重庆市 400718
摘要：随着我国不断发展的石油天然气事业，输送管道的安全日益受到广泛关注。目前，较为有常见的干燥技术有真空干燥、干燥剂以及干空气干燥法。其中，以真空干燥难度最大，效果最佳。为有效提升石油天然气管道的干燥技术，确保管道输送安全，引入具备专家系统的真空干燥程序，通过计算机语句设计，自动计算出干燥需求和抽气时间。
关键词：石油天然气；管道；干燥技术
1石油天然气管道干燥技术
1.1管道干燥技术的必要性
随着不断发展的社会经济和科学技术技，社会各行各业对能源的需求量越来越大。广泛使用的清洁环保能源-天然气，对石油天然气输送管道技术要求较高，为有效确保石油天然气输送管道的正常运行，避免出现安全事故，需要应用到管道的干燥技术。虽然干燥技术属于管道施工后期工程，管道施工过程中的因素会极大程度影响到管道的干燥程度。为避免出现这类问题，确保管道内的干燥，降低管道内水对管道的腐蚀情况，需要重视、提升管道干燥技术。为进一步保障天然气的用户需求，在施工中降低管道事故发生，
1.2石油天然气管道干燥技术
1.2.1真空干燥法
随着不断降低压力的，通过管道内的水的沸点，当降低到一定压力数值时，在低温下管道内的水产生沸腾蒸发掉。通常是利用在真空的干燥法中真空泵对管道内进行抽气。随着管道内的压力降低，在抽气的过程中，在管道内部的低温环境中达到饱和蒸汽压，对管道内壁上的水能够蒸发掉。在真空干燥的使用过程中，要合理的选择真空泵，从而确保有效控制管道的抽气频率使用真空干燥法使用成本较低，对干燥的技术具备较高可靠性，能够比较容易的把握实行干燥的进度。在石油天然气管道中，为有效运用真空干燥技术，需要在运用真空干燥技术时进行一定的真空泵的选择以及管道内的温度控制。
1.2.2干燥剂法
干燥剂法是一种在天然气管道干燥技术应用中的干燥技术。通常，干燥剂法就是采用甲醇、乙二醇等吸水很强的醇类物质作为干燥剂，在管道内进行任意的比例的干燥剂和水互溶，从而满足达到干燥的目的。在实际应用干燥剂法的中，因为乙二醇的造价比较高，提升了管道干燥的成本，采用甲醇作为干燥剂较多。在甲醇作为干燥剂中，其最大特点就是非常快的干燥速度。由于甲醇具有易燃易爆，有毒的一种有机化合物，甲醇作为干燥剂对贮藏的要求过高。因为天然气和甲醇都易燃，容易对环境造成一定的污染，对施工的现场的安全有着一定的影响。
1.2.3干空气干燥法
在干空气干燥法的应用的原理是管道内的干空气在流动中对含水量的空气很快的吸湿，能够达到饱和，但是管道内的空气还在继续流动，随着管道内的压力会下降，就会增加吸水的浓度，管道内的空气进行继续吸水，最终从天然气管道尾部排出。干空气干燥的优点空气的来源范围广，不受任何的地区限制，经济费用低，干空气干燥法的应用范围并不广泛，但是对于清理的不方便管道可行性较高。
1.3比较三种干燥技术
1.3.1真空干燥法
在石油天然气管道干燥技术的运用中，对各个干燥的方法进行优缺点的分析，针对于真空干燥法的优点是在管道进行干燥技术应用中，可靠性较高，可以把管道内的所有的水可以除去，管道内不再有水的存在。在使用真空干燥的方法中，能够对干燥的进度进行一定的预测，在途中如有特殊情况无法进行，对干燥的进度进行预测，能方便接下来的干燥工作，而且在天然气管道内真空干燥中对管道的影响不大，不会在管道内留下残渣。对于真空干燥的缺点是在对天然气管道干燥的同时并不能对管道进行及时的清洁，在管道进行真空干燥技术应用中，会在管道内持续很长的一段时间。在对管道的某一端进行工作中，针对于复杂的管道和多条管道混在一起的管道，其他的方法不能使用干燥的方法，在利用真空干燥的方法很有效果。
1.3.2干燥剂法
在以上三种干燥的技术中，在管道内进行干燥剂法技术应用中的优点是甲醇作为干燥物是最快速度的干燥方法。不论是在陆地的管道还是在海底的管道都适用干燥剂法，在低温的环境中也能够有效果。干燥剂法的缺点有利用甲醇在干燥剂法中作为干燥物，因为甲醇具有易燃易爆的缺点，对管道施工现场的热力设备来说，存在着一定的安全隐患。因为甲醇具有易燃易爆和有毒等缺点，相对于其它两种的干燥技术，在对干燥剂法的使用风险更大。
1.3.3干空气干燥法
干空气干燥法的优点在于：一有效缩短管道干燥时间，并可以直达内部进行干燥处理；二投入干燥费用较少，节约了施工成本；三施工安全系数较高。其缺点是在大口径的管道中的应用中占据面积较多，需要耗费较多的电力，电力损耗较大。与前两种干燥技术相比较，安全系数较高，但花费的电力投入较多。
2探索石油天然气管道干燥技术
为了预测管道内的含水量和干燥时间，为工程的实施制定合理的进度计划，开发了长输管道真空干燥专家系统软件。
2.1真空干燥专家系统开发平台
所谓的“专家系统”是指通过具有人工智能化特征的计算机程序，汇集大量该专业、领域的经验、知识，模仿人类思维解决复杂问题。专家系统具备的灵活性、实用性和高效性在各个行业得到广泛应用，可以有效运用在石油管道的干燥技术方面。一般来说，专家系统由交互界面、知识数据库、推理机、综合数据库、获取知识以及解释器组成。专家系统通俗而言就是一个计算机程序，各个命令由语句组成。
2.1.1系统任务
在开发该系统中，系统任务是构建专家系统的需求分析，以此为依据进行专家系统程序设计，系统目标是确定系统内每个模块的功能，确定调用关系和工作顺序，从而完成数据库设计；运行环境为windows操作平台、Pentium 处理器，数据库为Microsoft Access；系统功能有：一构建抽速离散点数据库、不同温度下水的饱和蒸气压数据库；二采用Visual Basic 6.0的DAO访问数据库；三通过Visual Basic 中的Setup Wizard 制作安装用户盘，该盘可以在windows环境下安装和运行。
2.1.2总体设计
本次专家系统的开发品台选择Visual Basic6.0。采用面向对象分析法（OOA）分析石油天然气输送管道的输送需求，反应干燥技术和输送管道之间的关系。系统结构如图1所示。该系统由三方面组成，分别是数据采集、转换系统和数据计算分析系统。数据访问对象访问对象技术（DAO）数据库。数据采集和转换系统是本系统的基础，不仅需要通过这两个方面构建数据库，存放在不同情况下的数据变化情况，还需要通过DAO技术访问数据库，提供真空干燥时间的数据计算基础。该系统的核心是数据计算系统，通过用户输入一个温度指标，系统自动计算出该温度条件下的饱和蒸汽压力。通过对不同真空环境下的管道干燥时间，计算管道内的水膜蒸发量。
图1 真空干燥专家系统总体设计构成
2.1.3模块设计
本系统模块包括数据库模块、数据输入模块、名义抽速计算模块、水饱和蒸气压计算模块、总抽气时间计算模块。数据库模块由YT.mdb和TY97.mdb两个数据库组成，包含七个表格，分别是插值数据表，插值系数表，插值数据输入临时表，水蒸气压插值系数表，各种温度下的水饱和蒸气压表，水蒸气压样条函数区间系数表和样条函数区间系数表。数据输入需要进行界面设计，界面设计需考虑操作者和操作环境。所有模块设计均由Windows Office Access创建。
2.2系统主要参数计算
2.2.1真空室的气体负荷
真空初始时，真空室和管道内充满容积性气体，气体负荷包括干燥过程中的水汽化量Qg（Pa.m3/s）、真空室漏气QL（Pa.m3/s）、真空室极限真空Pj、真空室的工作压力Pg和水膜蒸发速率PSe。
（1）水汽化量Qg（Pa.m3/s）
干燥过程中，管道放出水蒸气的流量由以下公式计算：
因此，输送管道内的真空干燥气体流动状态为粘滞留。
2.2.4管道压强分布
如图2所示，管道内的真空系统中，真空室各处压强分布不均匀，压强分布为：
抽气时间计算为：
2.3.1计算100000-10000Pa的时间。
对于土壤补回温度来说，不保温热油管道的地下埋土总传热系数K，由管道外壁表面周围介质的外部传热系统 决定。在设计地下埋图的热油管道时，K值一般不采用计算方法，而是选择经验值。在无保温的管道输送中，一般环境条件下，直径500mm的管道K取1.8J/m2.s.℃。并且，大于0.2mm的水膜会出现结冰现象，小于0.1mm，不会产生结冰现象。
结束语
综上所述，在输送石油、天然气管道内部的干燥环境对管道输送安全十分重要。为提高输送安全性，需要进行干燥技术的分析。分析比较常用的三类干燥技术，发现真空干燥技术效果最佳，但难度较大。因此，设计一款具备专家系统的真空干燥程序，用于评定管道内的干燥需求。该系统由三方面组成，分别是数据采集、转换系统和数据计算分析系统。本系统模块包括数据库模块、数据输入模块、名义抽速计算模块、水饱和蒸气压计算模块、总抽气时间计算模块。系统参数设计包括真空室的气体负荷、抽气时间、流量和流导以及结冰问题等。
参考文献：
[1]冯佳,闵珊珊,甘宇. 有关石油天然气管道干燥技术的探索[J]. 资源节约与环保,2015,(04):14.
[2]陆海东. 探索天然气管道干燥技术的研究[J]. 化工管理,2015,(09):68.
[3]汪开炎. 石油天然气管道干燥技术的探索[J]. 化工管理,2014,(17):139.
[4]钟继斌,王岩,冯柏军. 站场工艺管道热氮气干燥施工技术[J]. 石油化工建设, 2006,(06):44-45.
[5]孙莉. 长输管道真空干燥专家系统[D].天津大学,2006.
论文作者:王军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第11期
论文发表时间:2017/10/11
标签：干燥论文; 管道论文; 真空论文; 技术论文; 干燥剂论文; 专家系统论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2017年第11期论文;