RU2578261C1 - Gas pipeline inside dehydration at negative temperatures - Google Patents

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: gas line inside is evacuated to measure in preset equal time intervals the parameters describing the thermodynamic state of the medium inside the gas line. Measured parameters are compared with preset tolerances to disconnect the vacuum pumps at the minimum absolute preset pressure inside the gas line. Rarefaction is terminated and the gas line is kept at the minimum absolute pressure for time required to reach the 100%-saturation of steam-air mix above the ice surface inside the gas line. The dew point reached, the vacuum pumps are actuated to pump water vapours from inside the gas line. Water vapours evacuation and pipe line drying are terminated after the definite dew point is reached over the entire volume of gas line. At evacuation at the medium temperature inside the gas line equal to that of water crystallization start temperature the gas pipeline is purged with nitrogen, Said purging is performed at the pipe open end at barometric pressure. Purging with nitrogen and pipe line drying are terminated after the definite dew point is reached over the entire volume of gas line.

EFFECT: higher efficiency of drying at negative temperatures of drying medium.

2 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к транспорту газа по магистральному газопроводу и может быть использовано при вводе в эксплуатацию новых газопроводов, а также при реконструкции и ремонте действующих газопроводов. The invention relates to the transport of gas through the main gas pipeline and can be used when commissioning new gas pipelines, as well as during the reconstruction and repair of existing gas pipelines.

Процесс сооружения газопровода включает в себя обязательные предпусковые испытания на прочность и плотность, которые проводят путем заполнения газопровода водой или сжатым атмосферным воздухом с подъемом давления до заданной величины и последующим опорожнением до атмосферного давления, причем оставшаяся влага удаляется из газопровода путем осушки его полости.The gas pipeline construction process includes mandatory preliminary tests of strength and density, which are carried out by filling the gas pipeline with water or compressed atmospheric air with a pressure rise to a predetermined value and then emptying it to atmospheric pressure, and the remaining moisture is removed from the gas pipeline by drying its cavity.

Технология осушки газопровода должна удовлетворять следующим условиям:The gas pipeline drying technology must satisfy the following conditions:

- температура точки росы природного газа, транспортируемого по газопроводу, должна быть не выше минус 20°C, что соответствует относительной влажности среды в полости газопровода после его осушки - не выше 4,4%;- the dew point temperature of natural gas transported through the gas pipeline should not be higher than minus 20 ° C, which corresponds to the relative humidity of the medium in the cavity of the gas pipeline after its drying - not higher than 4.4%;

- остаточная концентрация воздуха в смеси с природным газом в объеме газопровода должна быть не выше нижнего предела взрываемости (<5%).- the residual concentration of air mixed with natural gas in the volume of the gas pipeline should not be higher than the lower explosive limit (<5%).

Обеспечение безопасности при подаче природного газа на действующих объектах, например на многониточных газопроводах, соединенных между собой перемычками, связано еще и с тем, что в процессе ремонта одного из газопроводов в параллельно работающих газопроводах находится природный газ. При негерметичности отсечных кранов не исключается возможность попадания газа в осушаемый газопровод и образования в нем взрывоопасной среды. Кроме того, опасность представляет и заполнение газопровода газом после завершения осушки. При строительстве магистральных газопроводов в многолетнемерзлых грунтах, испытании их на прочность и осушке полости в условиях отрицательных температур возникают трудности, связанные с замерзанием воды в полости газопроводов, что приводит к увеличению общей продолжительности строительства по причине значительного снижения интенсивности испарения влаги (сублимации льда).Ensuring safety when supplying natural gas at existing facilities, for example, on multi-strand gas pipelines connected by jumpers, is also connected with the fact that during the repair of one of the gas pipelines there is natural gas in parallel pipelines. If the shut-off valves are leaking, the possibility of gas entering the drained gas pipeline and the formation of an explosive atmosphere in it is not ruled out. In addition, filling the gas pipeline with gas after the completion of drying is also a danger. When constructing gas pipelines in permafrost soils, testing their strength and drying the cavity at low temperatures, there are difficulties associated with the freezing of water in the gas pipe cavity, which leads to an increase in the total duration of the construction due to a significant decrease in the rate of moisture evaporation (sublimation of ice).

Известен способ осушки полости газопровода [Патент №2272974, приоритет от 15.06.2004 г.], основанный на первоначальном заполнении средой осушаемого газопровода, находящегося под давлением, равным атмосферному, подъеме давления в осушаемом газопроводе до заданной величины путем нагнетания среды перекачивающим средством, продувке, сбросе давления до вакуума с последующей осушкой полости газопровода, находящегося под вакуумом, при подъеме давления и продувке в качестве среды используют атмосферный воздух, а при осушке в осушаемом газопроводе 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.A known method of drying a cavity of a gas pipeline [Patent No. 2272974, priority 15.06.2004], based on the initial filling with the medium of the drained gas pipeline under pressure equal to atmospheric, raising the pressure in the drained gas pipeline to a predetermined value by pumping the medium with a pumping medium, purging, depressurization to vacuum followed by drying of the cavity of the gas pipeline under vacuum, atmospheric air is used as a medium for pressure increase and purging, while for drying in the drained gas pipeline miruyut gaseous medium in the form of a mixture of air and a previously prepared to a predetermined moisture of the inert gas obtained from the air by its separation into nitrogen and oxygen in the polymer hollow fiber membranes.

Недостаток такого способа заключается в том, что применение на начальном этапе осушки неосушенного (влажного) атмосферного воздуха в условиях отрицательных температур повышает температуру точки росы в полости осушаемого газопровода и не обеспечивает подвод тепла, необходимого для начала испарения льда в полости осушаемого газопровода.The disadvantage of this method is that the use at the initial stage of drying of undrained (moist) atmospheric air at low temperatures increases the dew point temperature in the cavity of the drained gas pipeline and does not provide heat supply necessary to start the evaporation of ice in the cavity of the drained gas pipeline.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигнутому результату является способ осушки полости газопровода [Патент №2373466, приоритет от 11.06.2008 г.], включающий очистку полости газопровода от воды и иных отложений механическими очистными и осушающими устройствами продувкой полости газопровода атмосферным воздухом, нагнетаемым компрессором с давлением заданной величины, сброс давления до атмосферного, вакуумирование полости газопровода до давления заданной величины, заполнение полости газопровода, находящейся под вакуумом, инертным газом на основе азота, полученного путем разделения атмосферного воздуха на азот и кислород в полимерных половолоконных мембранах, и последующую циркуляцию инертного газа на основе азота в полости газопровода до заданных величин влажности и концентрации азота во всем объеме осушаемого газопровода.The closest solution to the technical nature and the achieved result is a method of drying a gas pipeline cavity [Patent No. 2373466, priority 11.06.2008], including cleaning the gas pipeline cavity from water and other deposits by mechanical cleaning and drying devices by purging the gas pipeline cavity with atmospheric air pumped by a compressor with a pressure of a predetermined value, depressurization to atmospheric pressure, evacuation of a gas pipeline cavity to a pressure of a predetermined value, filling a gas pipeline cavity under vacuum, nertnym gas based on nitrogen, obtained by separation of air into nitrogen and oxygen in the polymer hollow fiber membranes, and subsequent circulation of inert gas based on nitrogen pipeline within the cavity to predetermined values of humidity and the concentration of nitrogen in the entire volume of the pipeline to be dried.

Таким образом, данный способ осушки полости газопровода за счет использования предварительно осушенного в полимерных половолоконных мембранах инертного газа в качестве осушающей среды путем ее нагнетания в осушаемый газопровод обеспечит замещение в полости газопровода только влажного воздуха (паровой фазы) сухим азотом.Thus, this method of drying a gas pipeline cavity by using inert gas previously dried in polymer hollow fiber membranes as a drying medium by pumping it into a drainable gas pipeline will ensure that only moist air (vapor phase) is replaced with dry nitrogen in the gas cavity.

Недостаток данного способа заключается в том, что такой способ осушки, основанный на циркуляции сухого азота в полости газопровода, при отрицательных температурах не создает термодинамические условия для фазовых переходов всей влаги, содержащейся в полости газопровода, из твердого состояния (лед) в жидкое состояний (вода) и далее - в пар, обеспечивающие 100% насыщение паровоздушной смеси над поверхностью льда для последующей откачки паров воды из полости газопровода.The disadvantage of this method is that such a method of drying, based on the circulation of dry nitrogen in the cavity of the pipeline, at low temperatures does not create thermodynamic conditions for phase transitions of all moisture contained in the cavity of the pipeline from a solid state (ice) to a liquid state (water) ) and then into steam, providing 100% saturation of the air-vapor mixture above the ice surface for subsequent pumping of water vapor from the gas pipeline cavity.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности осушки полости газопроводов после их испытаний при отрицательных температурах и обеспечение проектных показателей по качеству природного газа за счет:The basis of the invention is the task of increasing the efficiency of drying the cavity of gas pipelines after testing at low temperatures and ensuring design indicators for the quality of natural gas due to:

- создания в полости газопровода термодинамических условий, исключающих возможность насыщения природного газа влагой при вводе газопровода в действие после строительства или капитального ремонта;- creating in the cavity of the gas pipeline thermodynamic conditions that exclude the possibility of saturation of natural gas with moisture when the gas pipeline is put into operation after construction or overhaul;

- определения текущих и предельных величин температуры, давления, интенсивности испарения льда, характеризующих изменение термодинамического состояния среды в полости газопровода в процессе осушки от начальной температуры точки росы до 100% насыщения паровоздушной смеси над поверхностью льда;- determination of current and limit values of temperature, pressure, ice evaporation intensity, characterizing the change in the thermodynamic state of the medium in the gas pipeline cavity during the drying process from the initial dew point temperature to 100% saturation of the vapor-air mixture above the ice surface;

- определения режимов регулирования и времени отключения вакуумных насосов и включения генераторов азота для достижения заданной температуры точки росы во всем объеме газопровода.- determination of control modes and time for shutting down vacuum pumps and turning on nitrogen generators to achieve a given dew point temperature in the entire gas pipeline volume.

Поставленные задачи достигаются тем, что в предлагаемом способе осушки полости газопровода в условиях отрицательных температур, включающем очистку полости газопровода от воды и иных отложений механическими очистными и осушающими устройствами продувкой полости газопровода атмосферным воздухом, нагнетаемым компрессором с давлением заданной величины, сброс давления до атмосферного, вакуумирование полости газопровода до давления заданной величины, заполнение полости газопровода, находящейся под вакуумом, инертным газом на основе азота, полученного путем разделения атмосферного воздуха на азот и кислород в полимерных половолоконных мембранах и последующую циркуляцию инертного газа на основе азота в полости газопровода до заданных величин влажности и концентрации азота во всем объеме осушаемого газопровода, согласно изобретению в процессе вакуумирования полости газопровода в условиях отрицательных температур осушаемой среды в полости газопровода через заданные равные интервалы времени измеряют параметры, характеризующие термодинамическое состояние среды в полости газопровода, включающие давление, температуру осушаемой среды, температуру точки росы в полости газопровода и температуру грунта на глубине у стенки газопровода. Измеренные параметры сравнивают с заданными допусками и при достижении в полости осушаемого газопровода заданной величины минимального абсолютного давления отключают вакуумные насосы. Вакуумирование останавливают и выдерживают газопровод под минимальным абсолютным давлением в течение времени до 100% насыщения паровоздушной смеси над поверхностью льда в полости газопровода. После достижения заданной величины температуры точки росы, соответствующей 100% насыщению паровоздушной смеси над поверхностью льда, включают вакуумные насосы, откачивают из полости газопровода пары воды. После достижения заданной величины температуры точки росы во всем объеме газопровода откачку паров воды и осушку полости газопровода завершают.The tasks are achieved by the fact that in the proposed method of drying the gas pipeline cavity at negative temperatures, including cleaning the gas pipe cavity from water and other deposits by mechanical cleaning and drying devices by blowing the gas pipe cavity with atmospheric air, pumped by a compressor with a pressure of a given value, depressurizing to atmospheric, evacuating the cavity of the gas pipeline to a pressure of a given value, filling the cavity of the gas pipeline under vacuum with an inert gas based on azo a, obtained by separating atmospheric air into nitrogen and oxygen in polymer hollow fiber membranes and subsequent circulation of an inert gas based on nitrogen in the cavity of the gas pipeline to the specified values of humidity and nitrogen concentration in the entire volume of the drained gas pipeline, according to the invention in the process of evacuating the gas cavity in negative temperatures drained medium in the cavity of the gas pipeline at specified equal time intervals measure the parameters characterizing the thermodynamic state of the medium in awns pipeline comprising pressure, temperature of the drained medium dew point temperature in the cavity of the pipeline and ground temperature at the depth at the pipeline wall. The measured parameters are compared with the specified tolerances and when the specified absolute minimum pressure in the cavity of the drained gas pipeline reaches the minimum absolute pressure, the vacuum pumps are turned off. Evacuation is stopped and the gas pipeline is held at a minimum absolute pressure for a time up to 100% saturation of the air-vapor mixture above the ice surface in the gas pipeline cavity. After reaching a predetermined dew point temperature value corresponding to 100% saturation of the air-vapor mixture above the ice surface, vacuum pumps are turned on, water vapor is pumped out of the gas pipeline cavity. After reaching the set value of the dew point temperature in the entire gas pipeline, the pumping out of water vapor and the drying of the gas pipeline cavity are completed.

Температуру, давление и интенсивность испарения льда в полости газопровода определяют по формулам:The temperature, pressure and intensity of ice evaporation in the gas pipeline cavity is determined by the formulas:

где T_i+1 - температура льда в конце каждого заданного равного интервала времени, К; i - порядковый номер каждого заданного равного интервала времени; m_л - масса льда на метре длины газопровода, кг; С_л - теплоемкость льда, кДж/кг·К; T_i - температура льда в начале каждого заданного равного интервала времени, К; m_тр - масса трубы на метре длины газопровода, кг; С_ст - теплоемкость стали, кДж/кг·К; α - центральный угол дуги окружности сегмента сечения газопровода, занятого льдом; τ - продолжительность каждого заданного равного интервала времени, ч; k - общий коэффициент теплопередачи от грунта к полости газопровода, Дж/м²·с·К; S_л - площадь контакта льда с поверхностью метра длины газопровода, м²; Т_гр - температура грунта, К; ε - коэффициент теплопроводности стали, Bт/м·К; δ - толщина стенки газопровода, мм; L_л - длина окружности сечения газопровода, занятая льдом, м; j - интенсивность испарения (сублимации) льда, кг/м²·ч; S_c - площадь сублимации образовавшейся ледяной поверхности, м²; λ_с - теплота сублимации, кДж/кг;where T _{i + 1} is the ice temperature at the end of each given equal time interval, K; i is the sequence number of each given equal time interval; m _l - ice mass per meter of gas pipeline length, kg; With _l - the heat capacity of ice, kJ / kg · K; T _i - ice temperature at the beginning of each given equal time interval, K; m _Tr - the mass of the pipe per meter length of the pipeline, kg; With _st - the heat capacity of steel, kJ / kg · K; α is the central angle of the circular arc of the section of the cross section of the gas pipeline occupied by ice; τ is the duration of each given equal time interval, h; k is the total heat transfer coefficient from the soil to the gas pipeline cavity, J / m ² · s · K; S _l - area of contact with the ice surface meter length of pipeline, m ^2; T _gr - soil temperature, K; ε is the coefficient of thermal conductivity of steel, Wt / m · K; δ is the wall thickness of the gas pipeline, mm; L _l - the circumference of the cross section of the pipeline occupied by ice, m; j is the intensity of evaporation (sublimation) of ice, kg / m ² · h; S _c - sublimation area of the formed ice surface, m ² ; λ _s - heat of sublimation, kJ / kg;

где P_i+1 - абсолютное давление в полости осушаемого газопровода в конце каждого заданного равного интервала времени, мбар; i - порядковый номер каждого заданного равного интервала времени; P_i - абсолютное давление в полости осушаемого газопровода в начале каждого заданного равного интервала времени, мбар; q - объемная производительность вакуумного модуля, м³/час; τ - продолжительность каждого заданного равного интервала времени, ч; ρ_i - плотность насыщенного пара в начале каждого заданного равного интервала времени, г/м³; V - геометрический объем осушаемого участка газопровода, м³; m_субл(i) - количество пара, сублимированного в течение каждого заданного равного интервала времени, г/м; ρ_i-1 - плотность насыщенного пара в начале предыдущего заданного равного интервала времени, г/м³;where P _{i + 1} is the absolute pressure in the cavity of the drained gas pipeline at the end of each given equal time interval, mbar; i is the sequence number of each given equal time interval; P _i - the absolute pressure in the cavity of the drained gas pipeline at the beginning of each given equal time interval, mbar; q is the volumetric productivity of the vacuum module, m ³ / h; τ is the duration of each given equal time interval, h; ρ _i is the density of saturated steam at the beginning of each given equal time interval, g / m ³ ; V is the geometric volume of the drained section of the pipeline, m ³ ; m _{subl (i)} - the amount of steam sublimated during each given equal time interval, g / m; ρ _i-1 is the density of saturated steam at the beginning of the previous specified equal time interval, g / m ³ ;

где j - интенсивность испарения (сублимации) льда, кг/м²·ч; T - температура льда, К; P - абсолютное давление в полости осушаемого газопровода, мбар.where j is the intensity of evaporation (sublimation) of ice, kg / m ² · h; T - ice temperature, K; P - absolute pressure in the cavity of the drained gas pipeline, mbar.

При начальной температуре среды в полости газопровода, равной температуре начала кристаллизации воды, газопровод продувают азотом под атмосферным давлением вплоть до достижения заданной величины температуры точки росы во всем объеме газопровода, а градиент температуры азота по длине осушаемого газопровода определяют по формуле:When the initial temperature of the medium in the cavity of the gas pipeline is equal to the temperature of the onset of crystallization of water, the gas pipeline is purged with nitrogen under atmospheric pressure until a predetermined dew point temperature is reached in the entire volume of the gas pipeline, and the nitrogen temperature gradient along the length of the drained gas pipeline is determined by the formula:

где $${Т}_{аз}^{\text{'}}$$

- температура азота, равная температуре грунта, К; Т_гр - температура грунта, К; Т_аз - температура азота на выходе из азотного модуля, К; k - общий коэффициент теплопередачи от грунта к полости газопровода, Дж/м²·с·К; D - внутренний диаметр продуваемого газопровода, м; x - координата длины газопровода, м; С_аз - удельная теплоемкость азота, кДж/кг·К; Q_m - массовый расход азота, кг/ч.Where $$T_{\mathrm{but}s}^{\text{'}\text{'}}$$

- nitrogen temperature equal to the temperature of the soil, K; T _gr - soil temperature, K; T _az - the temperature of nitrogen at the outlet of the nitrogen module, K; k is the total heat transfer coefficient from the soil to the gas pipeline cavity, J / m ² · s · K; D is the inner diameter of the purged gas pipeline, m; x is the coordinate of the length of the pipeline, m; With _az - specific heat of nitrogen, kJ / kg · K; Q _m - mass flow rate of nitrogen, kg / h

В предлагаемом способе осушки полости газопровода в условиях отрицательных температур:In the proposed method of drying the cavity of the gas pipeline in conditions of negative temperatures:

- создание термодинамических условий в полости осушаемого газопровода, исключающих возможность насыщения природного газа влагой при заполнении газопровода газом в условиях отрицательных температур в отличие от прототипа позволяет обеспечить проектные показатели по качеству газа при вводе в действие газопровода после строительства или капитального ремонта;- the creation of thermodynamic conditions in the cavity of the drained gas pipeline, eliminating the possibility of saturation of natural gas with moisture when filling the gas pipeline with gas at low temperatures, in contrast to the prototype, it is possible to provide design indicators for the quality of gas when the pipeline is commissioned after construction or overhaul;

- определение текущих и предельных величин температуры, давления, интенсивности испарения льда, в отличие от прототипа позволяет в процессе осушки вести мониторинг изменения термодинамического состояния среды в полости газопровода от начального состояния до 100% насыщения паровоздушной смеси над поверхностью льда и по результатам мониторинга регулировать режимы работы вакуумного модуля и генератора азота для достижения заданной температуры точки росы во всем объеме газопровода.- determination of current and limit values of temperature, pressure, ice evaporation intensity, in contrast to the prototype, allows monitoring the changes in the thermodynamic state of the medium in the gas pipeline cavity from the initial state to 100% saturation of the air-vapor mixture above the ice surface during the drying process and, based on the monitoring results, regulate the operating modes a vacuum module and a nitrogen generator to achieve a given dew point temperature in the entire volume of the gas pipeline.

Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием способа осушки полости газопровода в условиях отрицательных температур со ссылкой на фигуры 1, 2, 3 и 4.The present invention is illustrated by the following detailed description of a method for drying a gas pipeline cavity under negative temperatures with reference to figures 1, 2, 3 and 4.

На фигуре 1 представлена схема процесса сублимационной осушки газопровода.The figure 1 presents a diagram of the process of freeze-drying the pipeline.

На фигуре 2 в качестве примера реализации заявленных технических решений представлена схема осушки полости участка газопровода (протяженность 60 км, диаметр 1420 мм, геометрический объем полости 89292 м³) после гидравлических испытаний в условиях отрицательных температур, имеющего два нисходящих участка длиной по 500 метров со скоплениями льда в пониженном месте (горизонтальный 10-метровый участок газопровода), где 1 - осушаемый участок газопровода, 2 - нисходящие участки, 3 - участок газопровода со скоплениями льда, 4 - камера запуска механических очистных и осушающих устройств, 5 - кран продувочного трубопровода, 6 - заглушка, 7 - компрессор, 8 - вакуумный модуль, включающий два последовательно соединенных вакуумных насоса общей производительностью 2520 м³/час, 9 - генератор азота, 10, 11, 12 - краны, 13 - датчик давления осушаемой среды, 14 - датчик температуры осушаемой среды, 15 - датчик температуры точки росы осушаемой среды, 16 - датчик температуры грунта, 17 - датчик температуры точки росы азота, 18 - датчик температуры азота.In figure 2, as an example of the implementation of the claimed technical solutions, a diagram is presented for drying the cavity of a gas pipeline section (length 60 km, diameter 1420 mm, geometric volume of the cavity 89292 m ³ ) after hydraulic tests at low temperatures, with two descending sections 500 m long with clusters ice in a lower place (horizontal 10-meter section of the gas pipeline), where 1 is the drained section of the gas pipeline, 2 is the descending sections, 3 is the gas pipeline section with ice accumulations, 4 is the mechanical launch chamber cleaning and drying devices, 5 - purge pipe valve, 6 - plug, 7 - compressor, 8 - vacuum module, including two series-connected vacuum pumps with a total capacity of 2520 m ³ / h, 9 - nitrogen generator, 10, 11, 12 - taps 13 - pressure sensor of the drained medium, 14 - temperature sensor of the drained medium, 15 - temperature sensor of the dew point of the medium to be drained, 16 - soil temperature sensor, 17 - nitrogen dew point temperature sensor, 18 - nitrogen temperature sensor.

На фигуре 3 показана схема сечения газопровода перед его вакуумной осушкой.The figure 3 shows a diagram of the cross section of the gas pipeline before vacuum drying.

На фигуре 4 в качестве примера реализации заявленных технических решений для частного случая осушки полости газопровода при отрицательных температурах представлен график зависимости количества влаги (%), которая может быть вынесена с насыщенным азотом за время продувки азотом участка газопровода длиной 150 метров, диаметром 700 мм, при температуре среды, равной температуре начала кристаллизации воды (близкой к 0°C).In figure 4, as an example of the implementation of the claimed technical solutions for a special case of drying a gas pipeline cavity at negative temperatures, a graph of the amount of moisture (%) that can be carried out with saturated nitrogen during nitrogen purging of a 150-meter-long pipeline with a diameter of 700 mm with nitrogen is shown medium temperature equal to the temperature of the onset of water crystallization (close to 0 ° C).

При испытании на прочность и осушке газопроводов при отрицательных температурах, например, проложенных в многолетнемерзлых грунтах, предъявляются особые требования, связанные с необходимостью применения специальных технологий, позволяющих исключить возможность нарушения геокриологических и структурных характеристик грунтов при испытании и осушке газопроводов, ухудшения напряженно-деформированного состояния их конструкций, а также обеспечить проектные показатели по качеству природного газа при вводе газопроводов в действие.When testing the strength and drying of gas pipelines at negative temperatures, for example, laid in permafrost soils, special requirements are made associated with the need to use special technologies to eliminate the possibility of disturbing the geocryological and structural characteristics of soils when testing and drying gas pipelines, and deterioration of their stress-strain state structures, as well as ensure design indicators for the quality of natural gas when putting gas pipelines into operation.

Особенностью вакуумно-азотной технологии осушки газопроводов в условиях отрицательных температур является необходимость испарения влаги надо льдом, то есть осуществление сублимации льда.A feature of the vacuum-nitrogen technology for drying gas pipelines at low temperatures is the need for evaporation of moisture over ice, that is, the implementation of sublimation of ice.

На фигуре 1 видно, что при испарении температура воды снижается, переходя в область отрицательных температур. Данное изменение может происходить скачкообразно, так как при достижении некоторого отрицательного значения (точка А) температура воды резко возрастает, что объясняется выделением теплоты кристаллизации. Начиная с этого момента при некоторой постоянной температуре (прямая А′Б) происходит кристаллизация поверхностного слоя воды, после чего начинается сублимация льда.The figure 1 shows that during evaporation, the water temperature decreases, passing into the region of negative temperatures. This change can occur stepwise, since when a certain negative value (point A) is reached, the water temperature rises sharply, which is explained by the release of heat of crystallization. Starting from this moment, at a certain constant temperature (line A′B), the surface layer of water crystallizes, after which sublimation of ice begins.

В период сублимации температура льда имеет тенденцию к снижению (кривая БВ), а после того, как весь лед сублимируется (точка В), температура стенки газопровода в том месте, где она контактировала со льдом, повышается до температуры парогазовой смеси в полости осушаемого газопровода (точка Г), после чего вакуумную осушку завершают.During the sublimation period, the ice temperature tends to decrease (BV curve), and after all the ice is sublimated (point B), the temperature of the wall of the gas pipeline at the place where it was in contact with ice rises to the temperature of the gas-vapor mixture in the cavity of the drained gas pipeline ( point D), after which the vacuum drying is completed.

Осушку полости газопровода по предлагаемому способу ведут в следующей последовательности (см. фиг. 2).The drying of the cavity of the pipeline according to the proposed method is carried out in the following sequence (see Fig. 2).

Первоначально из осушаемого участка газопровода 1 удаляют воду, оставшуюся после испытаний, путем продувки участка газопровода 1 сжатым до давления заданной величины атмосферным воздухом с пропуском механических очистных и осушающих устройств. Для этого в осушаемый участок газопровода 1 компрессором 7 нагнетают атмосферный воздух, под давлением которого по всей протяженности полости газопровода 1 пропускают последовательно очистной и осушающие устройства, например, в виде манжетного разделительного поршня и группы поролоновых поршней, предварительно запассованных в камеру запуска очистных и осушающих устройств 4. Каждый последующий поршень запускают в полость газопровода 1 непосредственно после выхода из осушаемого газопровода 1 предыдущего поршня. Для продувки газопровода 1 атмосферным воздухом открывают кран 11, демонтируют заглушку 6, закрывают краны 5, 10, 12, образуя канал продувки для вытеснения остатков воды из полости газопровода 1 с пропуском очистного и осушающих устройств от камеры 4 на открытое сечение в противоположном конце участка газопровода 1. После завершения продувки и вытеснения основного объема воды в полости газопровода 1 остается локальное скопление воды в пониженном месте 3.Initially, the water remaining after the tests is removed from the drained section of the gas pipeline 1 by blowing the section of the pipeline 1 with atmospheric air compressed to a predetermined pressure with the passage of mechanical treatment and drying devices. To do this, atmospheric air is pumped into the drained section of the gas pipeline 1 by compressor 7, under the pressure of which throughout the cavity of the gas pipeline 1, purification and drying devices are passed successively, for example, in the form of a cuff separation piston and a group of foam pistons pre-stocked in the cleaning chamber of the cleaning and drying devices 4. Each subsequent piston is launched into the cavity of the gas pipeline 1 immediately after the previous piston leaves the drained gas pipeline 1. To purge the gas pipeline 1 with atmospheric air, open the valve 11, dismantle the plug 6, close the valves 5, 10, 12, forming a purge channel to displace the remaining water from the cavity of the gas pipeline 1 with the purification and drying devices from the chamber 4 to an open section at the opposite end of the gas pipeline section 1. After completing the purge and displacement of the main volume of water in the cavity of the gas pipeline 1 there remains a local accumulation of water in a low place 3.

Для удаления локального скопления воды полость газопровода 1 вакуумируют во всем его объеме до заданной величины минимального абсолютного давления.To remove a local accumulation of water, the cavity of the gas pipeline 1 is evacuated in its entire volume to a predetermined minimum absolute pressure.

Для создания в полости газопровода 1 вакуума закрывают краны 5, 10, 11, 12, устанавливают на торец газопровода заглушку 6 и открытием крана 12 подключают к газопроводу 1 вакуумный модуль 8, выход которого сообщен с окружающим наружным пространством, образуя канал вакуумирования полости газопровода 1. В ходе вакуумирования через заданные равные интервалы времени с использованием датчиков 13, 14, 15, 16 измеряют параметры, характеризующие термодинамическое состояние среды в полости газопровода 1, и сравнивают измеренные параметры с заданными допусками. При достижении в полости осушаемого газопровода 1 заданной величины минимального абсолютного давления отключают вакуумный модуль 8 и выдерживают газопровод 1 под минимальным абсолютным давлением в течение времени до 100% насыщения паровоздушной смеси над поверхностью льда в полости газопровода 1. После достижения в полости газопровода 1 заданной величины температуры точки росы, соответствующей 100% насыщению паровоздушной смеси над поверхностью льда, включают вакуумный модуль 8 и откачивают из полости газопровода 1 пары воды до достижения заданной величины температуры точки росы во всем объеме газопровода.In order to create a vacuum in the cavity of the gas pipeline 1, the taps 5, 10, 11, 12 are closed, a plug 6 is installed on the end of the gas pipeline, and by opening the valve 12, a vacuum module 8 is connected to the gas pipeline 1, the outlet of which is in communication with the surrounding external space, forming a vacuum channel for the gas cavity 1. During evacuation at specified equal time intervals using sensors 13, 14, 15, 16, the parameters characterizing the thermodynamic state of the medium in the cavity of the gas pipeline 1 are measured, and the measured parameters are compared with the specified tolerances . When the specified absolute pressure in the cavity of the drained gas pipeline 1 reaches the minimum absolute pressure, the vacuum module 8 is turned off and the gas pipeline 1 is kept at the minimum absolute pressure for up to 100% saturation of the air-vapor mixture above the ice surface in the gas cavity 1. After reaching the specified temperature in the gas cavity 1 the dew point corresponding to 100% saturation of the air-vapor mixture above the ice surface includes a vacuum module 8 and pump out 1 vapor of water from the cavity of the gas pipeline until the set dew point temperature in the entire gas pipeline volume.

При достижении в полости газопровода 1 начальной температуры среды, равной температуре начала кристаллизации воды, вакуумирование газопровода 1 прекращают и приступают к продувке газопровода 1 азотом под атмосферным давлением вплоть до достижения заданной величины температуры точки росы во всем объеме газопровода 1.When the initial temperature of the medium in the cavity of gas pipeline 1 is equal to the temperature of the onset of water crystallization, the vacuum of gas pipeline 1 is stopped and the gas is purged with nitrogen under atmospheric pressure until the dew point temperature in the entire volume of gas pipeline 1 is reached.

Для продувки полости газопровода 1 азотом закрывают краны 11, 12 и открытием кранов 5 и 10 образуют канал продувки азотом полости газопровода 1 от генератора азота 9 через продувочный трубопровод в наружное окружающее пространство. В ходе продувки азотом через заданные равные интервалы времени с использованием датчиков 17 и 18 измеряют параметры, характеризующие термодинамическое состояние азота в полости газопровода 1, и сравнивают измеренные параметры с заданными допусками. При достижении в полости осушаемого газопровода 1 заданных величин температуры точки росы и температуры азота продувку газопровода 1 азотом завершают.To purge the cavity of the gas pipeline 1 with nitrogen, close the taps 11, 12 and by opening the taps 5 and 10 form a channel for purging the nitrogen of the cavity of the gas pipeline 1 from the nitrogen generator 9 through the purge pipe into the external surrounding space. During nitrogen purging at predetermined equal time intervals using sensors 17 and 18, parameters characterizing the thermodynamic state of nitrogen in the cavity of the gas pipeline 1 are measured and the measured parameters are compared with the specified tolerances. When the dew point temperature and nitrogen temperature are reached in the cavity of the drained gas pipeline 1, the purge of the gas pipeline 1 with nitrogen is completed.

По окончании продувки полости газопровода 1 азотом закрывают краны 5 и 10, тем самым участок газопровода 1 изолируют от наружного окружающего пространства, после чего осушку полости газопровода 1 завершают.At the end of the purge of the cavity of the gas pipeline 1, the valves 5 and 10 are closed with nitrogen, thereby the section of the gas pipeline 1 is isolated from the external surrounding space, after which the drying of the cavity of the gas pipeline 1 is completed.

Уравнение теплового баланса в процессе вакуумной осушки в течение времени τ от начальной температуры среды в полости газопровода, равной температуре грунта (T_гр), до конечной температуры в осушенном газопроводе (Т_кон) имеет вид:The heat balance equation in the process of vacuum drying over time τ from the initial temperature of the medium in the cavity of the gas pipeline equal to the temperature of the soil (T _gr ) to the final temperature in the dried gas pipeline (T _con ) has the form:

где m_в(ср.) - средняя масса воды, эквивалентная количеству льда на участке газопровода в течение его вакуумной осушки, кг; С_в - теплоемкость воды, кДж/кг·К; Т_гр - температура грунта, К; Т_кон - конечная температура среды в осушенном газопроводе, К; m_тр - масса труб на участке осушаемого газопровода, кг; С_ст - теплоемкость стали, кДж/кг·К; m_п - масса образовавшегося пара, кг; λ - теплота парообразования, кДж/кг; k - общий коэффициент теплопередачи от грунта к полости газопровода, Дж/м²·с·К; S_в(ср.) - средняя площадь поверхности участка осушаемого газопровода, занятая льдом, в течение его вакуумной осушки, м²; τ - продолжительность вакуумной осушки, ч; ε - коэффициент теплопроводности стали, Вт/м·К; δ - толщина стенки газопровода, мм; L - протяженность осушаемого участка газопровода, м; L_в(ср.) - средняя длина окружности газопровода, занятая льдом, в течение его вакуумной осушки, м. Из уравнения 5 получим выражение, определяющее температуру среды в объеме метра длины газопровода после его вакуумной осушки:where m _{in (cf.)} is the average mass of water equivalent to the amount of ice in the pipeline section during its vacuum drying, kg; C _in - heat capacity of water, kJ / kg · K; T _gr - soil temperature, K; T _con - the final temperature of the medium in the dried gas pipeline, K; m _tr - the mass of pipes in the area of the drained gas pipeline, kg; With _st - the heat capacity of steel, kJ / kg · K; m _p - mass of the formed steam, kg; λ is the heat of vaporization, kJ / kg; k is the total heat transfer coefficient from the soil to the gas pipeline cavity, J / m ² · s · K; S _{in (cf.)} is the average surface area of a section of a drained gas pipeline occupied by ice during its vacuum drying, m ² ; τ is the duration of vacuum drying, h; ε is the thermal conductivity of steel, W / m · K; δ is the wall thickness of the gas pipeline, mm; L is the length of the drained section of the pipeline, m; L _{in (cf.)} is the average circumference of the gas pipeline occupied by ice during its vacuum drying, m. From equation 5 we obtain an expression that determines the temperature of the medium in the volume meter of the length of the gas pipeline after its vacuum drying:

где Т_кон - конечная температура среды в осушенном газопроводе, К; Т_гр - температура грунта, К; m_п - масса образовавшегося пара, кг; λ - теплота парообразования, кДж/кг; m_в(ср.) - средняя масса воды, эквивалентная количеству льда на участке газопровода в течение его вакуумной осушки, кг; С_в - теплоемкость воды, кДж/кг·К; m_тр - масса трубы на метре длины осушаемого газопровода, кг; С_ст - теплоемкость стали, кДж/кг·К; α - центральный угол дуги окружности сегмента сечения газопровода, занятого льдом; τ - продолжительность вакуумной осушки метра длины газопровода, ч; k - общий коэффициент теплопередачи от грунта к газопроводу, Дж/м²·с·К; S_в(cp.) - средняя площадь поверхности участка осушаемого газопровода, занятая льдом, в течение его вакуумной осушки, м²; ε - коэффициент теплопроводности стали, Вт/м·К; δ - толщина стенки газопровода, мм; L_в(ср.) - средняя длина окружности газопровода, занятая льдом, в течение его вакуумной осушки, м.where T _con - the final temperature of the medium in the dried gas pipeline, K; T _gr - soil temperature, K; m _p - mass of the formed steam, kg; λ is the heat of vaporization, kJ / kg; m _{in (cf.)} is the average mass of water equivalent to the amount of ice in the pipeline section during its vacuum drying, kg; C _in - heat capacity of water, kJ / kg · K; m _Tr - the mass of the pipe per meter length of the drained gas pipeline, kg; C _v - specific heat of steel, kJ / kg · K; α is the central angle of the circular arc of the section of the cross section of the gas pipeline occupied by ice; τ - the duration of the vacuum drying meter length of the pipeline, h; k is the total heat transfer coefficient from the soil to the gas pipeline, J / m ² · s · K; S _{in (cp.)} - the average surface area of the section of the drained gas pipeline occupied by ice during its vacuum drying, m ² ; ε is the thermal conductivity of steel, W / m · K; δ is the wall thickness of the gas pipeline, mm; L _{in (cf.)} - the average circumference of the gas pipeline occupied by ice during its vacuum drying, m

Величина центрального угла (α), входящая в формулу 6, показана на фигуре 3 и может быть определена методом итераций из уравнения:The value of the central angle (α), which is included in formula 6, is shown in figure 3 and can be determined by iteration from the equation:

где S_сегм - площадь сегмента сечения полости осушаемого газопровода, занятого льдом, м²; R - внутренний радиус сечения трубы осушаемого газопровода, м; α - центральный угол дуги окружности сегмента сечения газопровода, занятого льдом.where S _seg is the area of the sectional segment of the cavity of the drained pipeline occupied by ice, m ² ; R is the inner radius of the pipe section of the drained gas pipeline, m; α is the central angle of the circular arc of the section of the cross section of the gas pipeline occupied by ice.

Площадь поверхности сублимации с метра длины газопровода определяется по формуле:The sublimation surface area per meter of gas pipeline length is determined by the formula:

где S_c - площадь поверхности сублимации с метра длины газопровода, м²; R - внутренний радиус сечения трубы осушаемого газопровода, м; α - центральный угол дуги окружности сегмента сечения газопровода, занятого льдом.where S _c is the sublimation surface area per meter of gas pipeline length, m ² ; R is the inner radius of the pipe section of the drained gas pipeline, m; α is the central angle of the circular arc of the section of the cross section of the gas pipeline occupied by ice.

Для газопровода диаметром 1420 мм и толщиной стенки 21,6 мм (R=0,6884 м²) площадь сублимации: $$S_c=2\cdot \mathrm{0,6884}\cdot \sin \frac{\mathrm{43,62}}{2}=\mathrm{0,511}{м}^2$$

.For a gas pipeline with a diameter of 1420 mm and a wall thickness of 21.6 mm (R = 0.6884 m ² ), the sublimation area is: $$S_c=2\cdot 0.6884\cdot \sin \frac{43.62}{2}=0.511m^2$$

.

Через заданные равные интервалы времени определяем параметры, характеризующие термодинамическое состояние среды в полости газопровода в процессе его вакуумной осушки:At given equal time intervals, we determine the parameters characterizing the thermodynamic state of the medium in the cavity of the gas pipeline during its vacuum drying:

- температура льда на границах каждого интервала времени:- ice temperature at the boundaries of each time interval:

где T_i+1 - температура льда в конце каждого заданного равного интервала времени, К; i - порядковый номер каждого заданного равного интервала времени; m_л - масса льда на метре длины газопровода, кг; С_л - теплоемкость льда, кДж/кг·К; T_i - температура льда в начале каждого заданного равного интервала времени, К; m_тр - масса трубы на метре длины газопровода, кг; С_ст - теплоемкость стали, кДж/кг·К; α - центральный угол дуги окружности сегмента сечения газопровода, занятого льдом; τ - продолжительность каждого заданного равного интервала времени, ч; k - общий коэффициент теплопередачи от грунта к полости газопровода, Дж/м²·с·К; S_л - площадь контакта льда с поверхностью метра длины газопровода, м²; Т_гр - температура грунта, К; ε - коэффициент теплопроводности стали, Bт/м·К; δ - толщина стенки газопровода, мм; L_л - длина окружности сечения газопровода, занятая льдом, м; j - интенсивность испарения (сублимации) льда, кг/м²·ч; S_c - площадь сублимации образовавшейся ледяной поверхности, м²; λ_с - теплота сублимации, кДж/кг;where T _{i + 1} is the ice temperature at the end of each given equal time interval, K; i is the sequence number of each given equal time interval; m _l - ice mass per meter of gas pipeline length, kg; With _l - the heat capacity of ice, kJ / kg · K; T _i - ice temperature at the beginning of each given equal time interval, K; m _Tr - the mass of the pipe per meter length of the pipeline, kg; C _v - specific heat of steel, kJ / kg · K; α is the central angle of the circular arc of the section of the cross section of the gas pipeline occupied by ice; τ is the duration of each given equal time interval, h; k is the total heat transfer coefficient from the soil to the gas pipeline cavity, J / m ² · s · K; S _l - the area of contact of ice with the surface of the meter length of the pipeline, m ² ; T _gr - soil temperature, K; ε is the coefficient of thermal conductivity of steel, Wt / m · K; δ is the wall thickness of the gas pipeline, mm; L _l - the circumference of the cross section of the pipeline occupied by ice, m; j is the intensity of evaporation (sublimation) of ice, kg / m ² · h; S _c - sublimation area of the formed ice surface, m ² ; λ _s - heat of sublimation, kJ / kg;

- давление паровоздушной смеси, необходимое для определения интенсивности испарения льда (j):- the pressure of the vapor-air mixture necessary to determine the intensity of ice evaporation (j):

где P_i+1 - абсолютное давление паровоздушной смеси в полости осушаемого газопровода в конце каждого заданного равного интервала времени, мбар; i - порядковый номер каждого заданного равного интервала времени; P_i - абсолютное давление в полости осушаемого газопровода в начале каждого заданного равного интервала времени, мбар; q - объемная производительность вакуумного модуля, м³/час; τ - продолжительность каждого заданного равного интервала времени, ч; ρ_i - плотность насыщенного пара в начале каждого заданного равного интервала времени, г/м³; V - геометрический объем осушаемого участка газопровода, м³; m_субл(i) - количество пара, сублимированного в течение каждого заданного равного интервала времени, г/м; ρ_i-1 - плотность насыщенного пара в начале предыдущего заданного равного интервала времени, г/м³;where P _{i + 1} is the absolute pressure of the vapor-air mixture in the cavity of the drained gas pipeline at the end of each given equal time interval, mbar; i is the sequence number of each given equal time interval; P _i - the absolute pressure in the cavity of the drained gas pipeline at the beginning of each given equal time interval, mbar; q is the volumetric productivity of the vacuum module, m ³ / h; τ is the duration of each given equal time interval, h; ρ _i is the density of saturated steam at the beginning of each given equal time interval, g / m ³ ; V - geometric volume drained pipeline section, ^m3; m _{subl (i)} - the amount of steam sublimated during each given equal time interval, g / m; ρ _i-1 is the density of saturated steam at the beginning of the previous specified equal time interval, g / m ³ ;

- интенсивность испарения льда (j) в зависимости от давления паровоздушной смеси надо льдом (P) и температуры льда (T):- ice evaporation rate (j) depending on the pressure of the vapor-air mixture above the ice (P) and ice temperature (T):

где j - интенсивность испарения (сублимации) льда, кг/м²·ч; T - температура льда, К; P - абсолютное давление в полости осушаемого газопровода, мбар.where j is the intensity of evaporation (sublimation) of ice, kg / m ² · h; T - ice temperature, K; P - absolute pressure in the cavity of the drained gas pipeline, mbar.

В таблице 1 для рассматриваемого примера приведены результаты расчета параметров сублимации льда в ходе вакуумной осушки с метра длины участка газопровода 1420×21,6 мм длиной 10 метров.Table 1 for the considered example shows the results of calculating the parameters of sublimation of ice during vacuum drying from a meter of the length of the section of the pipeline 1420 × 21.6 mm 10 meters long.

При начальной температуре среды в полости газопровода, равной температуре начала кристаллизации льда, в полость газопровода подают азот.At the initial temperature of the medium in the cavity of the pipeline equal to the temperature of the onset of ice crystallization, nitrogen is supplied to the cavity of the pipeline.

- градиент температуры азота по длине газопровода определяют по формуле:- the temperature gradient of nitrogen along the length of the pipeline is determined by the formula:

где $${Т}_{аз}^{\text{'}}$$

- температура азота, равная температуре грунта, К; Т_гр - температура грунта, К; Т_аз - температура азота на выходе из азотного модуля, К; k - общий коэффициент теплопередачи от грунта к полости газопровода, Дж/м²·с·К; D - внутренний диаметр продуваемого газопровода, м; x - координата длины газопровода, м; C_аз - удельная теплоемкость азота, кДж/кг·К; Q_m - массовый расход азота, кг/ч.Where $$T_{\mathrm{but}s}^{\text{'}\text{'}}$$

- nitrogen temperature equal to the temperature of the soil, K; T _gr - soil temperature, K; T _az - the temperature of nitrogen at the outlet of the nitrogen module, K; k is the total heat transfer coefficient from the soil to the gas pipeline cavity, J / m ² · s · K; D is the inner diameter of the purged gas pipeline, m; x is the coordinate of the length of the pipeline, m; C _az - specific heat of nitrogen, kJ / kg · K; Q _m - mass flow rate of nitrogen, kg / h

На фигуре 4 приведен график зависимости количества влаги (%), которая может быть вынесена с насыщенным азотом за время продувки участка газопровода длиной 150 метров, диаметром 700 мм при температурах грунта от 1 до 10°C и количестве льда 100÷2000 г/м.Figure 4 shows a graph of the amount of moisture (%) that can be carried out with saturated nitrogen during the purge of a section of a gas pipeline 150 meters long, 700 mm in diameter at soil temperatures from 1 to 10 ° C and an amount of ice of 100 ÷ 2000 g / m.

Таким образом, способ осушки газопроводов позволяет достичь поставленной цели, повышает эффективность осушки газопроводов после испытаний в условиях отрицательных температур, так как сокращает время осушки и обеспечивает заданные параметры по влажности в полости газопровода при его приеме в эксплуатацию, а также гарантирует безопасность газопровода при заполнении природным газом.Thus, the method of drying gas pipelines allows you to achieve your goal, increases the efficiency of drying gas pipelines after testing at low temperatures, as it reduces the drying time and provides the specified moisture parameters in the cavity of the gas pipeline when it is put into operation, and also guarantees the safety of the gas pipeline when filling with natural gas.

Claims (2)

1. Способ осушки полости газопровода в условиях отрицательных температур, включающий очистку полости газопровода от воды и иных отложений механическими очистными и осушающими устройствами продувкой полости газопровода атмосферным воздухом, нагнетаемым компрессором с давлением заданной величины, сброс давления до атмосферного, вакуумирование полости газопровода до давления заданной величины, заполнение полости газопровода, находящейся под вакуумом, инертным газом на основе азота, полученного путем разделения атмосферного воздуха на азот и кислород в полимерных половолоконных мембранах и последующую циркуляцию инертного газа на основе азота в полости газопровода до заданных величин влажности и концентрации азота во всем объеме осушаемого газопровода, отличающийся тем, что в процессе вакуумирования полости газопровода в условиях отрицательных температур осушаемой среды в полости газопровода через заданные равные интервалы времени измеряют параметры, характеризующие термодинамическое состояние среды в полости газопровода, включающие давление, температуру осушаемой среды, температуру точки росы в полости газопровода и температуру грунта на глубине у стенки газопровода, измеренные параметры сравнивают с заданными допусками и при достижении в полости осушаемого газопровода заданной величины минимального абсолютного давления отключают вакуумные насосы, вакуумирование останавливают и выдерживают газопровод под минимальным абсолютным давлением в течение времени до 100% насыщения паровоздушной смеси над поверхностью льда в полости газопровода и после достижения заданной величины температуры точки росы, соответствующей 100% насыщению паровоздушной смеси над поверхностью льда, включают вакуумные насосы, откачивают из полости газопровода пары воды и после достижения заданной величины температуры точки росы во всем объеме газопровода откачку паров воды и осушку полости газопровода завершают, а температуру, давление и интенсивность испарения льда в полости газопровода определяют по формулам:

где T_i+1 - температура льда в конце каждого заданного равного интервала времени, К; i - порядковый номер каждого заданного равного интервала времени; m_л - масса льда на метре длины газопровода, кг; C_л - теплоемкость льда, кДж/кг·К; T_i - температура льда в начале каждого заданного равного интервала времени, К; m_тр - масса трубы на метре длины газопровода, кг; C_ст - теплоемкость стали, кДж/кг·К; α - центральный угол дуги окружности сегмента сечения газопровода, занятого льдом; τ - продолжительность каждого заданного равного интервала времени, ч; k - общий коэффициент теплопередачи от грунта к полости газопровода, Дж/м²·с·К; S_л - площадь контакта льда с поверхностью метра длины газопровода, м²; T_гр - температура грунта, К; ε - коэффициент теплопроводности стали, Вт/м·К; δ - толщина стенки газопровода, мм; L_л - длина окружности сечения газопровода, занятая льдом, м; j - интенсивность испарения (сублимации) льда, кг/м²·ч; S_с - площадь сублимации образовавшейся ледяной поверхности, м²; λ_с - теплота сублимации, кДж/кг;

где P_i+1 - абсолютное давление паровоздушной смеси в полости осушаемого газопровода в конце каждого заданного равного интервала времени, мбар; i - порядковый номер каждого заданного равного интервала времени; P_i - абсолютное давление в полости осушаемого газопровода в начале каждого заданного равного интервала времени, мбар; q - объемная производительность вакуумного модуля, м³/час; τ - продолжительность каждого заданного равного интервала времени, ч; ρ_i - плотность насыщенного пара в начале каждого заданного равного интервала времени, г/м³; V - геометрический объем осушаемого участка газопровода, м³; m_субл(i) - количество пара, сублимированного в течение каждого заданного равного интервала времени, г/м; ρ_i-1 - плотность насыщенного пара в начале предыдущего заданного равного интервала времени, г/м³;

где j - интенсивность испарения (сублимации) льда, кг/м²·ч; T - температура льда, К; P - абсолютное давление в полости осушаемого газопровода, мбар.1. A method of drying a gas pipeline cavity under negative temperatures, including cleaning the gas pipe cavity from water and other deposits by mechanical cleaning and drying devices by blowing the gas pipe cavity with atmospheric air pumped by a compressor with a pressure of a given value, depressurizing to atmospheric pressure, evacuating a gas pipeline cavity to a pressure of a given value filling the cavity of a gas pipeline under vacuum with an inert gas based on nitrogen obtained by dividing atmospheric air n nitrogen and oxygen in polymeric hollow fiber membranes and the subsequent circulation of nitrogen-based inert gas in the cavity of the gas pipeline to specified moisture and nitrogen concentrations in the entire volume of the gas pipeline to be drained, characterized in that during the vacuuming of the gas pipeline cavity under conditions of negative temperatures of the dried medium in the gas pipeline cavity given equal time intervals measure the parameters characterizing the thermodynamic state of the medium in the cavity of the gas pipeline, including pressure, temperature the medium, the dew point temperature in the cavity of the gas pipeline and the soil temperature at a depth near the wall of the gas pipeline, the measured parameters are compared with the specified tolerances and when the cavity reaches the prescribed value of the minimum absolute pressure, the vacuum pumps are turned off, the vacuum is stopped and the gas pipeline is kept at the minimum absolute pressure in the course of time up to 100% saturation of the vapor-air mixture above the ice surface in the cavity of the gas pipeline and after reaching the set temperature the dew points corresponding to 100% saturation of the air-vapor mixture above the ice surface include vacuum pumps, water vapor is pumped out of the gas cavity and, after reaching the predetermined dew point temperature in the entire gas pipeline, pumping out water vapor and drying the gas cavity is completed, and temperature, pressure and intensity evaporation of ice in the cavity of the gas pipeline is determined by the formulas:

where T _{i + 1} is the ice temperature at the end of each given equal time interval, K; i is the sequence number of each given equal time interval; m _l - ice mass per meter of gas pipeline length, kg; C _l - heat capacity of ice, kJ / kg · K; T _i - ice temperature at the beginning of each given equal time interval, K; m _Tr - the mass of the pipe per meter length of the pipeline, kg; C _article - the heat capacity of steel, kJ / kg · K; α is the central angle of the circular arc of the section of the cross section of the gas pipeline occupied by ice; τ is the duration of each given equal time interval, h; k is the total heat transfer coefficient from the soil to the gas pipeline cavity, J / m ² · s · K; S _l - the area of contact of ice with the surface of the meter length of the pipeline, m ² ; T _gr - soil temperature, K; ε is the thermal conductivity of steel, W / m · K; δ is the wall thickness of the gas pipeline, mm; L _l - the circumference of the cross section of the pipeline occupied by ice, m; j is the intensity of evaporation (sublimation) of ice, kg / m ² · h; S _with - sublimation area of the formed ice surface, m ² ; λ _s - heat of sublimation, kJ / kg;

where P _{i + 1} is the absolute pressure of the vapor-air mixture in the cavity of the drained gas pipeline at the end of each given equal time interval, mbar; i is the sequence number of each given equal time interval; P _i - the absolute pressure in the cavity of the drained gas pipeline at the beginning of each given equal time interval, mbar; q is the volumetric productivity of the vacuum module, m ³ / h; τ is the duration of each given equal time interval, h; ρ _i is the density of saturated steam at the beginning of each given equal time interval, g / m ³ ; V is the geometric volume of the drained section of the pipeline, m ³ ; m _{subl (i)} - the amount of steam sublimated during each given equal time interval, g / m; ρ _i-1 is the density of saturated steam at the beginning of the previous specified equal time interval, g / m ³ ;

where j is the intensity of evaporation (sublimation) of ice, kg / m ² · h; T - ice temperature, K; P - absolute pressure in the cavity of the drained gas pipeline, mbar. 2. Способ осушки по п. 1, отличающийся тем, что при начальной температуре среды в полости газопровода, равной температуре начала кристаллизации воды, газопровод продувают азотом под атмосферным давлением вплоть до достижения заданной величины температуры точки росы во всем объеме газопровода, а градиент температуры азота по длине осушаемого газопровода определяют по формуле:

где $${Т}_{аз}^{\text{'}}$$

- температура азота, равная температуре грунта, К; T_гр - температура грунта, К; T_аз - температура азота на выходе из азотного модуля, К; k - общий коэффициент теплопередачи от грунта к полости газопровода, Дж/м²·с·К; D - внутренний диаметр продуваемого газопровода, м; x - координата длины газопровода, м; C_аз - удельная теплоемкость азота, кДж/кг·К; Q_m - массовый расход азота, кг/ч. 2. The drying method according to claim 1, characterized in that at the initial temperature of the medium in the gas pipeline cavity equal to the temperature of the onset of water crystallization, the gas pipeline is purged with nitrogen under atmospheric pressure until a predetermined dew point temperature is reached in the entire gas pipeline volume, and the nitrogen temperature gradient the length of the drained gas pipeline is determined by the formula:

Where $$T_{\mathrm{but}s}^{\text{'}\text{'}}$$

- nitrogen temperature equal to the temperature of the soil, K; T _gr - soil temperature, K; T _az - the temperature of nitrogen at the outlet of the nitrogen module, K; k is the total heat transfer coefficient from the soil to the gas pipeline cavity, J / m ² · s · K; D is the inner diameter of the purged gas pipeline, m; x is the coordinate of the length of the pipeline, m; C _az - specific heat of nitrogen, kJ / kg · K; Q _m - mass flow rate of nitrogen, kg / h

Images