海洋输气管道通球方案计算分析

1、海洋输气管道通球方案计算分析范兆廷1, 2 曲卉慧 1 袁宗明 1 段 勇 1 胡阳明1(1. 西南石油大学 , 成都 610500; 2. 重庆科技学院 , 重庆 401331摘 要 :针对海底输气管道长期运行出现海管积液 、 输气能力下降 、 易结晶形成水合物等问题 , 通过管道内流体水 利计算 , 得出平台间通球的压差和水利损失 。 结合目前海管状况 , 进行可行性分析后 , 对正 、 比选以达到通球的目的 。关键词 :天然气 ; 海底管道 ; 通球 ; 输气中图分类号 :TE832 文献标识码 :A 21980(03收稿日期 :2008206203作者简介 :范兆廷 (19812 ,

2、男 , 重庆科技学院教师 , 西南石油大学硕士研究生 , 研究方向 :油气集输工艺理论与技术 。 系统的重要组成部分 管积液 , , 出现输气 能力下降 、 , 影响透平等设备的使用 , 更 严重的会形成水合物堵塞输气管道 。因此 , 定期对 海底管道进行通球清管必不可少 。 本文就海底管道 通球方案进行了计算分析 , 并提出算例方法和通球 方案 。1 海管基本情况A 平台通过天然气海底管线向中央 CEP 平台供气 , 主要供透平使用 。 天然气为没有处理的湿气 。 在长期的运行输送过程中已发生析液 , 造成了海管 积液 , 输气能力下降等问题 。海底输气管道工作压 力 0. 5MPa, 未加

3、防止水合物抑制剂 , 在两个平台的输气海管进出口各有一个缓冲罐用于除液 1。海 管参数如表 1所示 。表 1 海管各参数名称和尺寸公称直 径 /(" 海管长度/km 海管容积/m3立管高 度 /m立管体积/m362. 544430. 72 海管目前状况与通球可行性分析A 平 台 通 过 气 海 管 每 天 向 CEP 平 台 供 气 17000m 3天然气 , 以保障 CEP 平台的透平平稳运行 。 海管入口温度 60 , 携带的液体较多 。通过 A平台天然气缓冲罐排放口可观察到随着环境温度的 降低 , 排放的液体和次数逐步增多 , 输气海管入口压。为确保海管畅通 , 检查 海管积液

4、情况 , 急需对海管作通球可行性分析和通 球作业 。2. 1 通球的水力要求为确保清管球顺利通过海底管线和立管 , 清管 球需要克服的阻力包括水力摩阻 、 立管液柱 、 背压 。 投产时 , 海底气管通球压差为 0. 1MPa, 相对密度 为 0. 66, 运动粘度 为 5. 66×10-6m 2/s, 气海管工 作压力为 0. 5MPa, 输气量 Q 为 0. 1968m 3/s, 海管立 管高度 43m , 容积 0. 7m 3, 在实际应用中考虑现在海 管内的积液大于 0. 7m 3。(1 沿程摩阻的计算管子内径 :D =h =343. 14=0. 1524(m 此系统的雷诺系

5、数 :R e =D =3. 14×0. 1524×5. 66×10-6 =290606(1其中 :Q %输气量 , m 3/s ; D %管子内径 , m; %运动粘度 , m 2/s 。经判断此流态属于混合摩擦2。对混合摩擦区 , 按大庆设计院推荐的计算摩阻公式 :h f =0. 0802A 1. 8770. 123D4. 877(2其中 :h f %摩阻 ,m; L %沿程长度 , k m; e %管的绝对粗 糙度 , 约为 0. 016; A =10(0. 127D -0. 627=0. 07374。 则34 第 10卷 第 5期 重庆科技学院学报 (自然科

6、学版 2008年 10月h f =0. 0802A 1. 8770. 123D 4. 877=0. 0802×0. 07374×1. 877(. -60. 123(+ 0. 15244. 877 =1553. 85(m 则海底气管通球压差为 :P1=(H +h f g =(43+1553. 85 ×0. 66×9. 8 =55274. 28 0. 055(M Pa (3其中 :H %立管高度 , m ; %相对密度 ; P1 海 底气管通球压差 ,MPa 。(2 立管液柱产生的压差立管高度P2=水 gH =1000×9. 8×43 =

7、421000 0. 43( (3:R =Q v=×QD 2=0. 66×0. 19683. 14×0. 15242=1. 402(N (5 其中 :R %背压产生的压力 , N 。则背压产生的 压差为 :P3=4 D 2=3. 14×0. 15242=76. 90 7. 6×10-5(MPa (6 其中 :P3-背压产生的压差 。因此 , 实现通球需要克服的总的压差 :P总=P 1+P 2+P 3 =0. 055+0. 43+7. 6×10-5 =0. 485076(MPa (7 要实现通球至少需要 0. 5MPa 的压差 。2. 2

8、 通球方式(1 正向通球 。 将清管球通过 A 平台发送到中 央 CEP 平台 , 要实现通球所需压差 , 首先 CEP 出口 必须常压 , 导通缓冲罐去火炬流程 ; 此时 CEP 天然 气供给量减少 , 需要部分透平切油运行 。 A 平台提 高流程压力到 67kg/c m 2, 尽量增大压差 , 根据投 产时通球的情况 , 压差能满足通球条件 。通球期间海管的起点压力 P1=0. 7MPa, 终点压力 P 2=0. 1 MPa, 天然气通球流量为 600m 3/h, 海管容积 44m 3, 立管高度 43m 。则平均压力 :P cp =3(P1+P 2P 1+P 2=0. 475(MPa (

9、8 通球时间 :T =32. 734×105LD 2P cpT b ZQ(9 T b =293K , 则 Z 0. 94。T =32. 734×105×( -3×0.#215;0. 940. 34(m in , 增大 , 故预计通球 55m in 。(2 反向通球 。 正向通球遇阻后可改为反向通 球 , 或直接进行反向通球 。反向通球可建立最大压 差 1MPa, 此时 A 平台需要通过缓冲罐进入火炬放 空 , 同时将两个单流阀倒向 , 并惰化后投用 。 考虑到 气量减少 , CEP 同样需要透平切柴油运行 。 CEP 进 行反向

10、流程需要对流程进行的调整工作 。3 通球方案3. 1 正向通球(1 方案 。 A 平台适当提高生产分离器操作压 力至 600kPa, CEP 将缓冲罐放至常压 , 压差控制在 600kPa, 进行通球作业 。(2 操作程序。 调整生产分离器压力到 600kPa; CEP 平台导通天然气海管接球流程 , 准备完毕后通知 A 平台中控 , CEP 平台已做好接球准备可以进行通球 作业。 A 平台现场操作人员接到中控可通球作业指 令后 , 按照气海管通球作业程序 , 将清管球放入 P I G 阀内 , 并导通通球流程 , 通知 CEP 平台开始通球并记 录开始时间和海管压力。 A 平台和 CEP 平

11、台每隔 5m in 互通一次海管压力并作好记录 ; 通球时间接近 1h, CEP 平台操作人员密切注意海管通球指示器的 动作状况。 如果 CEP 平台发现液量较大 , 无法及时 处理 , 通知 A 平台 , 调低通球压差。 CEP 平台发现球 到后立即通知 A 平台 , 并将收球流程关闭恢复正常通 气流程。3. 2 反向通球(1 方案 。利用 CEP 平台的调储罐 (压力为 2450kPa 的多余排放气体 , 倒入天然气缓冲罐 (设 计压力为 1000kPa , 以 1000kPa 的压力向海管输 4 4气 , 实现反向通球 。(2 通球程序 。将 A 平台高效分离器的压力 设定为 500kP

12、a, 分离出的天然气全部放空 , 然后将 去海管调节阀手动缓慢关闭 , 最后关闭调节阀下 游手动阀门 , 将海管 P I G 前单流阀调向 , 计量站单 流阀调向 , 将天然气缓冲罐旁通打开 , 缓冲罐安全 阀旁通打开 , 导通放空流程 , 通知 CEP 平台海管反 向通球准备完毕 , CEP 平台操作人员在接到 A 平 台可进行接球指令后 , 将 A 平台进 CEP 伴生气洗 涤器入口阀门关闭 , 打开 A 平台来气缓冲罐安全 阀旁通 , 关闭缓冲罐与调储罐至火炬排放管线阀 门 。此时 A 平台至 CEP 气海管与调储罐排放管线 建立回路 , 接收调储罐排放的多余气体 。 CEP 开 始向

13、A 平台反供气开始后 ,1 000kPa 时 ( , , , 由生产 。若 A 平台接球成功 , 现 场操作 人 员 及 时 通 知 CEP 平 台 现 场 操 作 人 员 , CEP 将反 向 通 球 流 程 关 闭 , 恢 复 正 常 A 平 台 至 CEP 平台通球流程 。4 注意事项及风险分析通球过程当中应注意以下事项 :(1 通球前后务必保证两个平台通讯畅通 。(2 通球过程中 A 平台出现压力升高现象 , 立 即通知 CEP 平台 , 并通过调节生产分离器压力调 节阀进行压力控制 。如果压力持续升高 , A 平台 将原油处理流程来气全部放空 , 并将气海管流程 导通到反向流程 ,

14、由 CEP 平台通过反向通气将气 海管内的清管球顶回 A 平台 P IG 阀内 。(3 具体分析清管球堵卡位置可通过通球时 间判断 。(4 通球作业预计 1h, 1h 后 CEP 平台操作人 员仔细观察过球指示器 , 并检查清管球是否到达 。 (5 气海管通球过程中 CEP 平台人员密切观察 气海管压力变化 , 并与 A 平台中控随时保持联系。 (6 气海管通球过程中密切注意观察气海管出 液情况 , 并与 A 平台中控随时保持联系 。(7 在通球过程中 A 平台随时做好紧急放空的 准备 。风险分析见表 2。表 2 风险分析表序 号 可能存在的风险, 制定天然气 2,人员注意,球无法通过启动反向

15、通球方案4清管球在海管中破裂 ,不能实现准备好备用球 , 查明原因 , 二 次清管通球5段塞流冲击流程严格控制通球速度 , 观察缓冲罐情况 , 及时调整流程 5 结 语结合管道自身 , 制度化清管能够有效提高管道 的输送效率 , 防止水合物的生成 , 保证管道的长期有 序运行 。 采用正向通球 , 工作量较小 、 压力控制平 稳 , 通球压差相对较小 , 但把握性小些 , 可为今后形 成制度提供参考 。反向通球通球压差较大 , 把握性 较强 , 流程调整工作量大 , A 平台火炬放空量太大 , 对供气影响时间长 , CEP 透平燃油时间长 。在工程 应用中 , 可结合到本文的算例分析 , 研究

16、通球可行性 分析 , 并应充分考虑到海管输送距离和风险评价进 而选择通球方案 。参考文献1北京设计院编写 . 绥中 36-1油矿操作维修手册 M.北 京 :石油工业出版社 , 2000.2袁恩熙 . 工程流体力学 M.北京 :石油工业出版社 , 2002.Ana lysis on Sphere P i gg i n g Program of M ar i n e Ga s P i peli n eFAN Zhao 2ting 1, 2 QU Hui 2hui 1 YUAN Zong 2m ing 1 DUAN Yong 1 HU Yang 2m ing 1(1. Southwest Petr

17、oleum University, Chengdu 610500;2. Chongqing University of Science and Technol ogy, Chongqing 401331Abstract:The undersea gas pi peline has s o me pr oble m s during the running p r ocess, such as effusi on of the sea, gas trans port capacity decline, easily crystalline hydrate f or mati on. The hydraulic l oss and pressure difference of s phere pig 2 ging a mong p latf or m s can be dra wn by pi peline hydraulic cal