СПОСОБ ОСУШКИ ПОЛОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к транспорту газа, нефти, нефтепродуктов по магистральным газопроводам и нефтепродуктопроводам и может быть использовано при вводе в эксплуатацию новых трубопроводов, при реконструкции и ремонте действующих.

Процесс сооружения трубопроводов включает в себя обязательные предпусковые испытания на плотность и прочность, которые проводятся путем заполнения их водой или сжатым атмосферным воздухом с подъемом давления до заданной величины и последующим опорожнением до атмосферного давления, причем оставшаяся влага удаляется из трубопровода продувкой полости трубопровода атмосферным воздухом.

Технология осушки трубопроводов, например газопроводов, должна удовлетворять следующим условиям:

- температура точки росы природного газа, транспортируемого по газопроводу, должна быть не выше минус 20°С, что соответствует относительной влажности среды в полости трубопровода после осушки не выше 4,4%;

- остаточная концентрация воздуха в смеси с природным газом в объеме осушенного трубопровода должна быть не выше нижнего предела взрываемости (<5%).

Обеспечение безопасности при подаче природного газа или иной углеводородной смеси на действующих объектах, например на многоцеховых компрессорных станциях, связано еще и с тем, что в процессе ремонта трубопроводов-обвязок одного из цехов в трубопроводах параллельно работающих цехов находится технологический продукт. При негерметичности отсечных кранов не исключается возможность попадания этого продукта в осушаемый трубопровод и образование в нем взрывоопасной среды.

Кроме того, опасность представляет и заполнение трубопровода технологическим продуктом после завершения осушки.

Известен способ испытания и осушки магистральных трубопроводов [1], включающий заполнение испытуемого участка трубопровода до давления, равного давлению природного газа в действующем трубопроводе, подъем давления до испытательного значения путем закачки воды или нагнетания атмосферного воздуха в полость трубопровода, выдержку и сброс давления.

Недостаток этого способа заключается в том, что после испытания для обеспечения требуемой влажности перед подачей природного газа вода на стенках трубопровода и пары воды, содержащиеся в воздухе, должны быть удалены из объема трубопровода

Известен способ испытания и осушки трубопроводов [2], включающий заполнение испытуемого участка трубопровода газом путем отбора его из источника до давления, равного давлению газа в источнике, с последующим подъемом давления в испытуемом участке трубопровода до заданного значения путем закачки в него среды перекачивающим средством, выдержку и сброс давления, в качестве среды используют газ, а при подъеме давления в испытуемом участке трубопровода формируют среду в виде газожидкостной смеси из газа и жидкости, после выхода этой среды из перекачивающего средства газ отделяют от жидкости и подают в испытуемый участок трубопровода, а отделенную жидкость вновь используют для приготовления газожидкостной смеси в рабочем объеме перекачивающего средства, причем в качестве источников газа используют действующие магистральные трубопроводы, а в рабочем объеме перекачивающего средства формируют газожидкостную смесь не менее 5 об.% жидкой фазы при давлении, равном давлению подачи газа в перекачивающее средство.

Недостаток такого способа заключается в том, что использование природного газа в качестве осушающей среды не гарантирует безопасность, так как не исключает прямого контакта природного газа с атмосферным воздухом, оставшимся после монтажа трубопровода. Кроме того, указанный способ не применим на вновь построенных трубопроводах, вблизи которых отсутствуют участки, заполненные технологическим газом.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигнутому результату является способ осушки полости оборудования [3], основанный на первоначальном вакуумировании и последующей продувке полости, находящейся под вакуумом, наружным атмосферным воздухом, который вводят непосредственно из окружающего пространства, дросселируют и осушают, причем наружный атмосферный воздух дросселируют при вводе в полость, а осушают непосредственно в полости, находящейся под вакуумом, путем его расширения. При этом воздух вводят в количестве, обеспечивающем стационарный режим вакуумной продувки, и в течение времени вплоть до достижения остаточной влажности в осушаемой полости заданной величины.

Указанный способ позволяет осушить трубопровод до требуемой влажности путем вакуумирования полости и удаления паров воды при условии предварительного удаления из трубопровода основного объема воды, например продувкой сжатым атмосферным воздухом.

Недостаток такого способа осушки трубопровода заключается в том, что данный способ не обеспечивает безопасность при проведении осушки действующих трубопроводов, транспортирующих природный газ или иную углеводородную среду, так как не исключает образование взрывоопасной среды в осушаемом трубопроводе.

Наиболее близким к предлагаемому устройству решением по технической сущности и достигнутому результату является устройство для осушки полости трубопроводов [4], включающее перекачивающее средство, связанный с ним трубопроводом и отсечным краном сепаратор-влагоотделитель, сообщенный с ним трубопроводом газоразделительный блок, соединенный с указанным газоразделительным блоком трубопровод, содержащий кран-регулятор и отсечной кран для стыковки с осушаемым трубопроводом, средство вакуумирования и связанный с ним трубопровод для подключения к осушаемому трубопроводу и продувочную свечу с отсекающим краном, образующие канал продувки, сообщающий осушаемый трубопровод непосредственно с окружающим наружным воздухом, средства контроля остаточной влажности, давления и анализатор концентрации инертного газа и воздуха в осушаемом трубопроводе.

Указанное устройство выделяет из атмосферного воздуха инертный газ на основе азота путем разделения воздуха на азот и кислород в газоразделительном блоке и заполняет инертным газом полость трубопровода, тем самым исключает возможность образования взрывоопасной среды при последующем заполнении трубопровода природным газом или иной углеводородной средой. Недостаток указанного устройства заключается в том, что устройство не обеспечивает рециркуляцию инертного газа в полости осушаемого трубопровода и не удаляет оставшуюся влагу до достижения влажности заданной величины во всем объеме осушаемого трубопровода.

В основе изобретения предложен способ и устройство, обеспечивающие осушку полости трубопровода до требуемой влажности и исключающие образование взрывоопасных концентраций как в процессе осушки, так и при последующем заполнении осушенного трубопровода природным газом или иной углеводородной средой.

Поставленная задача решена тем, что в предлагаемом способе осушки полости трубопроводов, основанном на первоначальном заполнении средой осушаемого трубопровода, находящегося под давлением, равным атмосферному, подъеме давления в осушаемом трубопроводе до заданной величины путем нагнетания среды перекачивающим средством, продувке, сбросе давления до вакуума с последующей осушкой полости трубопровода, находящегося под вакуумом, согласно изобретению при подъеме давления и продувке в качестве среды используют атмосферный воздух, а при осушке в осушаемом трубопроводе формируют газовую среду в виде смеси атмосферного воздуха и предварительно подготовленного до заданной влажности инертного газа, полученного из атмосферного воздуха путем его разделения на азот и кислород в полимерных половолоконных мембранах.

Кислород удаляют, а полученный инертный газ на основе азота перекачивающим средством нагнетают в осушаемый трубопровод. После выхода из осушаемого трубопровода смеси инертного газа, атмосферного воздуха и воды газовую среду отделяют от жидкости, жидкость удаляют, осушенный инертный газ вновь смешивают с атмосферным воздухом, после разделения на кислород и азот полученной газовой смеси, удаления кислорода и воды инертный газ на основе азота рециркуляционным дожимным перекачивающим средством возвращают в осушаемый трубопровод.

Осушку и заполнение инертным газом полости трубопровода ведут в режиме рециркуляции до достижения заданных допусков по влажности и концентрации инертного газа во всем объеме осушаемого трубопровода. При этом с каждым последующим циклом рециркуляции в объеме осушаемого трубопровода наращивают концентрацию инертного газа и при достижении необходимого для осушки до заданной влажности объема смеси сухого инертного газа с атмосферным воздухом осушку ведут в режиме рециркуляции только дожимным перекачивающим средством до момента достижения величины концентрации воздуха во всем объеме смеси с инертным газом, равной заданной величине.

С целью повышения эффективности разделения атмосферного воздуха на инертный газ на основе азота, кислород, для дополнительного удаления воды способ предусматривает создание вакуума с остаточным давлением до 10 мм рт.ст. в линии выхода кислорода из полимерных половолоконных мембран.

Для осуществления указанного способа осушки полости трубопроводов предлагается устройство, включающее перекачивающее средство, связанный с ним трубопроводом и отсечным краном сепаратор-влагоотделитель, сообщенный трубопроводом с сепаратором-влагоотделителем газоразделительный блок, соединенный с указанным газоразделительным блоком трубопровод, содержащий кран-регулятор и отсечной кран для стыковки с осушаемым трубопроводом, средство вакуумирования и связанный с ним трубопровод для подключения к выходу осушаемого трубопровода и продувочную свечу с отсечным краном, образующие канал продувки, сообщающий трубопровод непосредственно с окружающим атмосферным воздухом, а также имеющее средства контроля остаточной влажности, давления и анализатор концентрации инертного газа и воздуха в осушаемом трубопроводе, устройство дополнительно содержит контур рециркуляции инертной газовой смеси и с целью повышения эффективности выделения воды из газовоздушной смеси газоразделительный блок дополнительно подключен к устройству вакуумирования, причем всасывающая линия указанного устройства вакуумирования связана трубопроводом и отсечным краном с линией выхода кислорода и воды газоразделительного блока, а на линии выхода инертного газа газоразделительного блока установлен кран-регулятор.

Контур рециркуляции инертной газовой смеси выполнен в виде подключенного трубопроводом к газоразделительному блоку осушаемого трубопровода, теплообменника-охладителя и дожимного перекачивающего средства, всасывающий трубопровод, которого подключен к осушаемому трубопроводу, а нагнетательный трубопровод дожимного перекачивающего инертный газ средства сообщен с нагнетательным трубопроводом основного перекачивающего атмосферный воздух средства, причем всасывающий и нагнетательный трубопроводы дожимного перекачивающего средства снабжены отсечными кранами, образующими канал рециркуляции, непрерывно сообщающий осушаемый трубопровод с газоразделительным блоком, а газоразделительный блок снабжает канал рециркуляции атмосферным воздухом, концентрация инертного газа в котором при смешивании инертного газа и атмосферного воздуха увеличивается до заданной величины с каждым последующим циклом рециркуляции.

На чертеже схематично представлено предлагаемое устройство для осушки полости трубопроводов, где 1 - перекачивающее атмосферный воздух средство, 2 - сепаратор-влагоотделитель, 3 - газоразделительный блок, 4 - контур рециркуляции инертной газовой смеси, 5 - осушаемый трубопровод, 6 - дожимное перекачивающее инертный газ средство, 7 - теплообменник-охладитель, 8 - устройство вакуумирования, 9 - отсечной кран нагнетательного газопровода, 10 - кран-регулятор давления в газоразделительном блоке, 11 - блок контроля давления, влажности, концентрации азота и воздуха в осушаемом трубопроводе, 12, 13, 14, 15, 16 - отсечные краны, 17 - продувочный кран, 18 - нагнетательный трубопровод перекачивающего средства, 19 - трубопровод, соединяющий выход сепаратора-влагоотделителя со входом газоразделительного блока, 20 - трубопровод инертного газа, связывающий выход газоразделительного блока с контуром рециркуляции, 21 - трубопровод, соединяющий осушаемый трубопровод с перекачивающим средством, 22 - трубопровод, соединяющий осушаемый трубопровод с блоком контроля давления, влажности, концентрации азота и воздуха в осушаемом трубопроводе, 23 - трубопровод, соединяющий контур рециркуляции с газоразделительным блоком, устройством вакуумирования и окружающим наружным пространством, 24 - продувочная свеча, 25 - трубопровод, связывающий устройство вакуумирования с окружающим наружным пространством, 26 - трубопровод, соединяющий дожимное перекачивающее средство с теплообменником-охладителем, 27 - нагнетательный трубопровод дожимного перекачивающего средства, 28 - трубопровод, соединяющий выход кислорода и воды газоразделительного блока с устройством вакуумирования, 29 - отсечной кран.

Устройство для осушки полости трубопроводов содержит перекачивающее атмосферный воздух средство 1, связанное с окружающим наружным пространством, сепаратор-влагоотделитель 2, соединенный трубопроводом 18, имеющим отсечной кран 9, с указанным выше перекачивающим средством 1, и газоразделительный блок 3, сообщенный трубопроводом 19 с сепаратором-влагоотделителем 2.

Выход газоразделительного блока 3, выполненного в виде картриджей из полимерных половолоконных мембран и разделяющего атмосферный воздух на кислород и инертный газ на основе азота, сообщен трубопроводом 20, имеющим кран-регулятор 10, отсечной кран 12 и блок контроля остаточной влажности, давления и концентрации инертного газа и воздуха 11, с осушаемым трубопроводом 5, а другой выход газоразделительного блока 3 соединен с трубопроводом 28, имеющим отсечной кран 16, с устройством вакуумирования 8, выход которого сообщен с атмосферой продувочной свечой 25, причем осушаемый трубопровод 5 также сообщен с атмосферой трубопроводом 23 и продувочной свечой 24, имеющими соответственно отсечные краны 15, 17.

Контур рециркуляции инертной газовой смеси 4 содержит осушаемый трубопровод 5, подключенный трубопроводами 20 и 21 соответственно к газоразделительному блоку 3 и перекачивающему средству 1, содержит осушаемый трубопровод 5, блок контроля давления, влажности среды в осушаемом трубопроводе и концентрации азота и воздуха 11, дожимное перекачивающее средство 6 и теплообменник-охладитель 7, причем всасывающий трубопровод 22 и нагнетательный трубопровод 27 дожимного перекачивающего средства снабжены отсечными кранами 13 и 14, образующими канал рециркуляции, непрерывно сообщающий осушаемый трубопровод 5 с газоразделительным блоком 3, а газоразделительный блок 3 снабжает канал рециркуляции атмосферным воздухом.

Устройство для осушки полости трубопроводов работает в следующей последовательности.

Первоначально из осушаемого трубопровода удаляют воду, оставшуюся после гидроиспытаний, путем продувки полости трубопровода сжатым атмосферным воздухом. В осушаемый трубопровод 5, находящийся под давлением, равным атмосферному, перекачивающим средством 1 нагнетают атмосферный воздух, заполняют им участки трубопровода 18, 21 и осушаемый трубопровод 5, при этом отсечные краны 9, 12, 13, 14, 15, 16 закрыты, а кран 29 открыт, образуя канал подъема давления в осушаемом трубопроводе. После подъема и выравнивания давления во всем объеме осушаемого трубопровода до заданной величины открывают отсечной кран 15 и кран продувочной свечи 17 и продувают полость осушаемого трубопровода 5 путем сброса до атмосферного. Одновременно вакуумным устройством 8 создают вакуум в полости осушаемого трубопровода 5 до остаточного давления 10 мм рт.ст., что соответствует относительной влажности воздуха, оставшегося в осушаемом трубопроводе, равной 55%, при этом на внутренней поверхности трубопровода остается влага и пары воды.

Последующий процесс осушки полости трубопровода 5 ведут в режиме рециркуляции инертной газовой смеси на основе азота, для чего закрывают отсечной кран 29, открывают краны 13, 14 контура рециркуляции 4 и открытием отсечных кранов 9 и 12 создают канал рециркуляции инертной газовой смеси в осушаемом трубопроводе 5, причем отсечной кран 15 и кран 17 продувочной свечи 24 закрывают, отсекая указанный канал от сообщения с окружающей средой.

С целью заполнения указанного выше канала рециркуляции инертным газом и последующей осушки трубопровода 5 перекачивающим средством 1 по трубопроводам 18 и 19 через сепаратор-влагоуловитель 2 нагнетают атмосферный воздух в газоразделительный блок 3, где воздух разделяют на кислород и инертный газ на основе азота, концентрацию которого регулируют путем изменения давления краном-регулятором 10, кислород и воду удаляют в атмосферу устройством вакуумирования по трубопроводу 28 через продувочный трубопровод 25, причем сухой инертный газ на выходе газоразделительного блока 3 имеет относительную влажность не более 3%, достаточную для осушки трубопровода 5 до заданной величины.

Из газоразделительного блока 3 инертный газ по трубопроводу 20 подают на вход контура рециркуляции 4, где по трубопроводу 21 инертный газ поступает в полость осушаемого трубопровода 5.

Сухой инертный газ, циркулирующий в объеме осушаемого трубопровода 5 по всей его длине, который насыщается влагой, оставшейся после первоначальной продувки, подают на вход дожимного перекачивающего средства 6, причем на выходе из осушаемого трубопровода 5 регистрируют в контрольном блоке 11 давление, влажность, концентрацию азота и содержание воздуха выходящей из трубопровода 5 среды.

Дожимным перекачивающим средством 6 насыщенный водой инертный газ сжимают до заданного давления, величина которого равна давлению нагнетания перекачивающего средства 1, тем самым обеспечивая смешивание потоков инертного газа и атмосферного воздуха в трубопроводе 18, причем насыщенный водой инертный газ охлаждают в теплообменнике-охладителе 4 и выделяют дополнительное количество влаги.

Далее осушку полости трубопровода 5 непрерывно ведут дожимным перекачивающим средством 6 в режиме рециркуляции потока сухого инертного газа, полученного в газоразделительном блоке 3, в поток атмосферного воздуха, нагнетаемого перекачивающим средством 1, причем с каждым последующим циклом рециркуляции концентрация инертного газа в осушаемом трубопроводе увеличивается.

Осушку полости трубопровода ведут до достижения заданных допусков по влажности и концентрации инертного газа во всем объеме осушаемого трубопровода, регистрируемых в контрольном блоке 11 и обеспечивающих безопасную остаточную концентрацию воздуха при последующем заполнении трубопровода углеводородной средой, например природным газом, не выше нижнего предела взрываемости.

Работа устройства для осушки трубопровода в режиме рециркуляции показана на следующем практическом примере.

После гидравлических испытаний и удаления воды в технологические трубопроводы компрессорной станции магистрального газопровода, геометрический объем которых равен 2500 м³, перекачивающим средством 1 производительностью 1600 м³/час под давлением 2,0 МПа подают атмосферный воздух, относительная влажность которого равна 80%. С выхода газоразделительного блока 3 в контур рециркуляции 4 поступает 1250 м³/час инертной газовой смеси с относительной влажностью 0,6%, концентрация азота в которой равна 96%. После сжатия дожимным перекачивающим средством 6 инертную газовую смесь подают в нагнетательный трубопровод 18 перекачивающего средства 1, где атмосферный воздух смешивают с инертным газом. При этом расход полученной после смешивания среды равен 3750 м³/час, концентрация азота - 89,3% и относительная влажность 53,5%. После разделения указанной среды в газоразделительном блоке 3 и удаления кислорода и воды расход инертного газа, поступающего в осушаемый трубопровод 5, увеличится с 1250 м³/час до 1875 м³/час, а концентрация азота возрастет до заданной величины.

В процессе осушки с каждым последующим циклом рециркуляции наращивают объемы инертного газа, нагнетаемого в осушаемые трубопроводы, вплоть до достижения заданного значения относительной влажности 4,4% и концентрации инертного газа в смеси с воздухом во всем объеме осушенных трубопроводов, равной 98%.

Таким образом, данный способ и устройство его реализующее за счет использования инертного газа в качестве осушающей среды путем ее нагнетания в осушаемые трубопроводы в режиме рециркуляции обеспечивает осушку до заданной влажности и увеличивают надежность трубопровода, исключая риск образования взрывоопасной среды при вводе в эксплуатацию трубопровода и подаче природного газа или иной взрывоопасной среды.

Источники информации

1. Ведомственные строительные нормы. Строительство магистральных и промысловых трубопроводов. Миннефтегазстрой. ВСН-0011, М., 1989 г., с.26-32.

2. Патент РФ №2095774, МПК⁷ 6 G 01 M 3/08, опубл. 10.11.97 г.

3. Заявка №2001100073/06 (000204), МПК⁷ F 26 B 7 /00, F 26 В 5/04, F 26 В 19/00, опубликована 04.01.2001 г.

4. Каталог ЗАО "Газоразделительные системы", М., 2002 г.