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真空干燥施工方案
编制： … 日期：…年…月…日
1、编制依据
（1）《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369-… （2）《天然气输送管道运行管理规范》SY/T5922-… （3）《天然气管道试运投产规范》SY/T6233-…
2、适用范围
本工艺适用于天然气管道，天然气分输、调压站场及增压站场等，在已经做完水压测试或未达到干燥露点要求的天然气管道及站场等设施的干燥除水。 3、施工概况
本次施工为…，…压气站，为在建站场，根据施工考察，站场内主要管线已经安装结束，路面硬化未完成，对设备的现场安装及运行带来一定困难。本次施工将对站场内管线及过滤器等已经做完水压试验部件进行干燥处理，同时对需要干燥的阀门腔体、安全阀、仪表配支管线、仪表阀座等部件同时做干燥处理。 4、施工准备
由于真空泵机组、汽化器、液氮槽车等设备较大，需根据现场具体情况选择合适的场地安放，并在站场里选择合适的位置与真空泵Φ406的入口法兰相连。为了施工过程中停机密闭、对抽真空过程中操作方便和最后注氮密闭的施工需要，在站场工艺管线和真空泵之间的连管上安装一个阀门（也可选择站场内合适的阀门），便于灵活控制。在站场内选择3寸法兰口与气化器设备对接（可选择在放空管路或过滤器进口阀门旁通等位置），便于施工后的氮气注入与氮气密封。
现场施工设备至少需要120KW的用电量，由业主提供，我方将不再调迁发电设备。
5、施工组织 5.1人员配置 5.1.1组织机构
根据施工计划、项目的部署安排和站场的实际情况，我公司制定了如下施工组织机构，以保证站场干燥施工的顺利完成。
图1 组织机构图
现场经理
现场副经理
安全员 技术员 安全技注干 术保障燥氮 组 机机5.1.2各类施工人员配置： 组 组 表 2 施工人员配置表 序号 1 2 3 4 5 6 7 职务 经理 副经理 文控员 技术员 安全员 操作手 司机 人数 勤保障组 备注 5.2设备配置 5.2.1真空泵设备：
一台套真空泵组，抽气量为13000m3/h。 5.2.2制氮设备：
液氮槽车，汽化器，加热锅炉，长距离配接软管等。 5.2.3 排水设备：
站场施工方已经进行了正压排水，并做了低点排放，所以此站场不需要排水设备，但需要对排水质量作现场的二次确认，并核算工作量。 5.2.4 其他设备：
表3 干燥施工其他设备表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 名称 液氮槽车 吊车 板车 越野车 卡车 油罐车 检漏器具 露点仪 含氧量检测仪 型号 6T 25T 15米长车 6T 单位 个 辆 辆 辆 辆 辆 组 台 台 数量 备注 运输液氮 吊装真空泵 运输真空泵、汽化器 指挥，接送人员 运输发电进场 对临时管线密闭性检测 检测露点温度 对氮气充注量做最后的认定 5.3施工技术交底 施工前，对参与施工的工作人员进行技术交底，介绍工作的目标计划、施工难点及注意事项，从而使工作人员能够明确各自的任务。
5.4设备检修、调试
首先，施工前对空压机、真空泵组等施工设备进行检修调试。检查设备、材料是否满足施工要求。
其次，施工机械提前就位、平整施工场地、调试设备，准备操作工具。 再次，检查露点仪等仪器、仪表的工作情况，应提前检查是否缺件、是否能正常使用。
5.6隔离工作范围
干燥开始前，必须将干燥管线与其它无关管路隔离。干燥区域不允许安装其他仪表。
5.7进场环保措施
设备进入现场前，为了避免由于设备在施工中油料的泄漏而导致现场被污染，在站场的施工设备停放区域和油料的堆放区域，铺放彩条布的措施，在施工中，要将泄露的油料集中收集，并集中进行处理。在设备和油料区，摆放并设立安全警示标志，确保施工中的环保和安全 6真空干燥和注氮施工计划
真空干燥的时间预测可以按照理想气体状态方程初步计算。但由于站场工艺管线多，管径变化大、管线起伏频繁、阀组众多、并且在试压后很难将管线里的水排干净，极易在低洼处有大量积水的特殊性，站场干燥会比同体积的管道干燥
更加费时。
1.用真空干燥法将站场内水含量降至露点-20℃，管道体积600 m3，埋地温度为10℃，真空泵排量为13000 m3/h。
1）设备安装、准备工作时间：2天； 2）真空干燥时间：
（1）第I阶段做如下假设
a.不考虑站场液态水的蒸发；
b.管道与外界传热良好，本阶段视为等温过程；
c.在本条件下（压力≤1atm，10℃），管内气体按理想气体处理。 PV=nRT
其中 P： P0=101325Pa，Ps=1227Pa（10℃水的饱和蒸汽压） V：管道体积，600m3； n：气体摩尔数量，mol
R：气体常数，8.314J·/(mol·K) T：管内气体温度
本阶段抽气过程中，Pv.dt=RT.dn，dn=(Pv/RT)dt，v为真空泵排量，每小时3
13000m，t为持续抽气时间。
即第I阶段需时0.25小时。 （2）第II阶段做如下假设：
a.不考虑水气蒸发降低管内空间温度，视本阶段为等温过程； b.认为管内压力始终保持在10℃水的饱和蒸汽压； c.视本阶段管内气体符合理想气体状态方程。
第I阶段结束时站场内管内含水量按站内大部分管壁按1mm水膜计算，蒸发面积按2800m2计算，水膜质量=σ·S=0.001×2800=2.8㎏.考虑到盲管和复杂的工艺管线排水留下的明水，大概是站场总体积的3%，站场内总水量=2.8+600×3% *1000=18002.8。
即第II阶段需时148小时。 （3）第III阶段
-20℃露点水蒸气含量为0.36g/Kg（1atm），折算成体积含量为C=（0.36/18）/（1000/29）=0.00058（ 标况下空气的摩尔质量29g/mol，水的摩尔质量18g/mol）；
即第III阶段需时0.1小时。
真空干燥时间： I+II+III=149（约7天） 3）设备拆除：1天
合计站场干燥工期10天。
2、排水、干燥和注氮计划工期如下：
表5 排水、干燥和注氮计划工期表 序号 段落名称 工序 计划工期 备注 设备安装 1 …压气站 真空干燥 注氮 2 10 1
设备拆除 1 合计14天 7.施工程序 7.1真空干燥 7.1.1工艺介绍
目前管线的干燥方法有：干燥剂法、干空气干燥法和真空干燥法等。这几种干燥方法各有特点，适用于不同的环境和管道。其中真空干燥法在国外应用较多， 主要针对没有内涂层的管道和站场。真空干燥技术有如下特点：
（1）施工技术实用有效，适用范围广，效果检验可靠； （2）设备先进、自动化程度高；
（3）施工无污染，完全符合HSE标准； （4）完全适应野外施工； （5）施工费用合理。
真空干燥法适用于天然气输气管道以及其它需要干燥管道的干燥施工，对站场、阀门盲端等有独到的作用，适用的环境温度一般大于5℃。 7.1.2真空干燥与干空气干燥的对比
站场试压完成后，由于工艺的特殊性，存在排水“盲区”。目前所采用的排水方法都很难完全把站场工艺管线内的明水排出。
干空气干燥法用于站场干燥时由于无法用泡沫清管器辅助擦拭，而且干空气在站内停留的时间比较短，不能与站内的明水进行充分的接触吸收。而真空干燥是利用了在真空条件下，水的沸点降低，水的蒸发速度加快的原理进行干燥，不受地域和复杂工艺管线的，且不存在干燥盲区。因此真空干燥比干空气干燥更加的适用于站场干燥。
真空干燥成本低、干燥时间短、干燥效果好、适应范围广，特别是对于管线分支多、三通多、工艺管线复杂的站场干燥，效果较为明显。 7.1.3 真空干燥工作原理
真空干燥工作原理是利用合适的真空泵组对管道内气体在环境温度下进行降压处理，管道内的水分在负压下大量气化被真空泵源源不断地带出管内，经过长期的抽真空过程，使管内的真空度达到管道干燥标准设定的真空度时，管道干燥结束，这时，管内的基本没有水汽，氮气填充后的所测得的露点低于或等于-20℃干空气的露点。
7.1.4真空泵吸水能力计算
真空干燥与管道内的温度有直接关系，必须实地测量才能得到真实的温度进行理论计算。现在暂时按10℃的温度为计算依据，进入施工现场再进行调整。在抽的过程中管线内的温度也是在变化的，当到达0℃时，管内的明水就固态冰化了，不能再继续抽，必须停机气化。
真空泵的抽气能力为13000 m3/h，饱和蒸汽压在0℃时为610.8Pa，此时水蒸气的水含量为4.847g/m3，在10℃时饱和蒸汽压为1227Pa，此时水蒸气的水含量为9.399g/m3。
所以在管道内不结冰的情况下能保持水蒸气允许压强是610.8～1227Pa的恒定抽速；此时水蒸气的含量为4.847～9.399g/m3。
10℃时的真空泵的吸水能力为：
N=13000×9.399=122kg/h 0℃时的真空泵的吸水能力为： N=13000×4.847=63kg/h
因此真空泵吸水能力为：N=63～122kg/h。
7.1.6 站场真空干燥施工程序
7.1.6.1真空干燥设备的布置、连接
根据管道干燥的特点，真空设备组一般按照两级进行配置，第一级是罗茨泵，第二级是旋片真空泵.
采用合适的管路和连接件将真空泵组同管线连接起来，并进行单台试验正常后，可投入使用。
将真空计、温度计、露点仪等仪器仪表在管路上连接好。 在干燥之前，应对以下作业进行检查：
（1）与真空泵组和干燥管线连接的阀门全部打开到全开位置； （2）与管线连接的没有在这次干燥范围的阀门全部完全关闭； （3）所有用于干燥的仪器仪表都已检查，并且在允许范围之内。 7.1.6.2减压
启动真空泵降低管线压力，每15分钟记录一次管线压力值，当管线压力降低到80mbar时，稳压1个小时，观察临时连接是否有泄漏发生，清除所有泄露点。 记录压力增加值，如有泄漏发生，则计算泄漏率，当泄漏率引起的体积变化不超过水膜蒸发体积变化的5%时，可以进行下一步作业。否则，继续检漏，补漏。 开启真空泵，继续降低管线压力，降压到管道内剩余水的蒸发压力，保持此压力。记录管内负压值和管内温度。当管内的水分蒸发和真空泵的排出达到平衡时，管内的压力较稳定。因管内的水分蒸发由压力和温度所控制，蒸发所引起的温度差由周围环境进行补充，温度下降过快需要关闭一台或多台旋片泵。 保持蒸发压力并用真空泵蒸发水蒸汽，直到蒸发掉所有的水。蒸发过程中检测管道内的温度，实际中温度应该有所降低，同时蒸发压力也在下降，用真空泵控制蒸发速度，避免管道内产生固态冰。
在真空干燥过程中，管线内可能有固态冰出现，需要停机化冰，冰化后，继续启动机器干燥。当管线内压力降低到6.0mbar，对应的水蒸气露点在0℃以下，管线内的水将固态冰化。所以当管内压力降低到8.0～6.108mbar时，对应的水蒸气的露点是5～0℃，停机稳定3个小时，使管内的水或冰气化，然后再起机继续干燥。
水蒸发完后，继续用泵进行蒸发和排气，降低管道内的蒸汽压力到5mbar。停止运行真空泵。保持此压力4h。当负压稳定为5mbar或以下时，可以进行注氮
工作，进行最终的露点测量。
7.3 注氮
管道干燥完毕后向管内充氮可有效的保护管道，有效保证管线投入运行。
当站场内压力降到5mbar或以下时，关闭真空泵组，注氮设备材料入场。 氮气的来源：液氮经换热后注入管线。 现场布置图：
图4 现场布置图
7.3.1注氮工作程序和操作步骤
（1）提前预制设备与管线连接的管线、阀门、法兰、压力表及专用接头。 （2）注氮入口的选择：可选择在阀门旁通或放空管旁通。由站场施工单位确认。 （3）安排液氮车提前到达指定地点，注氮前10小时全部制氮设备安装调试结束。
（4）真空干燥结束后，拆除真空泵。所有阀门的开启状态和真空干燥结束时一致。
（5）启动注氮设备，打开引管上的阀门，直接向真空管道内注入氮气。 （6）开始注氮，流量不低于30升/分，注氮温度不低于5℃。 （7）注氮至业主要求的压力，检测末端氮气露点，准备验收。 7.3.2注氮安全、技术要求
（1）液氮纯度在99.99%以上，且其它腐蚀性组分符合要求。 （2）注氮进口氮气温度保持在5℃以上。
液氮车 气化 换热 加热装置 管 线
（3）不要触摸液氮低温管线，严格检漏防止冻伤。 （4）保持现场通风，防止液氮大量泄露造成缺氧窒息。 （5）做好压力、流量、温度等参数记录。
7.3.3验收
持续注氮至业主要求的压力，检测末端氮气露点，直到-20℃以下注氮完毕。密闭24小时，检测露点在-20℃以下，且变化不超过5℃为合格。反之，启动真空泵再次真空干燥，再次注氮。直至达到干燥验收标准。 7.4分输压气站真空干燥作业指导书
7.4.1连接真空泵与管线。
采用Φ400的管线将真空泵与站场管线连接起来，入口可选择在末端新建的连头处。
在站场工艺管线和真空泵之间的连管上安装一个阀门。 7.4.2将真空计、温度计、露点仪等仪器仪表在管路上连接好。 7.4.3在干燥开始前，检查以下作业：
（1）与真空泵和干燥管线连接的阀门全部打开到全开位置。
（2）站场内需要干燥区域阀门，站场内需要干燥的阀门腔体全部半开位置。 （3）站场内属于这次干燥范围的对外连接阀门全部关闭到全关位置。 （4）所有用于干燥的仪器仪表都已检查，并且在允许范围之内。 （5）站场内原有的仪器仪表拆除，将连头处封死。 7.4.4启动真空泵进行减压工作。
7.4.5真空干燥结束后，全部关闭与真空泵和干燥管线连接的阀门。
