理，不断的用真空泵从管道中抽气，降低管道压力，使管道内壁的水迅速蒸发，随后将水蒸汽抽出管道，达到干燥的目的。

2）干燥剂法。使用甲醇、乙二醇、三甘醇等作为干燥剂，用以吸收海管中的水分。干燥剂和水可以任意比例互溶，所形成的溶液中水的蒸汽压降低，从而达到干燥的目的。

3）流动气体蒸发法。干燥气体在管道里与残留在管道内壁及低洼处的水接触后，使水蒸发进而达到干燥的目的[1]，流动的干燥气体包括：干空气、低露点的氮气。

本次南海某水下管线预调试干燥作业选择干空气干燥法，干燥效果好坏的量化反映就是露点温度（Dew point），露点值越低则海管的干燥程度越高。在石油天然气工程中露点的定义为在温度一定的情况下，开始从气象中分离出第一批液滴的压力，或在压力一定的情况下，开始从气象中分理处第一批液滴的温度[2]。

2 露点影响因素分析

2.1 检测方法

目前主流的检测露点方法包括：计算法、测量法[3]。

2.1.1 计算法

露点、温度、相对湿度的关系如公式（1）。

式中：Td为露点（℃）；T 为环境温度（℃）；RH/100 为相对湿度（%），a、b 为常数。

2.1.2 测量法

本项目使用的仪器为DM70 镜面式露点仪，测量原理：气流经过镜面时，借助二氧化碳气体的膨胀实现冷却，其温度可以人为降低并准确测量。镜面温度被冷却至有凝析物产生时，镜面开始结露；当低于此温度时，凝析物会随时间延长逐渐增加；高于此温度时，凝析物则减少直至消失，此时的镜面温度为露点。

使用仪器测量露点时，影响因素如下：1）环境温度。过高的环境温度，导致镜面温度迅速上升，镜面上的凝析物消失过快，测量值比实际值高。2）气流流速。过快的气流流速导致通过镜面的压力降低，含水量不变时，压力降低则露点升高。气流速度建议控制在60L/h，该流速下通过露点仪的压力不会有明显下降。3）人为因素。现场人员对仪器的使用不熟练，且检测能力不统一。

2.2 压力

根据经验，增加气流流速在一定程度上可以缩短干燥作业所需要的时间，但水的蒸发会吸热。因此只是增加流速可以短期、局部的加速蒸发海管内的水，同时由于吸热量增加，管温会降低，又会减缓水的蒸发速度；而且增加干空气的流速就需要更多的压缩机及制氮机，会导致气流的压力上升。由上文知道，气流的压力降低其吸水饱和度增加即吸湿性增强，反之即为—空气流的压力上升则其吸水饱和度降低即吸湿能力减弱。由此，注入干空气的压力增加会在一段时间后导致吸湿能力下降。故干燥作业时需要寻找干空气的流速临界值，来实现最快的干燥速度及最大的经济效益。

2.3 相对湿度

相对湿度的概念如下：空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比得数是一个百分数。

表1 是气压一定时相对湿度-环境温度-露点温度三者之间的关系表。从表1 中看出：

1）当相对湿度保持不变时，环境温度越高，对应的露点温度也越高且露点温度与环境温度的差值在逐渐减小。

2）当相对湿度趋近于100%时，即空气中的水汽含量已经接近于饱和，则环境温度于露点温度相同；当相对湿度小于100%，即空气中的水汽含量低于饱和值时，环境温度一定高于露点温度。

3）环境温度保持不变时，相对湿度越大，对应的露点温度与环境温度的数值逐渐趋于一致。且环境温度越高时该特征越明显。

结合公式（1）看出，RH 越大，函数的分子变大，分母减小，则露点值Td 增大，当RH 取值无限接近100%时，露点和环境温度基本相同。在实际的干燥作业过程中要尽量选择相对湿度较低的时间段。

2.4 其他因素

影响干燥效果的其他因素包括：管道的残留水量等。

管道残留水量与管道的路由、管道内壁的粗糙度及清管球的密封性有很大关系。若管线路由的拐点较多，则表明该管线有较多的低洼点多。相对于平管段而言，排水作业更难将管线低洼点的水排干净，故残留水量越多，干燥作业的难度增大，需要的作业时间也增长。

清管球可用作于排水作业，且其密封性对使用清管球来排水的排水作业有着决定性的影响。清管球的密封性越好，则排水作业后海管内壁水膜的厚度越小，则表明海管中残留水量越小，有利于干燥作业。

海底管线的内壁越粗糙，排水作业后水的滞留点越多，海管中的残留水量越大。而残留水量越大，需要干燥的时间也就越长，不利于干燥作业。

表1 相对湿度-环境温度-露点温度表

3 结语

新海底输气管道系统投产前进行干燥作业是很有必要的，本文结合南海某水下管道项目分析干燥作业中的各个因素对露点的影响，即对干燥效果的影响得到以下几点：

1）不能在太阳直射的情况下使用露点仪，测量露点时要调节气体的流速不能过快，建议流速为1L/min。

2）温度一定时，升高压力干空气的吸湿能力降低，则管中残留水分增加，露点升高。

3）气压一定时环境温度及相对湿度越低则露点越低。

4）清管球的密封性越好，管道越光滑则残留水量越小，同等条件下的干燥作业所需的时间也就越短。